JP2012089420A - 電池用イオン伝導体 - Google Patents

Abstract

【課題】局所的な変形を抑制することにより性能を向上させた電池用イオン伝導体を提供する。
【解決手段】電池用イオン伝導体は、無機固体電解質と、電池用イオン伝導体の面内方向及び一定方向のいずれか一方に配列している針状のフィラーと、を備えることを特徴とする。以上のように構成された本発明に係る電池用イオン伝導体は、局所的な変形を抑制することができる。このため電池用イオン伝導体の性能を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、リチウム電池等の電池用イオン伝導体の技術分野に関する。

この種の電池用イオン伝導体として、リチウムイオン伝導性硫化物セラミックスを用いることを特徴するリチウム電池が特許文献１に開示されている。

特開２００１−２５０５８０号公報

しかしながら、この種の電池用イオン伝導体は脆く局所的な変形に耐えられないため、電池用イオン伝導体を固体電解質層や電極層等に用いると、固体電解質層や電極層等に割れや欠落が発生する。このため、リチウム電池の性能が低下するという問題点がある。

この問題点は、例えば、リチウム電池の製造時において、固体電解質層や電極層が塗布された電極シートをコンベヤで移動させる工程で、コンベヤのローラー部で電極シートを巻き取る際、すなわち電極シートが屈曲する際に、電極シートの固体電解質層や電極層に割れや欠落が発生し、リチウム電池の性能が低下することにより、顕著となる。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、局所的な変形を抑制することにより性能を向上させた電池用イオン伝導体を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る電池用イオン伝導体は、無機固体電解質と、針状のフィラーと、を備える電池用イオン伝導体であって、上記電池用イオン伝導体の面内方向に上記針状のフィラーが配列していることを特徴とする。

以上のように構成された電池用イオン伝導体は、局所的な変形を抑制することができる。このため電池用イオン伝導体の性能を向上させることができる。

本発明に係る電池用イオン伝導体の一様体では、上記面内方向は、一定方向であることを特徴とする。

以上のように構成された電池用イオン伝導体は、局所的な変形を抑制することができる。このため電池用イオン伝導体の性能を向上させることができる。

本発明に係る電池用イオン伝導体の他の様体では、上記一定方向は、上記電池用イオン伝導体の製造時における屈曲方向に沿う方向であることを特徴とする。

以上のように構成された電池用イオン伝導体は、製造時の局所的な変形を抑制することができる。このため電池用イオン伝導体の性能を向上させることができる。

本発明に係る電池用イオン伝導体の他の様体では、上記針状のフィラーが、絶縁性である。そして電池用イオン伝導体は固体電解質層に用いられる。

以上のように構成された電池用イオン伝導体は、固体電解質層の局所的な変形を抑制することができる。また、正極層と負極層の短絡を抑制することができる。

本発明に係る電池用イオン伝導体の他の様体では、上記針状のフィラーが、導電性である。そして電池用イオン伝導体は電極層に用いられる。

以上のように構成された電池用イオン伝導体は、電極層の局所的な変形を抑制することができる。また、電極層の抵抗低減効果を得ることができる。

本発明に係る電池用イオン伝導体の他の様体では、固体電池が上記固体電解質層を備える。

以上のように構成された電池用イオン伝導体は、固体電池の局所的な変形を抑制することができる。また、固体電池の正極層と負極層の短絡を抑制することができる。

本発明に係る電池用イオン伝導体の他の様体では、固体電池が上記電極層を備える。

以上のように構成された電池用イオン伝導体は、固体電池の局所的な変形を抑制することができる。また、固体電池の電極層の抵抗低減効果を得ることができる。

本発明においては、局所的な変形を抑制することにより性能を向上させた電池用イオン伝導体を提供することができる。

第１実施形態を概念的に表す斜視図である。 第１実施形態を概念的に表す断面図である。 第２実施形態を概念的に表す斜視図である。 第２実施形態を概念的に表す断面図である。 第３実施形態を概念的に表す断面図である。 第３実施形態に係る固体電池の製造方法を概念的に表すフローチャートである。 ダイコータによるペースト塗工を概念的に表す斜視図である。 ダイコータによるペースト塗工を概念的に表す断面図である。

