JP2009187892A - Solid-type battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide mainly a solid-type battery capable of suppressing the deterioration of a sulfide-based solid electrolyte film due to the entry of moisture, and having high energy density. <P>SOLUTION: The solid-type battery has a totally solid-type power generation component in which a positive electrode layer, a sulfide-based solid electrolyte film, and a negative electrode layer comprised of a malleable metal having malleability are sequentially laminated, wherein a surface or an end of the sulfide-based solid electrolyte film on the side of the negative layer is covered with the negative electrode layer, and the sulfide-based solid electrolyte film is not exposed to the surface of the power generation component. The purpose is achieved by the solid-type battery. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、水分の浸入による硫化物系固体電解質膜の劣化を抑制することができ、さらにエネルギー密度が高い固体型電池に関するものである。   The present invention relates to a solid-state battery that can suppress deterioration of a sulfide-based solid electrolyte membrane due to moisture intrusion and has a high energy density.

近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウム電池が注目を浴びている。   With the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones in recent years, development of batteries that are used as power sources has been regarded as important. Also in the automobile industry and the like, development of high-power and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is being promoted. Currently, lithium batteries are attracting attention among various batteries from the viewpoint of high energy density.

現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶剤を溶媒とする有機電解液が使用されているため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造・材料面での改善が必要となる。   The lithium battery currently on the market uses an organic electrolyte that uses a flammable organic solvent as a solvent. Improvement is required.

これに対し、液体電解質を固体電解質に換えて、電池を全固体化した全固体型リチウム電池(固体型電池)は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。
このような、固体型電池としては、正極層、固体電解質および負極層が積層された発電要素を、電池ケース内に密閉されたものが一般的である。また、発電要素としては、通常、正極層および負極層の端部が露出したものであったため、露出した正極層および負極層の端部が接触することによる短絡が生じるといった問題があった。
In contrast, an all-solid-state lithium battery (solid-state battery) in which the liquid electrolyte is replaced with a solid electrolyte and the battery is completely solid does not use a flammable organic solvent in the battery, thus simplifying the safety device. It is thought that it is excellent in manufacturing cost and productivity.
As such a solid battery, a battery in which a power generation element in which a positive electrode layer, a solid electrolyte, and a negative electrode layer are stacked is sealed in a battery case. Further, since the power generation element is usually one in which the end portions of the positive electrode layer and the negative electrode layer are exposed, there is a problem that a short circuit occurs due to contact between the exposed end portions of the positive electrode layer and the negative electrode layer.

このような問題に対して、特許文献1では、正極層よりも固体電解質膜の大きさを大きくすることにより、正極層の端部を固体電解質膜で覆った固体型電池が開示されている。このような方法によれば、露出した端部同士の接触防止を図ることができるため、短絡防止を図ることができる。
しかしながら、結果的に、固体電解質膜の露出面積が大きくなるため、上記発電要素が空気中の水分と接触すると、硫化水素が発生すると共に、硫化物系固体電解質膜の性能が著しく劣化し易いという問題があった。
In order to solve such a problem, Patent Document 1 discloses a solid-state battery in which the end portion of the positive electrode layer is covered with the solid electrolyte membrane by making the size of the solid electrolyte membrane larger than that of the positive electrode layer. According to such a method, contact between the exposed end portions can be prevented, so that short circuit can be prevented.
However, as a result, the exposed area of the solid electrolyte membrane increases, so that when the power generating element comes into contact with moisture in the air, hydrogen sulfide is generated and the performance of the sulfide-based solid electrolyte membrane is likely to deteriorate significantly. There was a problem.

一方、特許文献2では、絶縁性樹脂からなる固体封止剤により発電要素が封止された固体型電池について開示されている。
しかしながら、このような固体封止剤により被覆された固体型電池は、その製造工程が複雑になるといった問題があった。また、充放電に伴う発電要素の膨張収縮により、固体封止剤にクラックが生じ、さらにその結果、硫化物系固体電解質膜が、空気中の水分と接触し、硫化水素の発生および硫化物系固体電解質膜の劣化を生じるといった問題があった。
On the other hand, Patent Document 2 discloses a solid battery in which a power generation element is sealed with a solid sealant made of an insulating resin.
However, the solid battery coated with such a solid sealing agent has a problem that its manufacturing process becomes complicated. In addition, due to the expansion and contraction of the power generation element accompanying charging and discharging, a crack occurs in the solid sealant, and as a result, the sulfide-based solid electrolyte membrane comes into contact with moisture in the air, generating hydrogen sulfide and sulfide-based There has been a problem that the solid electrolyte membrane is deteriorated.

特開2000−243430号公報JP 2000-243430 A 特開平6−275247号公報JP-A-6-275247 特開平9−35724号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-35724

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、水分の浸入による硫化物系固体電解質膜の劣化を抑制することができ、さらにエネルギー密度が高い固体型電池を提供することを主目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide a solid-state battery that can suppress deterioration of the sulfide-based solid electrolyte membrane due to moisture intrusion and has a high energy density. It is what.

上記課題を解決するために、本発明は、正極層と、硫化物系固体電解質膜と、展性のある展性金属からなる負極層とがこの順で積層された全固体型の発電要素を有する固体型電池であって、上記硫化物系固体電解質膜の負極層側の面および端部が、上記負極層により覆われ、かつ上記硫化物系固体電解質膜が上記発電要素の表面に露出していないことを特徴とする固体型電池を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides an all-solid-state power generation element in which a positive electrode layer, a sulfide-based solid electrolyte membrane, and a negative electrode layer made of malleable malleable metal are laminated in this order. A surface and an end of the sulfide solid electrolyte membrane on the negative electrode layer side are covered with the negative electrode layer, and the sulfide solid electrolyte membrane is exposed on the surface of the power generation element. A solid state battery is provided.

本発明によれば、上記硫化物系固体電解質膜の負極層側の面および端部が、上記負極層により覆われ、かつ上記発電要素の表面に上記硫化物系固体電解質膜が露出していないことにより、水分が発電要素の周囲に存在するような状態となった場合であっても、水分および硫化物系固体電解質膜が直接接することを防ぐことができる。このため、硫化水素の発生および硫化物系固体電解質膜の劣化を抑制することができる。
また、上記硫化物系固体電解質膜および負極層の接触面積を増加させることができる等により、上記エネルギー密度が高いものとすることができる。
さらに、上記負極層が、展性のある展性金属からなることにより、安定性および生産性に優れたものとすることができる。
According to the present invention, the negative electrode layer side surface and end of the sulfide solid electrolyte membrane are covered with the negative electrode layer, and the sulfide solid electrolyte membrane is not exposed on the surface of the power generation element. Thus, even when moisture is present around the power generation element, it is possible to prevent moisture and the sulfide-based solid electrolyte membrane from coming into direct contact with each other. For this reason, generation | occurrence | production of hydrogen sulfide and deterioration of a sulfide type solid electrolyte membrane can be suppressed.
In addition, the energy density can be increased by increasing the contact area between the sulfide-based solid electrolyte membrane and the negative electrode layer.
Furthermore, when the negative electrode layer is made of a malleable metal having malleability, the negative electrode layer can be excellent in stability and productivity.

本発明においては、上記発電要素が、上記発電要素を収納する電池ケース内で流動性封止剤に浸漬されていることが好ましい。上記流動性封止剤に浸漬されていることにより、大気中の水分と上記発電要素との反応を抑制することができるからである。また、上記流動性封止剤は流動性を有するため、上記発電要素に充放電等に伴う体積変化が生じた場合であっても、その体積変化に柔軟に対応することができるからである。このため、封止剤として固体封止剤を用いた場合に生じることがあるクラックの発生をないものとすることができ、大気中の水分と上記発電要素に含まれる硫化物系固体電解質膜との反応をより抑制することができるからである。さらに、クラックを生じることがないものとすることができることから、上記負極層を構成する展性金属として大気中の水分との反応性が高いLiを用いることが可能となり、材料選択の幅が広がるからである。さらにまた、上記硫化物系固体電解質膜の端部が上記負極層によって覆われていることにより、上記硫化物系固体電解質膜と、上記流動性封止剤に含まれる水分との経時的反応も抑制されるため、本発明の効果をより効果的に発揮することができるからである。   In the present invention, the power generation element is preferably immersed in a fluid sealant in a battery case that houses the power generation element. This is because the reaction between moisture in the atmosphere and the power generation element can be suppressed by being immersed in the fluid sealant. Moreover, since the said fluid sealing agent has fluidity | liquidity, even if it is a case where the volume change accompanying charging / discharging etc. arises in the said electric power generation element, it can respond to the volume change flexibly. For this reason, it is possible to eliminate the occurrence of cracks that may occur when a solid sealant is used as the sealant, and the moisture in the atmosphere and the sulfide-based solid electrolyte membrane contained in the power generation element This is because this reaction can be further suppressed. Furthermore, since it is possible to prevent the generation of cracks, it is possible to use Li, which is highly reactive with moisture in the atmosphere, as the malleable metal constituting the negative electrode layer, and the range of material selection is widened. Because. Furthermore, since the end portion of the sulfide-based solid electrolyte membrane is covered with the negative electrode layer, the reaction over time between the sulfide-based solid electrolyte membrane and the moisture contained in the fluid sealant is also improved. This is because the effects of the present invention can be more effectively exhibited.

