JP2014102982A - All-solid-state battery and manufacturing method for the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an all-solid-state battery capable of simplifying a manufacturing process, and a manufacturing method for the same.SOLUTION: The all-solid-state battery comprises a pair of electrode layers, and a solid electrolyte layer held between the pair of electrode layers, in which an insulation member is disposed at an outer surface edge on the solid electrolyte layer side of the pair of electrode layers or one of the pair of electrode layers, and the solid electrolyte layer is disposed in a region enclosed by the insulation member. The manufacturing method for the all-solid-state battery includes: an insulation member disposition step of disposing the insulation member at the outer surface edge of the electrode layer; an electrolyte formation step of forming the solid electrolyte layer on the surface of a base material; and a transfer step of transferring the solid electrolyte layer to the electrode layers by pressing the solid electrolyte layer formed on the surface of the base material and the insulation member disposed at the outer surface edge of the electrode layer while being contacted with each other.

Description

本発明は、全固体電池及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an all-solid battery and a method for manufacturing the same.

リチウムイオン二次電池は、従来の二次電池よりもエネルギー密度が高く、高電圧で作動させることができる。そのため、小型軽量化を図りやすい二次電池として携帯電話等の情報機器に使用されており、近年、電気自動車用やハイブリッド自動車用等、大型の動力用としての需要も高まっている。   Lithium ion secondary batteries have a higher energy density than conventional secondary batteries and can be operated at a high voltage. For this reason, it is used as a secondary battery that can be easily reduced in size and weight in information equipment such as a mobile phone, and in recent years, there is an increasing demand for large motive power such as for electric vehicles and hybrid vehicles.

リチウムイオン二次電池は、正極層及び負極層と、これらの間に配置された電解質層とを有し、電解質層に用いられる電解質としては、例えば非水系の液体状や固体状の物質等が知られている。液体状の電解質(以下において、「電解液」という。)が用いられる場合には、電解液が正極層や負極層の内部へと浸透しやすい。そのため、正極層や負極層に含有されている活物質と電解液との界面が形成されやすく、性能を向上させやすい。ところが、広く用いられている電解液は可燃性であるため、安全性を確保するためのシステムを搭載する必要がある。一方、難燃性である固体状の電解質(以下において、「固体電解質」という。)を用いると、上記システムを簡素化できる。それゆえ、固体電解質を含有する層(以下において、「固体電解質層」という。)が備えられる形態のリチウムイオン二次電池(以下において、「全固体電池」ということがある。)の開発が進められている。   A lithium ion secondary battery has a positive electrode layer and a negative electrode layer, and an electrolyte layer disposed between them. Examples of the electrolyte used for the electrolyte layer include non-aqueous liquid and solid substances. Are known. When a liquid electrolyte (hereinafter referred to as “electrolytic solution”) is used, the electrolytic solution easily penetrates into the positive electrode layer and the negative electrode layer. Therefore, an interface between the active material contained in the positive electrode layer or the negative electrode layer and the electrolytic solution is easily formed, and the performance is easily improved. However, since the widely used electrolyte is flammable, it is necessary to mount a system for ensuring safety. On the other hand, when a solid electrolyte that is flame retardant (hereinafter referred to as “solid electrolyte”) is used, the above system can be simplified. Therefore, development of a lithium ion secondary battery (hereinafter, sometimes referred to as “all-solid battery”) in a form provided with a layer containing a solid electrolyte (hereinafter referred to as “solid electrolyte layer”) proceeds. It has been.

このようなリチウムイオン二次電池に関する技術として、例えば特許文献1には、一枚の集電箔の片方の面上に正極層を有し、他方の面上に負極層を有するバイポーラ電極を、高分子電解質層を介して積層した構造であるバイポーラ電池において、集電箔の少なくとも片方の面の周辺部に絶縁層を設ける技術が開示されている。また、特許文献1の図面には、厚さが正極層や負極層の厚さ以下である絶縁層が示されているほか、その明細書の段落0025には、集電箔上の正極層ないし負極層の厚さと同等以下の薄手の絶縁性のフィルムを用いることが望ましい旨、記載されている。   As a technique relating to such a lithium ion secondary battery, for example, Patent Document 1 discloses a bipolar electrode having a positive electrode layer on one surface of a current collector foil and a negative electrode layer on the other surface. In a bipolar battery having a structure laminated via a polymer electrolyte layer, a technique is disclosed in which an insulating layer is provided on the periphery of at least one surface of a current collector foil. In addition, the drawing of Patent Document 1 shows an insulating layer whose thickness is equal to or less than the thickness of the positive electrode layer or the negative electrode layer, and paragraph 0025 of the specification includes a positive electrode layer on the current collector foil. It is described that it is desirable to use a thin insulating film equivalent to or less than the thickness of the negative electrode layer.