以下、本発明の電池用イオン伝導体について、詳細に説明する。

以下、本発明の第１実施形態について、詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電池用イオン伝導体３０を概念的に現す斜視図である。図１において、電池用イオン伝導体３０は、無機固体電解質１０と、針状のフィラー２０と、を備える。針状のフィラー２０は電池用イオン伝導体３０の面内方向に配列している。図２は、図１の電池用イオン伝導体３０を積層方向に沿って切った断面図である。

電池用イオン伝導体３０は、イオン伝導性を有する電池用の部材を意味する。電池用イオン伝導体３０は、無機固体電解質１０と、面内方向に配列している針状のフィラー２０と、を備える。電池用イオン伝導体３０は、例えば、電極層、及び固体電解質層等に用いることができる。また電池用イオン伝導体３０は、典型的には、無機固体電解質１０と針状のフィラー２０とが混合された状態である。

無機固体電解質１０は、無機物質を含む固体状の電解質を意味する。無機固体電解質１０の材料としては、例えば、硫化物系固体電解質、及び酸化物系固体電解質等を挙げることができる。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い。例えば、Ｌｉ_２Ｓ−Ｐ_２Ｓ_５、７０Ｌｉ_２Ｓ−３０Ｐ_２Ｓ_５、８０Ｌｉ_２Ｓ−２０Ｐ_２Ｓ_５、Ｌｉ_２Ｓ−ＳｉＳ_２、及びＬｉＧｅ_０．２５Ｐ_０．７５Ｓ_４等を挙げることができる。酸化物系固体電解質としては、例えば、ＬｉＰＯＮ、Ｌｉ_１＋ＸＡｌ_ＸＴｉ_２−Ｘ（ＰＯ_４）_３、Ｌｉ_１＋ＸＡｌ_ＸＧｅ_２−Ｘ（ＰＯ_４）_３、Ｌｉ_７Ｌａ_３Ｚｒ_２Ｏ_１２、及びＬｉ_５Ｌａ_３Ｎｂ_２Ｏ_１２等を挙げることができる。無機固体電解質１０は１種類を単独で用いる、又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。

無機固体電解質１０の材料としては、上記の中で硫化物固体電解質が好ましい。硫化物固体電解質は粘土状であるため、針状のフィラー２０により局所的な変形を抑制することができる。

無機固体電解質１０の平均粒径は小さいほど電解質として好ましい。例えば、無機固体電解質１０の平均粒径は２０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であることがより好ましい。

針状のフィラー２０は、細長い形状の無機固体電解質１０を補強する充填部材を意味する。針状とは、細長い形状を意味する。フィラーとは、電池用イオン伝導体３０に用いる充填部材のことを意味する。針状のフィラー２０の材料は、無機固体電解質の局所的な変形を抑制することができるものであれば特に限定させるものではない。例えば、樹脂、ガラス、セラミックス、金属、及びカーボン等を挙げることができる。針状のフィラー２０の配置をする位置は、特に限定されるものではない。電池用イオン伝導体３０の全体に配置してもよいし、部分的に配置してもよい。

針状のフィラー２０の平均径は、ばらつきが多くてもよいし、ばらつきが少なくてもよい。ばらつきが少ない場合の針状のフィラー２０の平均径は１μｍ〜２０μｍであることが好ましく、５μｍ〜１０μｍであることがより好ましい。

針状のフィラー２０の平均の長さは、ばらつきが多くてもよいし、ばらつきが少なくてもよい。ばらつきが少ない場合の針状のフィラー２０の平均の長さは１０μｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、５００μｍ〜５ｍｍであることがより好ましい。

上記の針状のフィラー２０の平均径又は平均の長さにより、電池用イオン伝導体３０の局所的な変形を抑制することができる。更に上記の針状のフィラー２０の平均径及び平均の長さにより、シート状の補強部材等に比べてイオン伝導経路を多くとることがでる。そのため電池用イオン伝導体の性能を向上させることができる。