本発明においては、上記展性金属が、リチウム(Li)またはインジウム(In)であることが好ましい。展性に優れ、加工が容易だからである。   In the present invention, the malleable metal is preferably lithium (Li) or indium (In). This is because it is highly malleable and easy to process.

本発明は、水分の浸入による硫化物系固体電解質膜の劣化を抑制することができ、さらにエネルギー密度が高い固体型電池を提供することができるという効果を奏する。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has an effect that it is possible to suppress deterioration of the sulfide-based solid electrolyte membrane due to moisture intrusion and to provide a solid battery having a high energy density.

以下、本発明の固体型電池について詳細に説明する。本発明の固体型電池は、正極層と、硫化物系固体電解質膜と、展性のある展性金属からなる負極層とがこの順で積層された全固体型の発電要素を有する固体型電池であって、上記硫化物系固体電解質膜の負極層側の面および端部が、上記負極層により覆われ、かつ上記発電要素の表面に上記硫化物系固体電解質膜が露出していないことを特徴とするものである。   Hereinafter, the solid state battery of the present invention will be described in detail. The solid battery of the present invention is a solid battery having an all-solid-state power generation element in which a positive electrode layer, a sulfide-based solid electrolyte membrane, and a negative electrode layer made of malleable malleable metal are laminated in this order. The negative electrode layer side surface and end of the sulfide solid electrolyte membrane are covered with the negative electrode layer, and the sulfide solid electrolyte membrane is not exposed on the surface of the power generation element. It is a feature.

このような本発明の固体型電池を図を参照して説明する。図1は、本発明の固体型電池の一例を示す概略断面図である。図1によれば、本発明の固体型電池10は、LiCoO等の正極活物質を含有する正極層1と、LiS−Pガラスセラミックス等の硫化物系固体電解質膜2と、In箔からなる負極層3と、SUSからなる集電体4(正極集電体4aおよび負極集電体4b)とを有する全固体型の発電要素5を備えるものである。また、上記硫化物系固体電解質膜2は、その全表面が、上記正極層1、負極層3、絶縁リング9により覆われ、上記発電要素5の表面に露出しないものである。
さらに、発電要素5は、通気孔を有する開放型の電池ケース6に収納され、流動パラフィンからなる流動性封止剤7で封止されている。また、電気の取り出しは、正極集電体4aおよび負極集電体4bに接続された取り出し電極8(正極側取り出し電極8aおよび負極側取り出し電極8b)により行う。
ここで、上記硫化物系固体電解質膜2は、上記正極層1の端部を覆うように形成されており、上記負極層3は上記硫化物系固体電解質膜2の端部を覆うように形成されている。
Such a solid battery of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a solid state battery of the present invention. According to FIG. 1, a solid battery 10 of the present invention includes a positive electrode layer 1 containing a positive electrode active material such as LiCoO 2 , a sulfide-based solid electrolyte membrane 2 such as Li 2 S—P 2 S 5 glass ceramics, and the like. And an all-solid-state power generation element 5 having a negative electrode layer 3 made of In foil and a current collector 4 (positive electrode current collector 4a and negative electrode current collector 4b) made of SUS. Further, the entire surface of the sulfide-based solid electrolyte membrane 2 is covered with the positive electrode layer 1, the negative electrode layer 3, and the insulating ring 9 and is not exposed to the surface of the power generating element 5.
Furthermore, the power generation element 5 is housed in an open battery case 6 having a vent hole and sealed with a fluid sealant 7 made of liquid paraffin. Electricity is taken out by the takeout electrode 8 (the positive electrode side takeout electrode 8a and the negative electrode side takeout electrode 8b) connected to the positive electrode current collector 4a and the negative electrode current collector 4b.
Here, the sulfide-based solid electrolyte membrane 2 is formed so as to cover the end portion of the positive electrode layer 1, and the negative electrode layer 3 is formed so as to cover the end portion of the sulfide-based solid electrolyte membrane 2. Has been.

ここで、従来の硫化物系固体電解質膜を用いた固体型電池を図を参照して説明する。図12に例示するように、従来の固体型電池100は、正極層101、硫化物系固体電解質膜102、負極層103およびSUSからなる集電体104(正極集電体104aおよび負極集電体104b)が積層されてなる発電要素105を有し、上記発電要素105において上記硫化物系固体電解質膜102の端部が露出しているのが一般的である。
また、上記発電要素105は、通常、絶縁性樹脂からなる固体封止剤107により覆われている。しかしながら、充放電による発電要素105の体積変化等により、固体封止剤107にクラックが生じることがある。その際に、従来の固体型電池では、上記硫化物系固体電解質膜の端部が露出しているため、大気中の水分と、上記硫化物系固体電解質膜とが反応し、硫化水素を発生するといった問題があった。
Here, a conventional solid battery using a sulfide-based solid electrolyte membrane will be described with reference to the drawings. As illustrated in FIG. 12, a conventional solid battery 100 includes a current collector 104 (a positive current collector 104a and a negative current collector) including a positive electrode layer 101, a sulfide-based solid electrolyte membrane 102, a negative electrode layer 103, and SUS. In general, the power generation element 105 is formed by laminating 104b), and the end of the sulfide-based solid electrolyte membrane 102 is exposed in the power generation element 105.
The power generation element 105 is usually covered with a solid sealing agent 107 made of an insulating resin. However, a crack may occur in the solid sealant 107 due to a change in the volume of the power generation element 105 due to charge and discharge. At that time, in the conventional solid battery, since the end of the sulfide solid electrolyte membrane is exposed, moisture in the atmosphere reacts with the sulfide solid electrolyte membrane to generate hydrogen sulfide. There was a problem such as.

また、単に硫化物系固体電解質膜の端部を被覆する場合、具体的には、図13に例示するように、既に説明した図12における固体型電池100における発電要素105の側面を、絶縁性樹脂からなる絶縁枠109により被覆した場合では、固体封止剤にクラックが入っても、上記硫化物系固体電解質膜が大気中に露出することを防ぐことができる。しかしながら、このような絶縁枠も、固体封止剤同様に発電要素の体積変化等によりクラック等が生じるおそれがある。また、絶縁枠を形成するために、発電要素が占めることができる体積が小さいものとなり、結果的に、エネルギー密度が小さいものとなるといった問題があった。また、上記絶縁枠が硬すぎる場合には、上記絶縁枠に囲まれる発電要素の各構成が割れるおそれがあるといった問題があった。
なお、図12中の一部の符号については、図1のものと同一である。
When simply covering the end portion of the sulfide-based solid electrolyte membrane, specifically, as illustrated in FIG. 13, the side surface of the power generation element 105 in the solid-state battery 100 in FIG. When covered with the insulating frame 109 made of resin, even if a crack occurs in the solid sealant, the sulfide-based solid electrolyte membrane can be prevented from being exposed to the atmosphere. However, such an insulating frame may also be cracked due to a change in the volume of the power generation element, like the solid sealant. Further, since the insulating frame is formed, the volume that can be occupied by the power generation element is small, and as a result, there is a problem that the energy density is small. Moreover, when the said insulation frame is too hard, there existed a possibility that each structure of the electric power generation element enclosed by the said insulation frame might be broken.
Note that some of the reference numerals in FIG. 12 are the same as those in FIG.