特開2004−134116号公報JP 2004-134116 A

特許文献1に開示されている技術では、集電箔の外縁に剥き出し部(正極層や負極層が形成されていない部分。以下において同じ。)を有するバイポーラ電極を形成した後、その剥き出し部に絶縁性フィルムを配置する過程を経てバイポーラ電池を製造している。しかしながら、かかる方法では、剥き出し部を確保するステップ、及び、剥き出し部に合わせて絶縁性フィルムを配置するステップが必要であるため、電池の製造工程が複雑化しやすかった。   In the technique disclosed in Patent Document 1, after forming a bipolar electrode having an exposed portion (a portion where a positive electrode layer or a negative electrode layer is not formed; the same applies hereinafter) on the outer edge of the current collector foil, the exposed portion is exposed to the exposed portion. A bipolar battery is manufactured through a process of disposing an insulating film. However, this method requires a step of securing the exposed portion and a step of disposing an insulating film in accordance with the exposed portion, so that the battery manufacturing process is likely to be complicated.

そこで本発明は、製造工程を簡略化することが可能な全固体電池及びその製造方法を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the all-solid-state battery which can simplify a manufacturing process, and its manufacturing method.

本発明者は、鋭意検討の結果、電極層の外縁に配置した絶縁部材と固体電解質層とを接触させてプレスする過程を経て全固体電池を製造することにより、絶縁部材の位置合わせを簡略化しつつ固体電解質層を電極層へと転写することが可能になるため、全固体電池の製造が容易になることを知見した。本発明は、当該知見に基づいて完成させた。   As a result of intensive studies, the inventor has simplified the alignment of the insulating member by manufacturing an all-solid battery through a process in which the insulating member disposed on the outer edge of the electrode layer and the solid electrolyte layer are brought into contact with each other and pressed. However, it was found that the solid electrolyte layer can be transferred to the electrode layer, which facilitates the production of an all-solid battery. The present invention has been completed based on this finding.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明の第1の態様は、一対の電極層と、該一対の電極層に挟まれた固体電解質層とを備え、一対の電極層又は一方の電極層の、固体電解質層側の表面外縁に、絶縁部材が配置され、該絶縁部材に囲まれた領域に固体電解質層が配置されている、全固体電池である。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
A first aspect of the present invention includes a pair of electrode layers and a solid electrolyte layer sandwiched between the pair of electrode layers, and the pair of electrode layers or one of the electrode layers on the outer edge of the surface on the solid electrolyte layer side. An all-solid battery in which an insulating member is disposed and a solid electrolyte layer is disposed in a region surrounded by the insulating member.