針状のフィラー２０と無機固体電解質１０の体積比は、１：１００〜１：１０であることが好ましく、１：５０〜１：２０であることがより好ましい。上記の体積比により電池用イオン伝導体３０の局所的な変形を抑制することができる。更に上記の体積比により、シート状の補強部材等に比べてイオン伝導経路を多くとることができる。そのため電池用イオン伝導体３０の性能を向上させることができる。

面内方向とは、電池用イオン伝導体３０の積層方向に交わる一平面に平行な方向を意味する。針状のフィラー２０が面内方向に配列しているとは、針状のフィラー２０の長さ方向と面内方向とが概ね平行になるように針状のフィラー２０を並べることを意味する。なお、針状のフィラー２０と面内方向とは完全に平行である必要はなく、針状のフィラー２０と面内方向とが±３０度以内程度、好ましくは±１５度以内程度の角度を有していてもよい。

針状のフィラー２０は電池用イオン伝導体３０の面内方向に配列しているため、ランダムに配列した場合、言い換えると面内方向の垂直方向と充填部材の長さ方向とが平行になるように配列した場合等に比べ、電池用イオン伝導体３０を均一に薄くすることができる。また針状のフィラー２０は面内方向に配列しているため、少ない量で面内方向に加わる変形、典型的には面内方向の垂直方向に加わる局所的な変形を抑制することができる。針状のフィラー２０の量を少なくすることができるので、シート状の補強部材等に比べて、イオン伝導経路を多くとることがでる。そのため電池用イオン伝導体３０の性能を向上させることができる。

電池用イオン伝導体３０の一態様では、針状のフィラー２０は、絶縁性であることが好ましい。例えば、絶縁性の針状のフィラー２０を備えた電池用イオン伝導体３０を固体電解質層に用いる場合、正極層と負極層とが短絡することを防ぐことができる。絶縁性で針状のフィラー２０の材料としては、樹脂、ガラス、セラミックスが好ましい。上記の中でも、ガラス繊維がより好ましい。ガラス繊維は機械的強度及び柔軟性があり、更に化学的に安定だからである。

電池用イオン伝導体３０の他の態様では、針状のフィラー２０は、導電性であることが好ましい。例えば、導電性の針状のフィラー２０を備えた電池用イオン伝導体３０を電極層に用いる場合、電極層の抵抗低減効果を得ることができる。導電性で針状のフィラー２０の材料としては、金属、及びカーボンが好ましい。上記の中でも、カーボンがより好ましい。カーボンは機械的強度及び柔軟性があり、更に導電性が高いからである。

以上のように構成された本発明に係る電池用イオン伝導体３０は、アンカー効果や摩擦力等により、無機固体電解質１０と針状のフィラー２０とが結合する。そして、針状のフィラー２５は無機固体電解質１０にかかる曲げ応力や引っ張り応力等の応力を分散させることができる。したがって、電池用イオン伝導体３０の局所的な変形を抑制することができる。更に、アンカー効果や摩擦力等により、無機固体電解質１０と針状のフィラー２０とが結合するので、電池用イオン伝導体３０から無機固体電解質１０が欠落することを抑制することができる。このため電池用イオン伝導体３０の性能を向上させることができる。

また針状のフィラー２０を含む電池用イオン伝導体３０と、金属シート等の補強部材を用いた電池用イオン伝導体とを比較した場合、針状のフィラー２０を含む電池用イオン伝導体３０は連続的に製造できる。そのためリチウム電池の生産性を向上させることができる。

以下、本発明の第２実施形態について、詳細に説明する。

図３は、本発明の第２実施形態に係る電池用イオン伝導体３５を概念的に現す斜視図である。図３において、電池用イオン伝導体３５は、無機固体電解質１５と、針状のフィラー２５と、を備える。針状のフィラー２５は電池用イオン伝導体３５の一定方向４５に配列している。図４は、図３の一定方向４５に沿って切った断面図である。