一方、本発明によれば、上記硫化物系固体電解質膜の負極層側の面および端部が、上記負極層により覆われ、かつ上記発電要素の表面に上記硫化物系固体電解質膜が露出していないことにより、水分が発電要素の周囲に存在するような状態となった場合であっても、水分および硫化物系固体電解質膜が直接接することを防ぐことができる。このため、硫化水素の発生および硫化物系固体電解質膜の劣化を抑制することができる。
また、上記硫化物系固体電解質膜および負極層の接触面積を増加させることができる。また、硫化物系固体電解質膜の端部が、上記負極層により覆われていることにより、上述した絶縁枠等の部材が不要なものとすることができる。このようなことより、エネルギー密度が高いものとすることができる。
さらに、上記負極層が、展性のある展性金属からなることにより、上記発電要素の体積変化等によっても、上記硫化物系固体電解質膜を覆う負極層にクラックが生じないものとすることができる。このため、上記硫化物系固体電解質膜が上記発電要素表面に露出することのないものとすることができる。また、負極層が上記硫化物系固体電解質膜の負極層側の面および端部方向に膨張することができるため、充放電に伴う体積変化により生じる応力を緩和することができる。さらに、上記硫化物系固体電解質膜の負極層側の面および端部を上記負極層により覆った後、プレス等により加圧することで、上記端部を容易に覆うことができる。このようなことより、安定性および生産性に優れたものとすることができる。
On the other hand, according to the present invention, the negative electrode layer side surface and end of the sulfide solid electrolyte membrane are covered with the negative electrode layer, and the sulfide solid electrolyte membrane is exposed on the surface of the power generation element. Therefore, even when moisture is present around the power generation element, it is possible to prevent moisture and the sulfide-based solid electrolyte membrane from coming into direct contact with each other. For this reason, generation | occurrence | production of hydrogen sulfide and deterioration of a sulfide type solid electrolyte membrane can be suppressed.
In addition, the contact area between the sulfide-based solid electrolyte membrane and the negative electrode layer can be increased. In addition, since the end portion of the sulfide-based solid electrolyte membrane is covered with the negative electrode layer, the above-described member such as an insulating frame can be made unnecessary. As a result, the energy density can be increased.
Furthermore, the negative electrode layer is made of malleable malleable metal, so that the negative electrode layer covering the sulfide-based solid electrolyte membrane does not crack even when the volume of the power generation element changes. it can. For this reason, the said sulfide type solid electrolyte membrane shall not be exposed to the said electric power generation element surface. In addition, since the negative electrode layer can expand in the negative electrode layer side surface and end direction of the sulfide-based solid electrolyte membrane, the stress caused by the volume change associated with charge / discharge can be relaxed. Furthermore, after covering the negative electrode layer side surface and end of the sulfide-based solid electrolyte membrane with the negative electrode layer, the end can be easily covered by pressurizing with a press or the like. As a result, the stability and productivity can be improved.

本発明の固体型電池は、発電要素を少なくとも含むものである。
以下、本発明の固体型電池の各構成について詳細に説明する。
The solid battery of the present invention includes at least a power generation element.
Hereafter, each structure of the solid-state battery of this invention is demonstrated in detail.

1.発電要素
本発明に用いられる発電要素は、少なくとも、正極層、硫化物系固体電解質膜および負極層が積層されてなる全固体型の発電要素である。また、上記硫化物系固体電解質膜が露出していないものである。
1. Power Generation Element The power generation element used in the present invention is an all-solid power generation element in which at least a positive electrode layer, a sulfide-based solid electrolyte membrane, and a negative electrode layer are laminated. Further, the sulfide-based solid electrolyte membrane is not exposed.

また、本発明の固体型電池におけるイオン伝導体の種類は、特に限定されるものではないが、中でもLiイオンであることが好ましい。すなわち、本発明の固体型電池は、全固体型リチウム電池であることが好ましい。エネルギー密度が高い電池とすることができるからである。また、本発明の固体型電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも二次電池であることが好ましい。例えば車載用電池として有用だからである。以下、発電要素の材料等について、リチウム電池の場合を中心にして説明する。   Moreover, the kind of the ion conductor in the solid-state battery of the present invention is not particularly limited, but Li ion is particularly preferable. That is, the solid state battery of the present invention is preferably an all solid state lithium battery. This is because the battery can have a high energy density. Further, the solid state battery of the present invention may be a primary battery or a secondary battery, but among them, a secondary battery is preferable. For example, it is useful as a vehicle battery. Hereinafter, the material of the power generation element will be described focusing on the case of a lithium battery.

(1)負極層
本発明に用いられる発電要素を構成する負極層は、後述する硫化物系固体電解質膜の負極層側の面および端部を覆うように形成されるものである。
ここで、硫化物系固体電解質膜の端部とは、正極層および硫化物系固体電解質膜が積層した正極-硫化物系固体電解質膜積層体の側面における硫化物系固体電解質膜表面をいうものである。具体的には、図2に例示するように、正極層1および硫化物系固体電解質膜2の平面視形状が同一である場合においては、Aで示す箇所をいうものである。また、図3および図4に例示するように、正極層1より硫化物系固体電解質膜2の平面視形状が大きい場合においては、Aで示す箇所をいうものである。
また、上記負極層の形状は、図5に例示するように、後述する正極層1と短絡が生じない範囲内において、上記硫化物系固体電解質膜2の正極層1側の面上にも形成されるものであっても良い。
なお、図2〜5中の符号については、図1中の符号と同一である。
(1) Negative electrode layer The negative electrode layer which comprises the electric power generation element used for this invention is formed so that the surface and edge part by the side of the negative electrode layer of the sulfide type solid electrolyte membrane mentioned later may be covered.
Here, the end of the sulfide-based solid electrolyte membrane refers to the surface of the sulfide-based solid electrolyte membrane on the side surface of the positive electrode-sulfide-based solid electrolyte membrane laminate in which the positive electrode layer and the sulfide-based solid electrolyte membrane are laminated. It is. Specifically, as illustrated in FIG. 2, when the shape of the positive electrode layer 1 and the sulfide-based solid electrolyte membrane 2 are the same in plan view, this indicates a portion indicated by A. Further, as illustrated in FIG. 3 and FIG. 4, when the plan view shape of the sulfide-based solid electrolyte membrane 2 is larger than that of the positive electrode layer 1, the portion indicated by A is meant.
Further, as illustrated in FIG. 5, the shape of the negative electrode layer is also formed on the surface of the sulfide-based solid electrolyte membrane 2 on the positive electrode layer 1 side within a range in which a short circuit with the positive electrode layer 1 described later does not occur. It may be.
In addition, about the code | symbol in FIGS. 2-5, it is the same as the code | symbol in FIG.

本発明に用いられる負極層としては、展性があり、一般的な固体型電池において負極層に含まれる負極活物質として用いられる金属である展性金属からなるものであれば良い。このような展性金属としては、具体的には、Li、In、Al、Si、Sn等を挙げることができる。また、Li合金を用いることもできる。
本発明においては、なかでもLiまたはInが好ましく、特にInが好ましい。LiおよびInは展性に優れ、加工が容易だからである。
また、Inは、水分との反応性が低いため、水分が発電要素の周囲に存在するような状態となった場合であっても、負極層の劣化を防ぐことができる。したがって、上記発電要素をより安定性に優れたものとすることができる。また、封止剤として親水性の流動性封止剤を用いることが可能となり、材料選択の幅が広いものとすることができる。
The negative electrode layer used in the present invention is malleable and may be made of a malleable metal which is a metal used as a negative electrode active material contained in the negative electrode layer in a general solid battery. Specific examples of such malleable metals include Li, In, Al, Si, and Sn. Moreover, Li alloy can also be used.
In the present invention, Li or In is particularly preferable, and In is particularly preferable. This is because Li and In are excellent in malleability and easy to process.
In addition, since In has a low reactivity with moisture, deterioration of the negative electrode layer can be prevented even when moisture is present around the power generation element. Therefore, the power generation element can be made more stable. In addition, a hydrophilic fluid sealant can be used as the sealant, and the range of material selection can be widened.

また、本発明に用いられる負極層は、上記展性金属の金属膜であっても良く、上記展性金属の粉体を圧縮成形したものであっても良い。上記展性金属の金属膜としては、具体的には、上記展性金属の金属箔、めっき箔、蒸着箔等を挙げることができ、中でも金属箔であることが好ましい。後述する正極および硫化物系固体電解質膜と伴にプレス等することにより、容易に上記硫化物系固体電解質膜の負極層側の面および端部を覆うことができるからである。
また、上記展性金属の粉体を圧縮成形して負極層を形成する場合は、導電性を向上させるために、導電化材を添加しても良い。上記導電化材としては、例えばアセチレンブラック、カーボンファイバー等を挙げることができる。
Further, the negative electrode layer used in the present invention may be a metal film of the malleable metal, or may be a product obtained by compression molding the powder of the malleable metal. Specific examples of the metal film of the malleable metal include the metal foil, the plating foil, and the vapor deposition foil of the malleable metal, and among them, the metal foil is preferable. This is because the surface and end of the sulfide solid electrolyte membrane on the negative electrode layer side can be easily covered by pressing together with the positive electrode and sulfide solid electrolyte membrane described later.
Further, when the negative electrode layer is formed by compression molding the malleable metal powder, a conductive material may be added in order to improve conductivity. Examples of the conductive material include acetylene black and carbon fiber.