ここに、本発明の第1の態様及び以下に示す本発明の他の態様(以下において、単に「本発明」ということがある。)において、「一対の電極層」とは、正極層及び負極層をいう。本発明において、「絶縁部材」は、正極層の固体電解質層側の表面外縁にのみ配置されていても良く、負極層の固体電解質層側の表面外縁にのみ配置されていても良く、正極層の固体電解質層側の表面外縁及び負極層の固体電解質層側の表面外縁に配置されていても良い。また、本発明において、絶縁部材は、電極層の、固体電解質層側の表面外縁に配置されていれば良い。絶縁部材の側面は、電極層の側面と面一であっても良く、絶縁部材の側面が電極層の側面よりも外方に存在していても良い。
電極層の、固体電解質層側の表面外縁に絶縁部材を配置することにより、絶縁部材の位置合わせが容易になる。また、集電箔の外縁に剥き出し部を形成することが必須ではなくなるので、製造工程を簡略化することが可能になる。さらに、このような全固体電池は、電極層の表面外縁に配置された絶縁部材と固体電解質層とを接触させてプレスする過程を経て製造することができる。そのため、プレス時に、絶縁部材に接触している固体電解質層の部位と絶縁部材に接触していない固体電解質層の部位との境界で亀裂を生じさせることが可能である。亀裂を生じさせて固体電解質層を意図的に割ることにより、絶縁部材に囲まれた領域に固体電解質層を容易に配置することが可能であるほか、絶縁部材の表面に残った固体電解質層の一部は、軽い衝撃を与えたり風を送ったりする等の方法により容易に除去可能である。したがって、かかる形態とすることにより、製造工程を簡略化することが可能な全固体電池を提供することができる。
Here, in the first aspect of the present invention and other aspects of the present invention (hereinafter, simply referred to as “the present invention”), “a pair of electrode layers” means a positive electrode layer and a negative electrode Refers to the layer. In the present invention, the “insulating member” may be disposed only at the outer surface edge of the positive electrode layer on the solid electrolyte layer side, or may be disposed only at the outer surface edge of the negative electrode layer on the solid electrolyte layer side. The surface outer edge on the solid electrolyte layer side and the surface outer edge on the solid electrolyte layer side of the negative electrode layer may be disposed. Moreover, in this invention, the insulating member should just be arrange | positioned at the surface outer edge of the electrode layer of the solid electrolyte layer side. The side surface of the insulating member may be flush with the side surface of the electrode layer, and the side surface of the insulating member may exist outside the side surface of the electrode layer.
By disposing the insulating member on the outer peripheral surface of the electrode layer on the solid electrolyte layer side, the alignment of the insulating member is facilitated. Moreover, since it is not essential to form the exposed portion on the outer edge of the current collector foil, the manufacturing process can be simplified. Further, such an all-solid battery can be manufactured through a process in which an insulating member disposed on the outer edge of the electrode layer and a solid electrolyte layer are brought into contact with each other and pressed. Therefore, at the time of pressing, it is possible to cause a crack at the boundary between the portion of the solid electrolyte layer that is in contact with the insulating member and the portion of the solid electrolyte layer that is not in contact with the insulating member. By intentionally splitting the solid electrolyte layer by generating cracks, the solid electrolyte layer can be easily arranged in a region surrounded by the insulating member, and the solid electrolyte layer remaining on the surface of the insulating member Some can be easily removed by methods such as giving a light impact or sending wind. Therefore, the all-solid-state battery which can simplify a manufacturing process can be provided by setting it as this form.

また、上記本発明の第1の態様において、絶縁部材の厚さは固体電解質層の厚さよりも薄いことが好ましい。かかる形態とすることにより、固体電解質層をプレスしやすくなるので、上記効果に加えて、体積エネルギー密度を向上させた全固体電池が得られやすくなる。   In the first aspect of the present invention, the insulating member is preferably thinner than the solid electrolyte layer. By adopting such a form, it becomes easy to press the solid electrolyte layer, and in addition to the above effects, it becomes easy to obtain an all-solid battery with improved volume energy density.

また、上記本発明の第1の態様において、製造時に固体電解質層に接触する絶縁部材の表面の算術平均粗さRaが、6.3μmRa以下であることが好ましい。かかる形態とすることにより、固体電解質層の不要な一部を、絶縁部材から容易に除去しやすくなるので、より一層、製造工程を簡略化しやすくなる。   In the first aspect of the present invention, the arithmetic average roughness Ra of the surface of the insulating member that contacts the solid electrolyte layer during production is preferably 6.3 μmRa or less. By setting it as this form, since it becomes easy to remove an unnecessary part of a solid electrolyte layer from an insulating member easily, it becomes easier to further simplify a manufacturing process.