電池用イオン伝導体３５は、イオン伝導性を有する電池用の部材を意味する。電池用イオン伝導体３５は、無機固体電解質１５と、一定方向４５に配列している針状のフィラー２５と、を備える。電池用イオン伝導体３５は、例えば、電極層、及び固体電解質層等に用いることができる。また電池用イオン伝導体３５は、典型的には、無機固体電解質１５と針状のフィラー２５とが混合された状態である。

無機固体電解質１５の材料は、第１実施形態の無機固体電解質１０と同様のものを用いることができる。無機固体電解質１５の平均粒径は小さいほど電解質として好ましい。例えば、無機固体電解質１５の平均粒径は２０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であることがより好ましい。

針状のフィラー２５の材料は、第１実施形態の針状のフィラー２０と同様のものを用いることができる。針状のフィラー２５の配置をする位置は、特に限定されるものではない。電池用イオン伝導体３５の全体に配置してもよいし、部分的に配置してもよい。
針状のフィラー２５の平均径は、ばらつきが多くてもよいし、ばらつきが少なくてもよい。ばらつきが少ない場合の針状のフィラー２５の平均径は１μｍ〜２０μｍであることが好ましく、５μｍ〜１０μｍであることがより好ましい。
針状のフィラー２５の平均の長さは、ばらつきが多くてもよいし、ばらつきが少なくてもよい。ばらつきが少ない場合の針状のフィラー２５の平均の長さは１０μｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、５００μｍ〜５ｍｍであることがより好ましい。
上記の針状のフィラー２５の平均径又は平均の長さにより、電池用イオン伝導体３５の局所的な変形を抑制することができる。更に上記の針状のフィラー２５の平均径及び平均の長さにより、シート状の補強部材等に比べてイオン伝導経路を多くとることがでる。そのため電池用イオン伝導体の性能を向上させることができる。
針状のフィラー２５と無機固体電解質１５の体積比は、１：１００〜１：１０であることが好ましく、１：５０〜１：２０であることがより好ましい。上記の体積比により電池用イオン伝導体３５の局所的な変形を抑制することができる。更に上記の体積比により、シート状の補強部材等に比べてイオン伝導経路を多くとることができる。そのため電池用イオン伝導体３５の性能を向上させることができる。

一定方向４５とは、面内方向において１つに定まった方向を意味する。針状のフィラー２５が一定方向４５に配列しているとは、針状のフィラー２５の長さ方向と一定方向４５とが概ね平行になるように針状のフィラー２５を並べることを意味する。なお、針状のフィラー２５と一定方向４５とは完全に平行である必要はなく、針状のフィラー２５と一定方向４５とが±３０度以内程度、好ましくは±１５度以内程度の角度を有していてもよい。

針状のフィラー２５は一定方向４５に配列しているため、ランダムに配列した場合、言い換えると一定方向４５の垂直方向と充填部材の長さ方向とが平行になるように配列した場合等に比べ、電池用イオン伝導体３５を均一に薄くすることができる。また針状のフィラー２５は一定方向４５に配列しているため、少ない量で一定方向４５に加わる変形、典型的には一定方向４５の垂直方向に加わる局所的な変形を抑制することができる。針状のフィラー２５の量を少なくすることができるので、シート状の補強部材等に比べて、イオン伝導経路を多くとることがでる。そのため電池用イオン伝導体３５の性能を向上させることができる。

本発明に係る電池用イオン伝導体３５の一態様では、一定方向４５は、電池用イオン伝導体３５の屈曲方向に沿う方向であることを特徴とする。電池用イオン伝導体３５の屈曲にに伴う局所的な変形を抑制することができるからである。例えば、リチウム電池の製造時において、固体電解質層や電極層が積層された電極シートをコンベヤで移動させる工程で、コンベヤのローラー部で電極シートを巻き取る際、すなわち電極シートが屈曲する際に、電池用イオン伝導体３５を用いることで、電極シートの固体電解質層や電極層の割れや欠落を防ぐことができ、リチウム電池の性能を向上させることができる。