本発明に用いられる負極層は、上記発電要素において露出した表面が撥水処理されたものであることが好ましい。撥水処理されたものであることにより、後述する硫化物系固体電解質膜と水分との接触をより効果的に防止することができるからである。
ここで、撥水処理の方法としては、ディップコーティング、スピンコーティング等のコーティング、プリンティング方法を挙げることができる。
It is preferable that the negative electrode layer used in the present invention has a water repellent treatment on the exposed surface of the power generating element. This is because the water-repellent treatment can more effectively prevent contact between the sulfide-based solid electrolyte membrane described later and moisture.
Here, examples of the water repellent treatment include coating such as dip coating and spin coating, and a printing method.

上記負極層の膜厚としては、特に限定されるものではないが、通常1μm〜100μmの範囲内である。また、上記負極層は、通常、負極層の集電を行う負極集電体を有する。上記負極集電体の材料としては、例えばステンレス(SUS)等を挙げることができ、上記負極集電体の形状としては、例えば箔状およびメッシュ状等を挙げることができる。   Although it does not specifically limit as a film thickness of the said negative electrode layer, Usually, it exists in the range of 1 micrometer-100 micrometers. The negative electrode layer usually has a negative electrode current collector that collects current from the negative electrode layer. Examples of the material of the negative electrode current collector include stainless steel (SUS), and examples of the shape of the negative electrode current collector include a foil shape and a mesh shape.

(2)硫化物系固体電解質膜
本発明に用いられる発電要素を構成する硫化物系固体電解質膜は、その負極層側の面および端部が、上述した負極層により覆われるものである。また、上記発電要素の表面に露出しないものである。
(2) Sulfide-based solid electrolyte membrane The sulfide-based solid electrolyte membrane constituting the power generation element used in the present invention has its negative electrode layer side and end covered with the aforementioned negative electrode layer. Further, it is not exposed on the surface of the power generating element.

このような本発明に用いられる硫化物系固体電解質膜の形状としては、短絡することなく所望のエネルギー密度を有するものとすることができるものであれば良い。具体的には、平面視形状が、既に説明した図3および図4に例示するように後述する正極層よりも広いものであっても良く、既に説明した図2に例示するように同一のものであっても良い。
なかでも本発明においては、上記硫化物系固体電解質膜が、後述する正極層よりも平面視形状が広いものであることが好ましく、特に、既に説明した図3に示すように、上記正極層の側面を覆うような形状であることが好ましい。エネルギー密度の高いものとすることができるからである。また、正極および負極の短絡を効果的に防止することができるからである。
The shape of the sulfide-based solid electrolyte membrane used in the present invention may be any shape that can have a desired energy density without causing a short circuit. Specifically, the shape in plan view may be wider than the positive electrode layer described later as illustrated in FIGS. 3 and 4 described above, or the same as illustrated in FIG. 2 described above. It may be.
In particular, in the present invention, it is preferable that the sulfide-based solid electrolyte membrane has a wider shape in plan view than a positive electrode layer described later. In particular, as shown in FIG. A shape that covers the side surface is preferred. This is because the energy density can be increased. Moreover, it is because the short circuit of a positive electrode and a negative electrode can be prevented effectively.

本発明に用いられる硫化物系固体電解質膜を構成する硫化物系固体電解質としては、硫黄成分を含有し、イオン伝導性を有するものであれば特に限定されるものではなく、通常、空気中の水分と反応して硫化水素を発生させるものである。
このような硫化物系固体電解質としては、具体的には、Li、S、および第三成分を有するもの等を挙げることができる。第三成分としては、例えばP、Ge、B、Si、I、Al、GaおよびAsからなる群より選択される少なくとも一種を挙げることができる。硫化物系固体電解質としては、具体的には、LiS−P、70LiS−30P、80LiS−20P、LiS−SiS、LiGe0.250.75等を挙げることができ、中でもLiS−Pが好ましい。イオン伝導度が高い固体電解質膜を得ることができるからである。
The sulfide-based solid electrolyte constituting the sulfide-based solid electrolyte membrane used in the present invention is not particularly limited as long as it contains a sulfur component and has ionic conductivity, and is usually in the air. It reacts with moisture to generate hydrogen sulfide.
Specific examples of such a sulfide-based solid electrolyte include those having Li, S, and a third component. Examples of the third component include at least one selected from the group consisting of P, Ge, B, Si, I, Al, Ga, and As. Specific examples of the sulfide-based solid electrolyte include Li 2 S—P 2 S 5 , 70Li 2 S-30P 2 S 5 , 80Li 2 S-20P 2 S 5 , Li 2 S—SiS 2 , LiGe 0. mention may be made of 25 P 0.75 S 4. of these Li 2 S-P 2 S 5 is preferred. This is because a solid electrolyte membrane having high ionic conductivity can be obtained.

上記硫化物系固体電解質の製造方法としては、例えば、Li、S、および第三成分を含んだ原料に対して、遊星型ボールミルでガラス化させる方法、または溶融急冷でガラス化させる方法等を挙げることができる。なお、上記硫化物系固体電解質の製造の際に、性能向上を目的として、熱処理を行っても良い。また、上記硫化物系固体電解質を成膜する方法としては、例えば、硫化物系固体電解質を一軸圧縮成形によりペレット化する方法等を挙げることができる。   Examples of the method for producing the sulfide-based solid electrolyte include a method of vitrifying a raw material containing Li, S, and a third component by a planetary ball mill, or a method of vitrifying by melting and quenching. be able to. In the production of the sulfide-based solid electrolyte, heat treatment may be performed for the purpose of improving performance. Examples of the method for forming the sulfide solid electrolyte into a film include a method of pelletizing the sulfide solid electrolyte by uniaxial compression molding.

また、硫化物系固体電解質膜の膜厚としては、短絡することなく所望のエネルギー密度を有するものとすることができるものであれば良く、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であり、中でも0.1μm〜300μmの範囲内であることが好ましい。   Further, the film thickness of the sulfide-based solid electrolyte film may be any film that can have a desired energy density without short-circuiting, and is, for example, in the range of 0.1 μm to 1000 μm. It is preferable to be within the range of 1 μm to 300 μm.

(3)正極層
本発明に用いられる発電要素を構成する正極層は、一般的な固体型電池に用いられる正極層と同様のものを用いることができる。上記正極層は、少なくとも正極活物質を有する。上記正極活物質としては、例えば、LiCoO、LiMnO、LiNiMn、LiVO、LiCrO、LiFePO、LiCoPO、LiNiO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等を挙げることができ、中でもLiCoOが好ましい。また、上記正極層は、導電性を向上させるために、導電化材を含有していても良い。上記導電化材としては、例えばアセチレンブラック、カーボンファイバー等を挙げることができる。
(3) Positive electrode layer The positive electrode layer which comprises the electric power generation element used for this invention can use the thing similar to the positive electrode layer used for a general solid battery. The positive electrode layer has at least a positive electrode active material. Examples of the positive electrode active material include LiCoO 2 , LiMnO 2 , Li 2 NiMn 3 O 8 , LiVO 2 , LiCrO 2 , LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O. 2 and the like, and LiCoO 2 is particularly preferable. The positive electrode layer may contain a conductive material in order to improve conductivity. Examples of the conductive material include acetylene black and carbon fiber.

上記正極層の膜厚としては、特に限定されるものではないが、通常1μm〜100μmの範囲内である。また、上記正極層の形成方法としては、例えば、上記の正極活物質等の粉体を圧縮成形する方法等を挙げることができる。   Although it does not specifically limit as a film thickness of the said positive electrode layer, Usually, it exists in the range of 1 micrometer-100 micrometers. Moreover, as a formation method of the said positive electrode layer, the method of compression-molding powder, such as said positive electrode active material, etc. can be mentioned, for example.

本発明に用いられる正極層は、通常、正極層の集電を行う正極集電体を有する。上記正極集電体の材料としては、例えばSUS等を挙げることができ、上記正極集電体の形状としては、例えば箔状およびメッシュ状等を挙げることができる。   The positive electrode layer used in the present invention usually has a positive electrode current collector that collects current from the positive electrode layer. Examples of the material of the positive electrode current collector include SUS, and examples of the shape of the positive electrode current collector include a foil shape and a mesh shape.