本発明の第2の態様は、一対の電極層と、該一対の電極層に挟まれた固体電解質層と、該固体電解質層の周囲に配置された絶縁部材と、を備える全固体電池を製造する方法であって、電極層の表面外縁に絶縁部材を配置する絶縁部材配置工程と、基材の表面に固体電解質層を形成する電解質形成工程と、基材の表面に形成された固体電解質層と、電極層の表面外縁に配置された絶縁部材とを接触させた状態でプレスすることにより、固体電解質層を電極層へと転写する転写工程と、を有する、全固体電池の製造方法である。   According to a second aspect of the present invention, an all-solid battery including a pair of electrode layers, a solid electrolyte layer sandwiched between the pair of electrode layers, and an insulating member disposed around the solid electrolyte layer is manufactured. An insulating member disposing step for disposing an insulating member on the outer edge of the surface of the electrode layer, an electrolyte forming step for forming a solid electrolyte layer on the surface of the base material, and a solid electrolyte layer formed on the surface of the base material And a transfer step of transferring the solid electrolyte layer to the electrode layer by pressing in a state where the insulating member arranged on the outer edge of the electrode layer is in contact with the electrode layer. .

電極層の表面外縁に絶縁部材を配置することにより、絶縁部材の位置合わせが容易になる。また、かかる形態とすることにより、集電箔の外縁に剥き出し部を形成することが必須ではなくなるので、製造工程を簡略化することが可能になる。また、転写工程で、絶縁部材に接触している固体電解質層の部位と絶縁部材に接触していない固体電解質層の部位との境界で亀裂を生じさせることが可能である。亀裂を生じさせて固体電解質層を意図的に割ることにより、絶縁部材に囲まれた領域に固体電解質層を容易に配置することが可能であるほか、絶縁部材の表面に残った固体電解質層の一部は、風を送る等の方法により容易に除去可能である。したがって、かかる形態とすることにより、全固体電池の製造工程を簡略化することが可能な、全固体電池の製造方法を提供することができる。   By disposing the insulating member on the outer edge of the surface of the electrode layer, alignment of the insulating member is facilitated. Moreover, since it becomes unnecessary to form an exposed part in the outer edge of current collection foil by setting it as this form, it becomes possible to simplify a manufacturing process. In the transfer step, it is possible to cause a crack at the boundary between the portion of the solid electrolyte layer that is in contact with the insulating member and the portion of the solid electrolyte layer that is not in contact with the insulating member. By intentionally splitting the solid electrolyte layer by generating cracks, the solid electrolyte layer can be easily arranged in a region surrounded by the insulating member, and the solid electrolyte layer remaining on the surface of the insulating member A part can be easily removed by a method such as sending wind. Therefore, by setting it as this form, the manufacturing method of an all-solid-state battery which can simplify the manufacturing process of an all-solid-state battery can be provided.

また、上記本発明の第2の態様において、絶縁部材の厚さは固体電解質層の厚さよりも薄いことが好ましい。かかる形態とすることにより、固体電解質層をプレスしやすくなるので、上記効果に加えて、体積エネルギー密度を向上させた全固体電池を製造しやすくなる。   In the second aspect of the present invention, the insulating member is preferably thinner than the solid electrolyte layer. By adopting such a form, it becomes easy to press the solid electrolyte layer. In addition to the above effects, it becomes easy to manufacture an all-solid battery with an improved volume energy density.

また、上記本発明の第2の態様において、プレス工程で固体電解質層に接触する絶縁部材の表面の算術平均粗さRaが、6.3μmRa以下であることが好ましい。かかる形態とすることにより、プレス工程で絶縁部材の表面に配置された固体電解質層の一部(破片)を、絶縁部材から容易に除去しやすくなるので、より一層、製造工程を簡略化しやすくなる。   In the second aspect of the present invention, the arithmetic average roughness Ra of the surface of the insulating member that contacts the solid electrolyte layer in the pressing step is preferably 6.3 μmRa or less. By adopting such a configuration, a part of the solid electrolyte layer (debris) disposed on the surface of the insulating member in the pressing process can be easily removed from the insulating member, so that the manufacturing process can be further simplified. .

本発明によれば、製造工程を簡略化することが可能な全固体電池及びその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the all-solid-state battery which can simplify a manufacturing process, and its manufacturing method can be provided.

全固体電池の製造方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the manufacturing method of an all-solid-state battery. 全固体電池の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of an all-solid-state battery. 全固体電池10を説明する図である。1 is a diagram illustrating an all solid state battery 10. FIG. 転写工程を説明する図である。It is a figure explaining a transfer process. 転写工程直後の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode immediately after the transcription | transfer process. 破片除去後の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode after debris removal.