電池用イオン伝導体３５の他の態様では、針状のフィラー２５は、絶縁性であることが好ましい。例えば、絶縁性の針状のフィラー２５を備えた電池用イオン伝導体３５を固体電解質層に用いる場合、正極層と負極層とが短絡することを防ぐことができる。絶縁性の針状のフィラー２５の材料としては、樹脂、ガラス、セラミックスが好ましい。上記の中でも、ガラス繊維がより好ましい。ガラス繊維は機械的強度及び柔軟性があり、更に化学的に安定だからである。

電池用イオン伝導体３５の他の態様では、針状のフィラー２５は、導電性であることが好ましい。例えば、導電性の針状のフィラー２５を備えた電池用イオン伝導体３５を電極層に用いる場合、電極層の抵抗低減効果を得ることができる。導電性の針状のフィラー２５の材料としては、金属、及びカーボンが好ましい。上記の中でも、カーボンがより好ましい。カーボンは機械的強度及び柔軟性があり、更に導電性が高いからである。

以上のように構成された本発明に係る電池用イオン伝導体３５は、アンカー効果や摩擦力等により、無機固体電解質１５と針状のフィラー２５とが結合する。そして、針状のフィラー２５は無機固体電解質１５にかかる曲げ応力や引っ張り応力等の応力を分散させることができる。したがって、電池用イオン伝導体３５の局所的な変形を抑制することができる。更に、アンカー効果や摩擦力等により、無機固体電解質１５と針状のフィラー２５とが結合するので、電池用イオン伝導体３５から無機固体電解質１５が欠落することを抑制することができる。このため電池用イオン伝導体３５の性能を向上させることができる。

また針状のフィラー２５を含む電池用イオン伝導体３５と、金属シート等の補強部材を用いた電池用イオン伝導体とを比較した場合、針状のフィラー２５を含む電池用イオン伝導体３５は連続的に製造できる。そのためリチウム電池の生産性を向上させることができる。

以下、本発明の第３実施形態について、詳細に説明する。

第３実施形態では、第１実施形態又は第２実施形態と同様の電池用イオン伝導体を用いることができる。以下においては、第２実施形態と同様の電池用イオン伝導体を用いる場合について主に説明する。

図５は、本発明の第３実施形態に係る電池用イオン伝導体３００を用いた固体電池１０００であり、図２と同趣旨の断面図である。図６は第３実施形態に係る固体電池１０００の製造方法を概念的に表したフローチャートである。図７はダイコータ５０による電池用イオン伝導体のペースト塗工を概念的に表す斜視図である。図８はダイコータ５０による電池用イオン伝導体３００のペースト塗工を概念的に表す断面図である。

図５において、固体電池１０００は、電池用イオン伝導体３００を含んだ正極層６００、無機固体電解質層５００、及び負極層７００、並びに正極集電体８００、及び負極集電体９００を備えた、本発明に係る電池用イオン伝導体を用いた固体電池の一例である。電池用イオン伝導体３００は、無機固体電解質１００と、一定方向４５０に配列している針状のフィラー２００と、を備える。正極電極体８５０は、正極集電体８００及び正極層６００を有する。負極電極体９５０は、負極集電体９００及び負極層７００を有する。なお、固体電池１０００は、正極層６００、無機固体電解質層５００、及び負極層７００の少なくとも一層に第２実施形態に記載した電池用イオン伝導体と同様のものが含まれていればよい。

電池用イオン伝導体３００は、無機固体電解質１００及び針状のフィラー２００を含み、第２実施形態と同様のものを用いることができる。

図５に示すように、固体電池１０００は、正極集電体８００、正極層６００、無機固体電解質層５００、負極層７００、及び負極集電体９００の順番で積層されている。固体電池１０００は、一組の正極層６００、無機固体電解質層５００、及び負極層７００を含んで構成されてもよく、複数組の正極層６００、無機固体電解質層５００、及び負極層７００を含んで構成されてもよい。固体電池１０００は、集電体の一方の面に正極層６００を形成し、他方の面に負極層７００を形成した電極、いわゆるバイポーラ電極の構成を採ってもよい。バイポーラ電極の構成を採ることによって、高容量化及び高出力化が可能になる。