(4)発電要素
本発明に用いられる発電要素は、少なくとも、正極層、硫化物系固体電解質膜および負極層が積層されてなるものであれば良く、必要に応じて、絶縁リングを有するものであっても良い。上記正極層および負極層の短絡防止を図ることができるからである。また、上記硫化物系固体電解質膜が、上記発電要素の表面に露出されないものとするためである。
このような絶縁リングの形状としては、充放電に伴う体積変化によるクラック発生の恐れが少なく、さらにエネルギー密度が大きく低下することがないものであれば良く、具体的には、既に説明した図1〜図3に示すように、上記正極層が有する正極集電体の側面を覆うように形成されるものや、図5に示すように、負極層の内壁を覆うように形成されるものとすることができる。
また、上記絶縁リングの材料としては、絶縁性を有するものであれば良く、一般的な絶縁性の樹脂を挙げることができる。
(4) Power generation element The power generation element used in the present invention only needs to have at least a positive electrode layer, a sulfide-based solid electrolyte membrane, and a negative electrode layer laminated, and if necessary, has an insulating ring. There may be. This is because the positive electrode layer and the negative electrode layer can be prevented from being short-circuited. Moreover, it is for the said sulfide type solid electrolyte membrane not to be exposed to the surface of the said electric power generation element.
The shape of such an insulating ring may be any shape as long as there is little risk of cracking due to volume change associated with charging / discharging, and the energy density does not significantly decrease. Specifically, FIG. As shown in FIG. 3, the positive electrode layer is formed so as to cover the side surface of the positive electrode current collector, or as shown in FIG. 5, it is formed so as to cover the inner wall of the negative electrode layer. be able to.
In addition, the insulating ring material may be any material as long as it has insulating properties, and examples thereof include general insulating resins.

2.固体型電池
本発明の固体型電池としては、上記発電要素を有するものであれば良いが、通常、上記記各集電体に接続された取り出し電極を有するものである。
また、必要に応じて、中間集電体を有するものであっても良い。また、上記発電要素が上記発電要素を収納する電池ケース内に収納され、さらに、上記電池ケース内で封止剤によって周囲を囲まれるものであっても良い。
さらに、上記封止剤が流動性を有する流動性封止剤である場合においては、撹拌手段、温度調整手段、ガイド手段、脱水手段等を有するものであっても良い。
2. Solid-state battery The solid-state battery of the present invention is not limited as long as it has the power generation element, but usually has a take-out electrode connected to each of the current collectors.
Moreover, you may have an intermediate electrical power collector as needed. Further, the power generation element may be housed in a battery case that houses the power generation element, and the periphery may be surrounded by a sealing agent in the battery case.
Further, when the sealant is a fluid sealant having fluidity, it may have a stirring means, a temperature adjusting means, a guide means, a dehydrating means, and the like.

(1)取り出し電極
上記取り出し電極の形状としては、例えば箔状およびリード状等を挙げることができる。また、上記取り出し電極の材料としては、固体型電池に一般的に使用される材料を用いることができ、具体的にはステンレス(SUS)等を挙げることができる。
(1) Extraction electrode Examples of the shape of the extraction electrode include a foil shape and a lead shape. Moreover, as a material of the said extraction electrode, the material generally used for a solid battery can be used, Specifically, stainless steel (SUS) etc. can be mentioned.

(2)封止剤
上記封止材により周囲が囲まれていることにより、上記発電要素における硫化物系固体電解質膜と大気中の水分との反応を抑制することができるからである。
このような封止剤としては、流動性を有する流動性封止剤であることが好ましい。流動性を有するため、充放電等に伴う上記発電要素の体積変化が生じた場合であっても、その体積変化に柔軟に対応することができるからである。このため、封止剤として固体封止剤を用いた場合に生じることがあるクラックの発生をないものとすることができ、大気中の水分と上記発電要素に含まれる硫化物系固体電解質膜との反応をより抑制することができるからである。また、クラックを生じることがないものとすることができることから、上記負極層を構成する展性金属として大気中の水分との反応性が高いLiを用いることが可能となり、材料選択の幅が広がるからである。さらに、上記硫化物系固体電解質膜の端部が上記負極層によって覆われていることにより、上記硫化物系固体電解質膜と、上記流動性封止剤に含まれる水分との経時的反応も抑制されるため、本発明の効果をより効果的に発揮することができるからである。
(2) Sealant Since the periphery is surrounded by the sealing material, the reaction between the sulfide-based solid electrolyte membrane in the power generation element and moisture in the atmosphere can be suppressed.
Such a sealant is preferably a fluid sealant having fluidity. This is because, since it has fluidity, it can flexibly cope with the volume change even when the volume change of the power generation element caused by charging / discharging occurs. For this reason, it is possible to eliminate the occurrence of cracks that may occur when a solid sealant is used as the sealant, and the moisture in the atmosphere and the sulfide-based solid electrolyte membrane contained in the power generation element This is because this reaction can be further suppressed. Further, since it is possible to prevent the generation of cracks, it is possible to use Li, which is highly reactive with moisture in the atmosphere, as the malleable metal constituting the negative electrode layer, and the range of material selection is widened. Because. Furthermore, since the end of the sulfide-based solid electrolyte membrane is covered with the negative electrode layer, the reaction over time between the sulfide-based solid electrolyte membrane and moisture contained in the fluid sealant is also suppressed. Therefore, the effect of the present invention can be exhibited more effectively.

上記流動性封止剤としては、電池ケース内で発電要素を封止し、硫化物系固体電解質膜と反応しない性質を有するものであれば良い。本発明において「硫化物系固体電解質膜と反応しない」とは、上記硫化物系固体電解質膜との反応で硫化水素等が発生せず、硫化物系固体電解質膜の機能を実質的に劣化させないことをいう。また、本発明に用いられる流動性封止剤は流動性を有するものである。「流動性を有する」とは、固体または気体ではないことをいい、充放電等に伴う発電要素の体積変化に柔軟に追従できることをいう。従って、本発明における流動性封止剤には、通常の液体(有機溶媒)の他に、ゾル、ゲル、エマルジョン等の分散系も含まれる。また、本発明における流動性封止剤には、通常、絶縁性に優れた材料が用いられる。
以下、本発明に用いられる流動性封止剤について、電池ケースが開放型である場合と、電池ケースが密閉型である場合とに分けて説明する。
Any fluid sealing agent may be used as long as it has the property of sealing the power generation element in the battery case and not reacting with the sulfide-based solid electrolyte membrane. In the present invention, “does not react with the sulfide-based solid electrolyte membrane” means that hydrogen sulfide or the like is not generated by the reaction with the sulfide-based solid electrolyte membrane, and the function of the sulfide-based solid electrolyte membrane is not substantially deteriorated. That means. The fluid sealant used in the present invention has fluidity. “Having fluidity” means that it is not solid or gas, and means that it can flexibly follow the volume change of the power generation element accompanying charging and discharging. Accordingly, the fluid sealant in the present invention includes a dispersion system such as a sol, a gel, and an emulsion in addition to a normal liquid (organic solvent). Moreover, the material excellent in insulation is normally used for the fluid sealing agent in this invention.
Hereinafter, the fluid sealant used in the present invention will be described separately for a case where the battery case is an open type and a case where the battery case is a sealed type.

(i)電池ケースが開放型である場合
電池ケースが開放型である場合、上述した図1に示すように、流動性封止剤は大気(空気)と接することになる。そのため、流動性封止剤の疎水性は高いことが好ましい。より具体的には、流動性封止剤が疎水性液体であることが好ましい。空気中の水分が、硫化物系固体電解質膜と接触することを抑制することができるからである。
(I) When the battery case is an open type When the battery case is an open type, as shown in FIG. 1 described above, the fluid sealant comes into contact with the atmosphere (air). Therefore, it is preferable that the fluid sealant has high hydrophobicity. More specifically, the fluid sealant is preferably a hydrophobic liquid. This is because moisture in the air can be prevented from coming into contact with the sulfide-based solid electrolyte membrane.

本発明においては、流動性封止剤に含まれる水分量は少ないことが好ましい。具体的には100ppm以下、中でも50ppm以下、特に30ppm以下であることが好ましい。流動性封止剤に含まれる水分量が多すぎると、硫化物系固体電解質膜の劣化が進みやすいからである。   In the present invention, the amount of water contained in the fluid sealant is preferably small. Specifically, it is preferably 100 ppm or less, particularly 50 ppm or less, particularly preferably 30 ppm or less. This is because if the amount of water contained in the fluid sealant is too large, the sulfide-based solid electrolyte membrane is likely to deteriorate.