以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。以下の説明では、便宜上、プレス前の層及びプレス後の層に同一符号を付す。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。   The present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, for convenience, the same reference numerals are given to the layer before pressing and the layer after pressing. In addition, the form shown below is an illustration of this invention and this invention is not limited to the form shown below.

図1は、本発明の全固体電池の製造方法を説明するフローチャートであり、図2は、図1に示した本発明の全固体電池の製造方法を説明する断面図である。図1及び図2を参照しつつ、本発明の全固体電池の製造方法(以下において、「本発明の製造方法」ということがある。)を以下に説明する。   FIG. 1 is a flowchart for explaining a method for producing an all solid state battery of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a method for producing the all solid state battery of the present invention shown in FIG. With reference to FIG. 1 and FIG. 2, a method for producing an all solid state battery of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “manufacturing method of the present invention”) will be described below.

図1に示した本発明の製造方法は、電極層作製工程(S1)と、絶縁部材配置工程(S2)と、電解質形成工程(S3)と、転写工程(S4)と、電極体形成工程(S5)と、を有している。   The manufacturing method of the present invention shown in FIG. 1 includes an electrode layer preparation step (S1), an insulating member placement step (S2), an electrolyte formation step (S3), a transfer step (S4), and an electrode body formation step ( S5).

電極層作製工程(以下において、「S1」ということがある。)は、一対の電極層をそれぞれ作製する工程である。S1は、一対の電極層をそれぞれ作製可能であれば、その形態は特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができる。S1は、例えば図2に示したように、正極集電体4の表面に正極層1を作製するとともに、負極集電体5の表面に負極層2を作製する工程、とすることができる。S1において、正極層1は、例えば、正極活物質及び固体電解質を含むスラリー状の正極組成物を正極集電体4の表面に塗布し乾燥する過程を経て作製することができる。また、負極層2は、例えば、負極活物質及び固体電解質を含むスラリー状の負極組成物を負極集電体5の表面に塗布し乾燥する過程を経て作製することができる。S1では、正極集電体4の上面全体に正極層1を作製可能であり、負極集電体5の上面全体に負極層2を作製可能である。すなわち、S1では、正極集電体4や負極集電体5の外縁に正極層1や負極層2が配置されない剥き出し部を確保することが必須ではないので、当該剥き出し部を確保する必要がある従来技術と比べて、電極層を容易に作製することが可能である。   The electrode layer manufacturing step (hereinafter sometimes referred to as “S1”) is a step of manufacturing a pair of electrode layers. The form of S1 is not particularly limited as long as a pair of electrode layers can be formed, and a known method can be appropriately used. For example, as shown in FIG. 2, S <b> 1 can be a step of producing the positive electrode layer 1 on the surface of the positive electrode current collector 4 and producing the negative electrode layer 2 on the surface of the negative electrode current collector 5. In S <b> 1, the positive electrode layer 1 can be produced, for example, through a process in which a slurry-like positive electrode composition containing a positive electrode active material and a solid electrolyte is applied to the surface of the positive electrode current collector 4 and dried. The negative electrode layer 2 can be produced, for example, through a process in which a slurry-like negative electrode composition containing a negative electrode active material and a solid electrolyte is applied to the surface of the negative electrode current collector 5 and dried. In S <b> 1, the positive electrode layer 1 can be produced on the entire upper surface of the positive electrode current collector 4, and the negative electrode layer 2 can be produced on the entire upper surface of the negative electrode current collector 5. That is, in S1, since it is not essential to secure an exposed portion where the positive electrode layer 1 or the negative electrode layer 2 is not disposed on the outer edge of the positive electrode current collector 4 or the negative electrode current collector 5, it is necessary to ensure the exposed portion. Compared with the prior art, the electrode layer can be easily manufactured.