正極集電体８００及び負極集電体９００の材料は、導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。例えば、ＳＵＳ、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン、銅、及びカーボン等を挙げることができる。正極集電体の材料は、ＳＵＳ、及びアルミであることが好ましく、アルミであることがより好ましい。負極集電体の材料は、ＳＵＳ、及び銅であることが好ましく、銅であることがより好ましい。

無機固体電解質層５００に用いられる材料は、既存の各種固体電池に用いられる材料と同様のものを用いることができる。無機固体電解質としては、第１実施形態に記載した無機固体電解質と同様のものを用いることができるので、ここでの記載は省略する。無機固体電解質層５００は必要に応じて、結着材料等を有する。結着材料は、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴム、及びエチレンプロピレンジエン等の合成ゴム、並びにポリフッ化ビニリデン等の高分子材料等を挙げることができる。結着材料は、１種類を単独で用いる、又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。

正極層６００に用いられる材料は、既存の各種固体電池に用いられる材料と同様のものを用いることができる。正極活物質としては、例えば、硫化物系活物質、及び酸化物系活物質等を挙げることができる。硫化物系活物質は、例えば、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２、ＦｅＳ、ＦｅＳ_２、ＣｕＳ、及びＮｉＳ_２等を挙げることができる。酸化物系活物質は、例えば、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｐｂ_２Ｏ_５、ＣｕＯ、Ｖ_６Ｏ_１３、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＣｒＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_２ＮｉＭｎ_３Ｏ_８、Ｌｉ_３ＮｉＭｎＣｏＯ_６、ＬｉＭｇＭｎ_３Ｏ_８、ＬｉＮｉＧｅ_３Ｏ_８、ＬｉＮｉＶＯ_２、ＬｉＣｏＶＯ_２、ＬｉＦｅＰＯ_４、及びＬｉＣｏＰＯ_４等を挙げることができる。正極活物質は、１種類を単独で用いる、又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。

正極層６００は必要に応じて、導電化材料、イオン伝導性向上材料、及び結着材料等を有する。導電化材料は、例えば、カーボンファイバー、ケッチェンブラック、及びアセチレンブラック等を挙げることができる。イオン伝導材料は、例えば、第１実施形態に記載した無機固体電解質と同様のものを用いることができる。結着材料は、例えば、上述した無機固体電解質層５００に用いられる結着材料と同様のものを用いることができる。導電化材料、イオン伝導性向上材料、及び結着材料等は、それぞれ１種類を単独で用いる、又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。

負極層７００に用いられる材料は、既存の各種固体電池に用いられる材料と同様のものを用いることができる。負極活物質としては、例えば、炭素系材料、Ｌｉ金属、Ｌｉ合金、酸化物材料、窒化物材料等を挙げることができる。炭素系材料は、例えば、黒鉛、カーボンナノチューブ、メソカーボンマイクロビーズ、高配向性グラファイト、ハードカーボン、及びソフトカーボン等を挙げることができる。Ｌｉ合金は、例えば、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、及びＨｇ等とＬｉとの合金を挙げることができる。酸化物材料としては、例えば、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２、ＷＯ_２、及びＦｅ_２Ｏ_３等を挙げることができる。窒化物材料としては、例えば、Ｌｉ_３−ＸＣｏ_ＸＮ、Ｌｉ_３−ＸＮｉ_ＸＮ、Ｌｉ_３−ＸＣｕ_ＸＮ等を挙げることができる。負極活物質は、１種類を単独で用いる、又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。

負極層７００は必要に応じて、導電化材料、イオン伝導性向上材料、及び結着材料等を有する。導電化材料、イオン伝導性向上材料、及び結着材料等としては、上述した正極層６００に用いられる材料と同様のものを用いることができる。