流動性封止剤の水(水蒸気)に対する溶解度としては、例えば、25℃、1atmの条件下で、例えば1%(w/w)以下、中でも0.5%(w/w)以下、特に0.1%(w/w)以下であることが好ましい。また、一般的に、対象物の疎水性を表す指標として、n−オクタノールおよび水の混合溶媒に対する、流動性封止剤の分配係数を用いて評価する方法がある。本発明においては、流動性封止剤のLogPowが、例えば0以上、中でも1以上、特に2以上であることが好ましい。 The solubility of the fluid sealant in water (water vapor) is, for example, 1% (w / w) or less, particularly 0.5% (w / w) or less, particularly 0 at 25 ° C. and 1 atm. .1% (w / w) or less is preferable. In general, as an index representing the hydrophobicity of an object, there is a method of evaluation using a partition coefficient of a fluid sealant with respect to a mixed solvent of n-octanol and water. In the present invention, LogP ow of flowable sealant, for example 0 or more and preferably 1 or more, and particularly preferably 2 or more.

上記疎水性液体としては、例えば鎖式飽和炭化水素、環式飽和炭化水素、無極性液体等を挙げることができる。   Examples of the hydrophobic liquid include chain saturated hydrocarbons, cyclic saturated hydrocarbons, and nonpolar liquids.

上記鎖式飽和炭化水素は、流動性を有するものであれば、直鎖構造を有するものであっても良く、分岐構造を有するものであっても良い。さらに、流動性封止剤は、流動性を有するものであれば、鎖式飽和炭化水素の単体であっても良く、複数の鎖式飽和炭化水素の混合物であっても良い。   As long as the chain saturated hydrocarbon has fluidity, it may have a straight chain structure or a branched structure. Furthermore, the fluid sealant may be a single chain saturated hydrocarbon or a mixture of a plurality of chain saturated hydrocarbons as long as it has fluidity.

鎖式飽和炭化水素の単体としては、例えばペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカンおよびドデカン等を挙げることができる。一方、複数の鎖式飽和炭化水素の混合物としては、例えば流動パラフィン等を挙げることができる。なお、流動パラフィンとは、一般的に、炭素数20以上の鎖式飽和炭化水素の混合物であり、かつ、常温で液体であるものの総称をいう。本発明においては、疎水性液体が流動パラフィンであることが好ましい。   Examples of the simple chain saturated hydrocarbon include pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, and dodecane. On the other hand, examples of the mixture of a plurality of chain saturated hydrocarbons include liquid paraffin. Liquid paraffin generally refers to a mixture of chain saturated hydrocarbons having 20 or more carbon atoms and liquid at room temperature. In the present invention, the hydrophobic liquid is preferably liquid paraffin.

また、上記環式飽和炭化水素としては、具体的にはシクロアルカンを挙げることができる。シクロアルカンとしては、例えばシクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、およびシクロオクタン等を挙げることができる。
また、上記無極性液体としては、例えばベンゼン、トルエン、ジエチルエーテル、クロロホルム、酢酸エチル、テトラヒドロフランおよび塩化メチル等を挙げることができる。
なお、本発明においては、ゾル、ゲル、エマルジョン等の分散系の流動性封止剤を使用することもできる。
Specific examples of the cyclic saturated hydrocarbon include cycloalkanes. Examples of the cycloalkane include cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, and cyclooctane.
Examples of the nonpolar liquid include benzene, toluene, diethyl ether, chloroform, ethyl acetate, tetrahydrofuran, and methyl chloride.
In the present invention, a dispersible fluid sealant such as a sol, gel, or emulsion can also be used.

(ii)電池ケースが密閉型である場合
電池ケースが密閉型である場合、流動性封止剤は基本的には大気(空気)と接しない。そのため、流動性封止剤の種類は、硫化物系固体電解質膜と反応しない性質を有するものであれば特に限定されるものではない。中でも、本発明においては、流動性封止剤の疎水性が高いことが好ましく、より具体的には、流動性封止剤が疎水性液体であることが好ましい。例えば正極層等に空気が残存している場合であっても、容易に除去することができ、水分が硫化物系固体電解質膜と接触することを抑制することができるからである。なお、疎水性液体の種類等については、上述した内容と同様であるので、ここでの説明は省略する。
(Ii) When the battery case is a sealed type When the battery case is a sealed type, the fluid sealant basically does not contact the atmosphere (air). Therefore, the kind of fluid sealant is not particularly limited as long as it has a property that does not react with the sulfide-based solid electrolyte membrane. Among them, in the present invention, it is preferable that the fluid sealant has high hydrophobicity, and more specifically, the fluid sealant is preferably a hydrophobic liquid. For example, even if air remains in the positive electrode layer or the like, it can be easily removed, and moisture can be prevented from coming into contact with the sulfide-based solid electrolyte membrane. In addition, since the kind etc. of hydrophobic liquid are the same as the content mentioned above, description here is abbreviate | omitted.

(3)電池ケース
上記電池ケースとしては、上記発電要素および上記発電要素を囲む封止剤を保持できるものであれば良い。このような電池ケースとしては、大気と封止剤とが接触可能な開放型電池ケースであっても良く、接触不可能な密閉型電池ケースであっても良いが、通常は密閉型電池ケースが用いられる。
(3) Battery case As said battery case, what can hold | maintain the said electric power generation element and the sealing agent surrounding the said electric power generation element should just be hold | maintained. Such a battery case may be an open battery case that allows contact between the atmosphere and the sealant, or may be a sealed battery case that cannot be contacted. Used.

上記電池ケースが開放型電池ケースである場合には、充放電等に伴う発電要素の体積変化が生じた場合であっても、内部圧力の急激な変化を緩和することができるといった利点を有する。このような開放型電池ケースを有する固体型電池としては、具体的には、上述した図1に示すように、通気孔を有する電池ケース6を備えた固体型電池を挙げることができる。
また、開放型電池ケースを用いた固体型電池における通気孔の径としては、内部圧力の急激な変化を緩和できれば特に限定されるものではないが、通気孔の径は小さいことが好ましい。封止剤として流動性封止剤を用いた場合において、流動性封止剤の揮発を抑制することができるからである。
When the battery case is an open-type battery case, there is an advantage that a sudden change in internal pressure can be alleviated even when the volume of the power generation element is changed due to charging / discharging or the like. As a solid battery having such an open battery case, specifically, as shown in FIG. 1 described above, a solid battery having a battery case 6 having a vent can be mentioned.
In addition, the diameter of the vent hole in the solid battery using the open battery case is not particularly limited as long as the rapid change in the internal pressure can be reduced, but the diameter of the vent hole is preferably small. This is because when a fluid sealant is used as the sealant, volatilization of the fluid sealant can be suppressed.

また、上記電池ケースが密閉型電池ケースである場合には、空気中の水分が、電池内部に浸入することを防止でき、さらに、流動性封止剤の揮発も防止することができるといった利点を有する。このような密閉型電池ケースを有する固体型電池としては、具体的には、図6に示すものを挙げることができる。
また、密閉型電池ケースを用いた固体型電池は、内部圧力調整手段をさらに有していることが好ましい。充放電等に伴う発電要素の体積変化が生じた場合であっても、内部圧力の急激な変化を緩和することができるからである。
Further, when the battery case is a sealed battery case, it is possible to prevent moisture in the air from entering the inside of the battery and further to prevent volatilization of the fluid sealant. Have. Specific examples of the solid battery having such a sealed battery case include those shown in FIG.
Moreover, it is preferable that the solid battery using the sealed battery case further has an internal pressure adjusting means. This is because even if the volume change of the power generation element accompanying charging / discharging or the like occurs, a sudden change in internal pressure can be alleviated.

上記内部圧力調整手段としては、具体的には、図7(a)に示すように、仕切り板11およびバネ12を用いる手段を挙げることができる。例えば発電要素が膨張する際には、仕切り板11が流動性封止剤7により押され、バネ12が縮むことにより、内部圧力の急激な増加が緩和される。一方、発電要素が収縮する際には、バネ12が伸び、仕切り板11が流動性封止剤7を押すことにより、内部圧力の急激な低下が緩和される。一方、図7(b)に示すように、密閉型の電池ケース6の内部に、水分を含まない不活性ガス13を封入して、不活性ガス13を介して内部圧力の調整を行っても良い。この場合、流動性封止剤が内部圧力調整手段と接触しないので、流動性封止剤の汚染を防止できるという利点を有する。また、別の内部圧力調整手段としては、例えば、仕切り板およびバネの代わりに樹脂製の風船等を設ける手段、および電池ケース自体に伸縮性のある材料を用いる手段を挙げることができる。   Specific examples of the internal pressure adjusting means include means using a partition plate 11 and a spring 12 as shown in FIG. For example, when the power generation element expands, the partition plate 11 is pushed by the fluid sealant 7 and the spring 12 is contracted, so that a sudden increase in internal pressure is alleviated. On the other hand, when the power generation element contracts, the spring 12 is extended, and the partition plate 11 pushes the fluid sealant 7, so that the rapid decrease in internal pressure is alleviated. On the other hand, as shown in FIG. 7B, an inert gas 13 containing no moisture is enclosed in a sealed battery case 6 and the internal pressure is adjusted via the inert gas 13. good. In this case, since the fluid sealant does not come into contact with the internal pressure adjusting means, there is an advantage that contamination of the fluid sealant can be prevented. As another internal pressure adjusting means, for example, a means for providing a resin balloon or the like instead of the partition plate and the spring, and a means for using a stretchable material for the battery case itself can be cited.