絶縁部材配置工程(以下において、「S2」ということがある。)は、S1で作製された電極層の表面外縁に絶縁部材を配置する工程である。S2は、例えば、正極集電体4の表面に作製された正極層1の上面側表面の外縁へ、中央に開口部を有する枠型形状の絶縁部材6を配置する工程、とすることができる。S2では、絶縁部材を、S1で作製された電極層の表面外縁に配置すれば良いので、電極層の周囲に確保した剥き出し部に絶縁部材を配置していた従来技術に比べて、絶縁部材を容易に配置することが可能である。なお、S2は、負極集電体5の表面に作製された負極層2の上面側表面の外縁へ、中央に開口部を有する絶縁部材を配置する工程、とすることも可能である。このほか、正極層1及び負極層2の上面側表面の外縁へ、中央に開口部を有する絶縁部材をそれぞれ配置する工程、とすることも可能である。   The insulating member disposing step (hereinafter sometimes referred to as “S2”) is a step of disposing the insulating member on the outer edge of the surface of the electrode layer fabricated in S1. S2 can be, for example, a step of disposing a frame-shaped insulating member 6 having an opening at the center on the outer edge of the upper surface side surface of the positive electrode layer 1 produced on the surface of the positive electrode current collector 4. . In S2, since the insulating member may be disposed on the outer edge of the surface of the electrode layer produced in S1, the insulating member is compared with the conventional technique in which the insulating member is disposed in the exposed portion secured around the electrode layer. It can be easily arranged. In addition, S2 can also be set as the process of arrange | positioning the insulating member which has an opening part in the center to the outer edge of the upper surface side surface of the negative electrode layer 2 produced in the surface of the negative electrode collector 5. FIG. In addition, it is also possible to set the insulating member having an opening in the center to the outer edges of the upper surface side surfaces of the positive electrode layer 1 and the negative electrode layer 2.

電解質形成工程(以下において、「S3」ということがある。)は、基材8の表面に固体電解質層3を形成する工程である。S3は、固体電解質層3を形成可能であれば、その形態は特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができる。S3は、例えば、固体電解質及びバインダーを含むスラリー状の固体電解質組成物を基材8の表面に塗布し乾燥する過程を経て、固体電解質層3を形成する工程、とすることができる。   The electrolyte forming step (hereinafter, sometimes referred to as “S3”) is a step of forming the solid electrolyte layer 3 on the surface of the substrate 8. If S3 can form the solid electrolyte layer 3, the form will not be specifically limited, A well-known method can be used suitably. For example, S3 can be a step of forming the solid electrolyte layer 3 through a process of applying a slurry-like solid electrolyte composition containing a solid electrolyte and a binder to the surface of the substrate 8 and drying it.

転写工程(以下において、「S4」ということがある。)は、S3で基材の表面に形成された固体電解質層と、S2で電極層の表面外縁に配置された絶縁部材とを接触させた状態でプレスすることにより、固体電解質層を基材から電極層へと転写する工程である。S4は、例えば、基材8の表面に形成した固体電解質層3と、正極層1の上面側表面外縁に配置した絶縁部材6とを、絶縁部材6の開口部を固体電解質層3で覆うように接触させた状態でプレスすることにより、絶縁部材6の開口部と対向していた固体電解質層3の部分(固体電解質層3’)を正極層1へと転写する工程、とすることができる。   In the transfer step (hereinafter sometimes referred to as “S4”), the solid electrolyte layer formed on the surface of the substrate in S3 and the insulating member disposed on the outer edge of the electrode layer in S2 were brought into contact with each other. This is a step of transferring the solid electrolyte layer from the substrate to the electrode layer by pressing in a state. In S4, for example, the solid electrolyte layer 3 formed on the surface of the substrate 8 and the insulating member 6 disposed on the outer surface edge of the upper surface of the positive electrode layer 1 are covered with the solid electrolyte layer 3 at the opening of the insulating member 6. By pressing in a state of being in contact with the insulating member 6, the portion of the solid electrolyte layer 3 (solid electrolyte layer 3 ′) facing the opening of the insulating member 6 can be transferred to the positive electrode layer 1. .