以下に第３実施形態に係る電池用イオン伝導体３００を用いた固体電池１０００の製造方法の一例を示す。図６は第２実施形態に係る固体電池１０００の製造方法を概念的に表したフローチャートである。図６を参照して固体電池１０００の製造方法を説明する。

まず、無機固体電解質層材料混合工程では、無機固体電解質層５００の材料を混合する（ステップＳ１）。無機固体電解質層５００の材料は、例えば、電池用イオン伝導体３００の材料、すなわち無機固体電解質１００と針状のフィラー２００、及び結着材料等である。無機固体電解質層５００の材料を塗布溶媒に分散させて混合する。塗布溶媒は無機固体電解質層５００の材料に悪影響を及ぼすものでなければ、既存の各種固体電池に用いられる溶媒と同様のものを用いることができる。例えば、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネート等を挙げることができる。混合された無機固体電解質層５００の材料はペースト状である。

他方、正極層材料混合工程では、正極層６００の材料を混合する（ステップＳ２）。正極層６００の材料は、例えば、電池用イオン伝導体３００の材料、すなわち無機固体電解質１００と針状のフィラー２００、正極活物質、導電化材料、及び結着材料等である。正極層６００の材料を塗布溶媒でに分散させて混合する。塗布溶媒は上述した無機固体電解質層５００に用いられる塗布溶媒と同様のものを用いることができる。混合された正極層６００の材料は、ペースト状である。

他方、負極層材料混合工程では、負極層７００の材料を混合する（ステップＳ３）。負極層７００の材料は、例えば、電池用イオン伝導体３００の材料、すなわち無機固体電解質１００と針状のフィラー２００、負極活物質、導電化材料、及び結着材料等である。正極層６００の材料を塗布溶媒でに分散させて混合する。塗布溶媒は上述した無機固体電解質層５００に用いられる塗布溶媒と同様のものを用いることができる。混合された負極層７００の材料は、ペースト状である。

次に、第１塗布・プレス工程では、ステップＳ２で混合した正極層６００のペースト状の正極材料９０を正極集電体８００に塗布し、塗布溶媒を揮発させた後にプレスを行う（ステップＳ４）。塗布はダイコータにより行う。図７はダイコータ５０による電池用イオン伝導体３００のペースト塗工を概念的に表す斜視図である。図８はダイコータ５０による電池用イオン伝導体３００のペースト塗工を概念的に表す断面図である。ダイコータ５０はローラー５５、ダイ６０、ポンプ６５を備える。

針状のフィラー２００を一定方向４５０に配列させる場合の方法は、例えば、ダイ６０のノズルのスリット幅と高さを、針状のフィラー２００の長さより短くし、かつ針状のフィラー２００の径より長くすること、及びペースト状の正極材料９０の流れの抵抗を受けてフィラー２００が一定方向４５０に向くように塗工速度を設定すること等を挙げることができる。

針状のフィラー２００を面内方向に配列させる場合の方法は、例えば、ダイ６０のノズルのスリット高さを、針状のフィラー２００の長さより短くすること、及びペースト状の正極材料９０の流れの抵抗を受けてフィラー２００が面内方向に向くように塗工速度を設定すること等を挙げることができる。

無機固体電解質１００、及び針状のフィラー２００を含む電池用イオン伝導体３００を備えるペースト状の正極材料９０は、ポンプ６５によりペースト状の正極材料９０の進行方向８０に沿ってダイ６０に供給される。ダイ６０に供給されたペースト状の材料９０は、ローラーの回転方向７５に回転するローラー５５により塗布方向７０に移動する正極集電体８００に塗布される。ペースト状の正極材料９０を正極集電体８００に塗布した後に塗布溶媒を揮発させプレスをする。塗布溶媒の揮発は、既存の各種固体電池に用いられる方法と同様のものを用いることができる。例えば、熱風乾燥等を挙げることができる。プレスは、既存の各種固体電池に用いられるプレス方法と同様のものを用いることができる。例えば、ロールプレス、及び平面プレス等を挙げることができる。第１塗布・プレス工程により正極電極体８５０を得ることができる。