本発明においては、電池ケースが、一部に取り出し電極を組み込んだものであっても良い。流動性封止剤の漏洩を防止できるからである。具体的には、図8に示すように、電池ケース6が、一部に取り出し電極8a、8bを組み込んだもの等を挙げることができる。上述した図6に示すような固体型電池では、取り出し電極8a、8bが電池ケース6を貫通するように配置されるため、貫通部を樹脂等で封止したとしても、樹脂等の劣化により、貫通部から流動性封止剤が漏洩する可能性がある。これに対して、図8に示すような固体型電池では、貫通部の封止が不要になるため、流動性封止剤の漏洩を確実に防止することができる。   In the present invention, the battery case may be one in which a take-out electrode is incorporated in part. This is because leakage of the fluid sealant can be prevented. Specifically, as shown in FIG. 8, the battery case 6 may include a part in which extraction electrodes 8a and 8b are incorporated. In the solid-state battery as shown in FIG. 6 described above, the extraction electrodes 8a and 8b are disposed so as to penetrate the battery case 6. Therefore, even if the penetration portion is sealed with resin or the like, due to deterioration of the resin or the like, There is a possibility that the fluid sealant may leak from the penetration portion. On the other hand, in the solid battery as shown in FIG. 8, since the sealing of the penetrating portion is unnecessary, the leakage of the fluid sealant can be surely prevented.

(4)中間集電体
本発明においては、上記発電要素が、中間集電体を介して複数積層されていることが好ましい。より実用的な固体型電池とすることができるからである。具体的には、図9に示すように、正極層1、硫化物系固体電解質膜2および負極層3がこの順に積層された発電要素が、中間集電体4cを介して複数積層されているバイポーラ構造の固体型電池を挙げることができる。この場合、積層される発電要素の数は、例えば1個以上が好ましく、中でも2個以上がより好ましく、10個以上がさらに好ましく、50個以上が特に好ましい。一方、積層される発電要素の数は、通常100個以下である。
(4) Intermediate current collector In the present invention, it is preferable that a plurality of the power generation elements are stacked via the intermediate current collector. This is because a more practical solid-state battery can be obtained. Specifically, as shown in FIG. 9, a plurality of power generation elements in which the positive electrode layer 1, the sulfide-based solid electrolyte membrane 2 and the negative electrode layer 3 are stacked in this order are stacked via an intermediate current collector 4c. A solid structure battery having a bipolar structure can be given. In this case, the number of stacked power generation elements is, for example, preferably 1 or more, more preferably 2 or more, further preferably 10 or more, and particularly preferably 50 or more. On the other hand, the number of power generation elements to be stacked is usually 100 or less.

(5)攪拌手段
本発明の固体型電池は、流動性封止剤を撹拌する撹拌手段を有することが好ましい。例えば流動性封止剤を介して発電要素の加熱または冷却を行う際に、容易に温度の均一化を図ることができるからである。従来の封止剤は、流動性を有しない固体の樹脂等からなる固体封止剤が用いられていたため、封止剤を介して発電要素の加熱または冷却を行っても、温度にムラが生じるという問題があった。これに対して、本発明においては、流動性封止剤を撹拌することにより、均一に発電要素の温度を調整することができ、発電効率を向上させることができる。
(5) Stirring means The solid state battery of the present invention preferably has a stirring means for stirring the fluid sealing agent. This is because, for example, when the power generating element is heated or cooled via the fluid sealant, the temperature can be easily uniformed. Since the conventional sealing agent uses a solid sealing agent made of a solid resin or the like that does not have fluidity, even if the power generating element is heated or cooled via the sealing agent, the temperature is uneven. There was a problem. On the other hand, in the present invention, by stirring the fluid sealant, the temperature of the power generation element can be adjusted uniformly, and the power generation efficiency can be improved.

上記撹拌手段としては、流動性封止剤を撹拌できる手段であれば特に限定されるものではないが、例えば、流動性封止剤を、電池ケースに連結された外部経路を通じて循環させる手段等を挙げることができる。具体的には、図10に示すように、流動性封止剤7を電池ケース6に連結された外部経路13を介して循環させる手段を挙げることができる。本発明においては、外部経路13に、流動性封止剤を循環させる液循環手段(例えばモーター等)が配置されていても良い。また、図10に示される固体型電池においては、電池ケース6の内部の流動性封止剤7は発電要素により加熱されて上昇し、逆に、外部経路13の内部の流動性封止剤7は自然冷却により下降する。そのため、特に液循環手段を設けなくても、比重の差を利用して緩やかに流動性封止剤を循環させることは可能である。また、上記撹拌手段の別の例としては、電池ケースの内部に、スクリュー等を設置する手段を挙げることができる。   The stirring means is not particularly limited as long as it can stir the fluid sealant. For example, a means for circulating the fluid sealant through an external path connected to the battery case, etc. Can be mentioned. Specifically, as shown in FIG. 10, a means for circulating the fluid sealing agent 7 through an external path 13 connected to the battery case 6 can be exemplified. In the present invention, liquid circulation means (for example, a motor or the like) for circulating the fluid sealant may be disposed in the external path 13. In the solid battery shown in FIG. 10, the fluid sealant 7 inside the battery case 6 is heated and raised by the power generation element, and conversely, the fluid sealant 7 inside the external path 13. Falls by natural cooling. Therefore, it is possible to gently circulate the fluid sealant using the difference in specific gravity without providing any liquid circulation means. Another example of the stirring means is a means for installing a screw or the like inside the battery case.

(6)温度調整手段
本発明の固体型電池は、流動性封止剤を加熱または冷却する温度調整手段を有することが好ましい。流動性封止剤を介して発電要素の温度調整を行うことにより、最適な温度条件で充放電等ができ、発電効率を向上させることができるからである。また、流動性封止剤は発電要素に直接接触しているため、効率良く発電要素の温度調整を行うことができるという利点を有する。流動性封止剤を加熱・冷却する方法としては、例えば、電池ケースを介して流動性封止剤を加熱・冷却する方法、電池ケースの内部に温度調整用の管を設置し、そこに熱媒・冷媒を通して流動性封止剤を加熱・冷却する方法、および、上述した外部経路を通じて流動性封止剤を加熱・冷却する方法等を挙げることができる。なお、車載用の固体型電池の場合は、例えばラジエータを介して流動性封止剤を冷却しても良い。特に、本発明の固体型電池は、温度調整手段と、上述した撹拌手段とを有していることが好ましい。流動性を有する封止剤を用いた利点を充分に活かすことができるからである。
(6) Temperature adjusting means The solid state battery of the present invention preferably has temperature adjusting means for heating or cooling the fluid sealant. This is because, by adjusting the temperature of the power generation element via the fluid sealant, charging / discharging and the like can be performed under optimal temperature conditions, and power generation efficiency can be improved. Further, since the fluid sealant is in direct contact with the power generation element, it has an advantage that the temperature of the power generation element can be adjusted efficiently. As a method for heating / cooling the fluid sealant, for example, a method for heating / cooling the fluid sealant via a battery case, a temperature adjusting tube is installed inside the battery case, Examples thereof include a method of heating / cooling the fluid sealant through a medium / refrigerant and a method of heating / cooling the fluid sealant through the external path described above. In the case of an in-vehicle solid battery, the fluid sealant may be cooled through a radiator, for example. In particular, the solid-state battery of the present invention preferably has a temperature adjusting means and the above-described stirring means. It is because the advantage using the sealing agent which has fluidity | liquidity can fully be utilized.