図2に示したように、絶縁部材6は中央に開口部を有している。したがって、S4で絶縁部材6の開口部を覆うように固体電解質層3を配置すると、固体電解質層3は、絶縁部材6に接触している部位と、絶縁部材6に接触していない部位(固体電解質層3’)に区分けできる。絶縁部材6と固体電解質層3とを接触させた状態でプレスすると、絶縁部材6に接触している固体電解質層3の部位と、絶縁部材6に接触していない固体電解質層3の部位(固体電解質層3’)との境界で亀裂を生じさせることが可能である。そして、生じた亀裂が固体電解質層3の厚さ方向全長に亘って伝播し終わるまでプレスすることにより、絶縁部材6の開口部に対向していた固体電解質層3の部位(固体電解質層3’)を、絶縁部材6によって囲まれた領域に落下させることができ、これによって、絶縁部材6によって囲まれた領域に落下した固体電解質層3’と正極層1とを接触させること(固体電解質層を基材8から正極層1へと転写すること)が可能になる。   As shown in FIG. 2, the insulating member 6 has an opening at the center. Therefore, when the solid electrolyte layer 3 is disposed so as to cover the opening of the insulating member 6 in S4, the solid electrolyte layer 3 has a portion that is in contact with the insulating member 6 and a portion that is not in contact with the insulating member 6 (solid It can be divided into electrolyte layers 3 ′). When pressed in a state where the insulating member 6 and the solid electrolyte layer 3 are in contact with each other, the portion of the solid electrolyte layer 3 that is in contact with the insulating member 6 and the portion of the solid electrolyte layer 3 that is not in contact with the insulating member 6 (solid It is possible to cause a crack at the boundary with the electrolyte layer 3 ′). Then, by pressing until the generated crack has propagated over the entire length in the thickness direction of the solid electrolyte layer 3, the portion of the solid electrolyte layer 3 facing the opening of the insulating member 6 (solid electrolyte layer 3 ′) ) Can be dropped into a region surrounded by the insulating member 6, thereby bringing the solid electrolyte layer 3 ′ that has fallen into the region surrounded by the insulating member 6 into contact with the positive electrode layer 1 (solid electrolyte layer). Can be transferred from the substrate 8 to the positive electrode layer 1).

絶縁部材6によって囲まれた領域に固体電解質層3’を落下させると、絶縁部材6の上面には、固体電解質層3の一部(破片)が配置され得る。絶縁部材6の上面に配置された固体電解質層3の破片は、軽い衝撃を与えたり、絶縁部材6の上面へブロアー等で風を供給したりする等の方法により、容易に除去することが可能である。   When the solid electrolyte layer 3 ′ is dropped in a region surrounded by the insulating member 6, a part (debris) of the solid electrolyte layer 3 can be disposed on the upper surface of the insulating member 6. Debris of the solid electrolyte layer 3 disposed on the upper surface of the insulating member 6 can be easily removed by applying a light impact or supplying air to the upper surface of the insulating member 6 with a blower or the like. It is.

電極体形成工程(以下において、「S5」ということがある。)は、S4で電極層へと転写された固体電解質層の表面に他の電極層を配置することにより、一対の電極層に挟まれた固体電解質層を含む電極体を形成する工程である。S5は、例えば、S4で正極層1に接触させた固体電解質層3’と、S1で負極集電体5の表面に作製した負極層2とが接触するように、これらを積層する過程を経て、正極層1及び負極層2に挟まれた固体電解質層3を含む電極体7を形成する工程、とすることができる。このようにして電極体7を形成したら、例えば、所定の圧力でプレスした後、プレスされた電極体を外装体に収容して密封する等の過程を経ることにより、全固体電池を製造することができる。   The electrode body forming step (hereinafter sometimes referred to as “S5”) is sandwiched between a pair of electrode layers by disposing another electrode layer on the surface of the solid electrolyte layer transferred to the electrode layer in S4. In this step, an electrode body including the solid electrolyte layer is formed. S5 is, for example, through a process of laminating the solid electrolyte layer 3 ′ brought into contact with the positive electrode layer 1 in S4 and the negative electrode layer 2 produced on the surface of the negative electrode current collector 5 in S1. The step of forming the electrode body 7 including the solid electrolyte layer 3 sandwiched between the positive electrode layer 1 and the negative electrode layer 2 can be used. After forming the electrode body 7 in this manner, for example, after pressing at a predetermined pressure, the pressed electrode body is accommodated in an exterior body and sealed to manufacture an all-solid-state battery. Can do.