また、第２塗布・プレス工程では、ステップＳ３で混合した負極層７００の材料を負極集電体９００に塗布塗布し、塗布溶媒を揮発させた後にプレスをする（ステップＳ５）。ステップＳ５は上述したスッテップＳ４と同様の流れで進められる。第２塗布・プレス工程により負極電極体９５０を得ることができる。

そして、第３塗布・プレス工程では、ステップＳ１で混合した無機固体電解質層の材料を正極電極体８５０に塗布し、塗布溶媒を揮発させた後にプレスをする（ステップＳ６）。なお無機固体電解質層５００の材料は負極電極体９５０に塗布してもよい。ステップＳ６は上述したステップＳ４と同様の流れで進められる。

最後に、積層工程では、無機固体電解質層５００が形成された正極電極体８５０と、負極電極体９５０とを積層しプレスする（ステップＳ７）。プレスはステップＳ４と同様のプレス方法を用いることができる。

以上の工程により製造された固体電池１０００は、針状のフィラー２００が一定方向４５０に配列しているため、ランダムに配列した場合、言い換えると一定方向４５０の垂直方向と充填部材の長さ方向とが平行になるように配列した場合等に比べ、固体電池１０００を均一に薄くすることができる。また針状のフィラー２００は一定方向４５０に配列しているため、少ない量で一定方向４５０に加わる変形、典型的には一定方向４５０の垂直方向に加わる局所的な変形を抑制することができる。針状のフィラー２０の量を少なくすることができるので、シート状の補強部材等に比べて、イオン伝導経路を多くとることがでる。そのため固体電池１０００の性能を向上させることができる。

また、固体電池１０００は、アンカー効果や摩擦力等により、無機固体電解質１００と針状のフィラー２００とが結合する。そして、針状のフィラー２００は無機固体電解質１００にかかる曲げ応力や引っ張り応力等の応力を分散させることができる。したがって、無機固体電解質層５００、正極層６００、及び負極層７００等の局所的な変形に対する強度を向上させることができる。更に、アンカー効果や摩擦力等により、無機固体電解質１００と針状のフィラー２００とが結合するので、無機固体電解質層５００、正極層６００、及び負極層７００等から無機固体電解質１００が欠落することを抑制することができる。このため固体電池１０００の性能を向上させることができる。

針状のフィラー２００を含む固体電池１０００と、金属シート等の補強部材を用いた固体電池とを比較した場合、針状のフィラー２００を含む固体電池１０００は連続的に製造できる。そのためリチウム電池の生産性を向上させることができる。

本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更もまた本発明の技術思想に含まれる。

１０、１５、１００…無機固体電解質
２０、２５、２００…針状のフィラー
３０、３５、３００…電池用イオン伝導体
４５、４５０…一定方向
５０…ダイコータ
５５…ローラー
６０…ダイ
６５…ポンプ
７０…塗布方向
７５…ローラーの回転方向
８０…ペースト状の正極材料の進行方向
９０…ペースト状の正極材料
５００…無機固体電解質層
６００…正極層
７００…負極層
８００…正極集電体
８５０…正極電極体
９００…負極集電体
９５０…負極電極体
１０００…固体電池

Claims (7)

1. 無機固体電解質と、針状のフィラーと、を備える電池用イオン伝導体であって、
   前記電池用イオン伝導体の面内方向に前記針状のフィラーが配列していることを特徴とする、電池用イオン伝導体。
2. 前記面内方向は、一定方向であることを特徴とする、請求項１に記載の電池用イオン伝導体。
3. 前記一定方向は、前記電池用イオン伝導体の製造時における屈曲方向に沿う方向であることを特徴とする、請求項２に記載の電池用イオン伝導体。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池用イオン伝導体であって、
   前記針状のフィラーが、絶縁性である電池用イオン伝導体を備える固体電解質層。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池用イオン伝導体であって、
   前記針状のフィラーが、導電性である電池用イオン伝導体を備える電極層。
6. 請求項４に記載の固体電解質層を備える固体電池。
7. 請求項５に記載の電極層を備える固体電池。

Images