(7)ガイド手段
本発明においては、発電要素が、電池ケースの底面側に、気泡を逃すガイド手段を有することが好ましい。ガイド手段を設けることにより、発電要素を流動性封止剤に浸漬させる際に、電池ケースの底面付近で気泡が残留することを抑制することができるからである。具体的には、図11に示すように、発電要素5が、電池ケース6の底面側に取り出し電極8bを介して、ガイド手段14を有するもの等を挙げることができる。これにより、気泡15が電池ケース6の底面付近で気泡が残留することを抑制することができる。上記ガイド手段形状としては、例えば、逆三角形等を挙げることができる。また、集電体や取り出し電極の表面に溝を形成し、ガイド手段としても良い。
(7) Guide means In the present invention, it is preferable that the power generation element has guide means for letting out air bubbles on the bottom surface side of the battery case. This is because by providing the guide means, it is possible to prevent bubbles from remaining near the bottom surface of the battery case when the power generation element is immersed in the fluid sealant. Specifically, as shown in FIG. 11, the power generation element 5 may have a guide means 14 on the bottom surface side of the battery case 6 via the extraction electrode 8 b. Thereby, it is possible to suppress the bubbles 15 from remaining near the bottom surface of the battery case 6. Examples of the guide means shape include an inverted triangle. Further, a groove may be formed on the surface of the current collector or extraction electrode to serve as guide means.

(8)脱水手段
本発明の固体型電池は、流動性封止剤の水分量を低下させる脱水手段を有していても良い。脱水手段を設けることにより、硫化物系固体電解質膜の劣化をさらに防止することができる。脱水手段としては、例えば、電池ケースの内部に、脱水剤を配置する方法等を挙げることができる。脱水剤としては、吸水性を有し、流動性封止剤に悪影響を与えないものであれば特に限定されるものではなく、一般的な脱水剤を用いることができる。具体的には、シリカゲルおよびモルキュラーシーブ等を挙げることができる。
(8) Dehydrating means The solid-state battery of the present invention may have a dehydrating means for reducing the water content of the fluid sealant. By providing the dehydrating means, it is possible to further prevent deterioration of the sulfide-based solid electrolyte membrane. Examples of the dehydrating means include a method of disposing a dehydrating agent inside the battery case. The dehydrating agent is not particularly limited as long as it has water absorption and does not adversely affect the fluid sealant, and a general dehydrating agent can be used. Specific examples include silica gel and molecular sieve.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

[実施例1]
不活性ガス雰囲気中で、発電要素を作製した。まず、正極活物質としてLiCoO、負極活物質としてIn箔(厚さ100μm)を用意した。次に、LiS(日本化学工業製)およびP(アルドリッチ製)を遊星型ボールミルで粉砕混合することにより、硫化物系固体電解質としてのLiS−Pを形成した。次いで、正極および負極集電体(ステンレス(SUS)、厚さ10mm)を準備し、さらに、その側面を厚さ10mmのポリカーボネートからなる絶縁リングにて被覆した。
次に、絶縁リングにより側面が被覆された正極集電体(SUS、厚さ10mm)、正極活物質(LiCoO)および硫化物系固体電解質(LiS−P)をこの順で配置し一軸プレス機にて、5.1t/cmでプレスし、図1に示すように積層された正極集電体/正極層/硫化物系固体電解質膜の積層体を得た。
次いで、正極集電体/正極層/硫化物系固体電解質膜の積層体を、In箔を用いて、上記硫化物系固体電解質膜側から覆い、一軸プレス機にて、0.64t/cmでプレスし、図1に示すように正極集電体/正極層/硫化物系固体電解質膜/負極層の積層体を得た。さらに、この積層体の負極層に集電体(SUS、厚さ10mm)を取り付け、発電要素を得た。
以上より、硫化物系固体電解質膜が表面に露出していない全固体型の発電要素を作製した。
[Example 1]
A power generation element was produced in an inert gas atmosphere. First, LiCoO 2 was prepared as a positive electrode active material, and In foil (thickness: 100 μm) was prepared as a negative electrode active material. Next, Li 2 S (manufactured by Nippon Kagaku Kogyo) and P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) were pulverized and mixed with a planetary ball mill to form Li 2 S—P 2 S 5 as a sulfide-based solid electrolyte. . Subsequently, a positive electrode and a negative electrode current collector (stainless steel (SUS), thickness 10 mm) were prepared, and the side surfaces thereof were covered with an insulating ring made of polycarbonate having a thickness of 10 mm.
Next, a positive electrode current collector (SUS, thickness 10 mm), a positive electrode active material (LiCoO 2 ), and a sulfide-based solid electrolyte (Li 2 S—P 2 S 5 ) whose side surfaces are covered with an insulating ring in this order. The resulting laminate was pressed with a uniaxial press at 5.1 t / cm 2 to obtain a laminate of positive electrode current collector / positive electrode layer / sulfide-based solid electrolyte membrane laminated as shown in FIG.
Next, the laminate of the positive electrode current collector / positive electrode layer / sulfide-based solid electrolyte membrane was covered with the In foil from the sulfide-based solid electrolyte membrane side, and 0.64 t / cm 2 with a uniaxial press. As shown in FIG. 1, a laminate of positive electrode current collector / positive electrode layer / sulfide-based solid electrolyte membrane / negative electrode layer was obtained. Furthermore, a current collector (SUS, thickness 10 mm) was attached to the negative electrode layer of the laminate, thereby obtaining a power generation element.
From the above, an all-solid-state power generation element in which the sulfide-based solid electrolyte membrane was not exposed on the surface was produced.

次に、不活性ガス雰囲気中で、2Lのデシケーターに600mLの流動パラフィン(含水量100ppm程度)を入れ、上記の発電要素を完全に浸漬させた後、デシケーターのコックを開き、デシケーター内を大気雰囲気に置換し、コックを閉じた。このようにして、硫化物系固体電解質膜が表面に露出していない全固体型の発電要素を有する固体型電池を得た。   Next, in an inert gas atmosphere, 600 mL of liquid paraffin (water content of about 100 ppm) is placed in a 2 L desiccator, and after the above power generation element is completely immersed, the desiccator cock is opened, and the inside of the desiccator is in the atmosphere. The cock was closed. In this way, a solid state battery having an all solid state power generation element in which the sulfide-based solid electrolyte membrane was not exposed on the surface was obtained.

[実施例2]
負極活物質としてLi箔を用いた以外は、実施例1と同様にして硫化物系固体電解質膜が上記発電要素の表面に露出していない固体型電池を得た。
[Example 2]
A solid-state battery in which the sulfide-based solid electrolyte membrane was not exposed on the surface of the power generating element was obtained in the same manner as in Example 1 except that Li foil was used as the negative electrode active material.

本発明の固体型電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the solid battery of this invention. 本発明に用いられる発電要素の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the electric power generation element used for this invention. 本発明に用いられる発電要素の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the electric power generation element used for this invention. 本発明に用いられる発電要素の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the electric power generation element used for this invention. 本発明に用いられる発電要素の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the electric power generation element used for this invention. 本発明の固体型電池の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the solid battery of this invention. 本発明の固体型電池の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the solid battery of this invention. 本発明の固体型電池の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the solid battery of this invention. 本発明の固体型電池の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the solid battery of this invention. 本発明の固体型電池の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the solid battery of this invention. 本発明の固体型電池の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the solid battery of this invention. 従来の固体型電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the conventional solid battery. 従来の固体型電池の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the conventional solid battery.

符号の説明Explanation of symbols

1、101 … 正極層
2、102 … 硫化物系固体電解質膜
3、103 … 負極層
4、104 … 集電体
5、105 … 発電要素
6 … 電池ケース
7、107 … 封止剤
8 … 取り出し電極
10、100 … 固体型電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Positive electrode layer 2,102 ... Sulfide type solid electrolyte membrane 3, 103 ... Negative electrode layer 4, 104 ... Current collector 5, 105 ... Power generation element 6 ... Battery case 7, 107 ... Sealing agent 8 ... Extraction electrode 10, 100 ... Solid battery

Claims (3)

正極層と、硫化物系固体電解質膜と、展性のある展性金属からなる負極層とがこの順で積層された全固体型の発電要素を有する固体型電池であって、
前記硫化物系固体電解質膜の負極層側の面および端部が前記負極層により覆われ、かつ前記発電要素の表面に前記硫化物系固体電解質膜が露出していないことを特徴とする固体型電池。
A solid state battery having an all-solid-state power generation element in which a positive electrode layer, a sulfide-based solid electrolyte membrane, and a negative electrode layer made of malleable malleable metal are laminated in this order,
A solid type wherein the surface and end of the sulfide-based solid electrolyte membrane on the negative electrode layer side are covered with the negative electrode layer, and the sulfide-based solid electrolyte membrane is not exposed on the surface of the power generation element battery.
前記発電要素が、前記発電要素を収納する電池ケース内で流動性封止剤に浸漬されていることを特徴とする請求項1に記載の固体型電池。   The solid state battery according to claim 1, wherein the power generation element is immersed in a fluid sealant in a battery case that houses the power generation element. 前記展性金属が、リチウムまたはインジウムであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の固体型電池。   The solid-state battery according to claim 1 or 2, wherein the malleable metal is lithium or indium.
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