以上説明したように、本発明の製造方法によれば、特に、電極層の表面外縁に絶縁部材を配置すること、及び、この絶縁部材と固体電解質層とを接触させた状態でプレスすることにより、従来よりも全固体電池の製造工程を簡略化することが可能である。
なお、上記説明では、電極層作製工程及び絶縁部材配置工程の後に電解質形成工程が行われる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明は、例えば、電極層作製工程及び絶縁部材配置工程の前に電解質形成工程が行われる形態とすることも可能である。
As described above, according to the manufacturing method of the present invention, in particular, by disposing an insulating member on the outer edge of the surface of the electrode layer and pressing the insulating member and the solid electrolyte layer in contact with each other. It is possible to simplify the manufacturing process of the all solid state battery as compared with the conventional case.
In addition, in the said description, although the form in which an electrolyte formation process is performed after an electrode layer preparation process and an insulating member arrangement | positioning process was illustrated, this invention is not limited to the said form. In the present invention, for example, the electrolyte forming step can be performed before the electrode layer manufacturing step and the insulating member arranging step.

図3は、本発明の製造方法によって製造可能な、全固体電池10を説明する断面図である。図3では、電極体7を包む外装体等の記載を省略しており、図2に示した各層と同一材料で構成される層には、図2で使用した符号と同一の符号を付している。   FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the all solid state battery 10 that can be manufactured by the manufacturing method of the present invention. In FIG. 3, the description of the exterior body etc. that wraps the electrode body 7 is omitted, and the same reference numerals as those used in FIG. 2 are given to the layers made of the same material as the layers shown in FIG. 2. ing.

図3に示した全固体電池10は、正極集電体4と、該正極集電体4に接続された正極層1と、正極集電体4とは反対側の正極層1の表面外縁に配置された絶縁部材6と、該絶縁部材6によって囲まれた領域に配置された固体電解質層3’と、正極層1と共に固体電解質層3’を挟むように配置された負極層2と、該負極層2に接続された負極集電体5と、を備える電極体7を有している。全固体電池10では、固体電解質層3’が一対の電極層(正極層1及び負極層2)に挟まれている。   The all solid state battery 10 shown in FIG. 3 includes a positive electrode current collector 4, a positive electrode layer 1 connected to the positive electrode current collector 4, and a positive electrode layer 1 opposite to the positive electrode current collector 4. The insulating member 6 disposed, the solid electrolyte layer 3 ′ disposed in the region surrounded by the insulating member 6, the negative electrode layer 2 disposed so as to sandwich the solid electrolyte layer 3 ′ together with the positive electrode layer 1, An electrode body 7 including a negative electrode current collector 5 connected to the negative electrode layer 2. In the all solid state battery 10, the solid electrolyte layer 3 ′ is sandwiched between a pair of electrode layers (the positive electrode layer 1 and the negative electrode layer 2).

このように構成される全固体電池10は、本発明の製造方法で製造することができる。全固体電池10は、正極層1の表面外縁に絶縁部材6が配置されているので、正極層1や負極層2の外縁における短絡を防止することが可能である。また、上述のように、本発明の製造方法によれば、従来よりも全固体電池の製造工程を簡略化することが可能なので、本発明によれば、従来よりも製造工程を簡略化することが可能な全固体電池10を提供することができる。   The all solid state battery 10 configured as described above can be manufactured by the manufacturing method of the present invention. In the all-solid-state battery 10, since the insulating member 6 is disposed on the outer edge of the positive electrode layer 1, it is possible to prevent a short circuit at the outer edge of the positive electrode layer 1 or the negative electrode layer 2. In addition, as described above, according to the manufacturing method of the present invention, the manufacturing process of the all-solid-state battery can be simplified as compared with the conventional method. Therefore, according to the present invention, the manufacturing process can be simplified as compared with the conventional method. Can be provided.

本発明において、絶縁部材6の厚さ(図2及び図3の紙面上下方向の厚さ。以下において同じ。)は特に限定されない。ただし、固体電解質層3’を十分にプレスすることによって体積エネルギー密度を向上させた全固体電池10を得やすくする等の観点からは、絶縁部材6の厚さが固体電解質層3の厚さよりも薄いことが好ましい。また、絶縁部材6によって囲まれた領域に固体電解質層3’が配置されやすい形態にする等の観点から、絶縁部材6の厚さをT、固体電解質層3の厚さをAとするとき、T≧A/2とすることが好ましい。   In the present invention, the thickness of the insulating member 6 (the thickness in the vertical direction of the paper in FIGS. 2 and 3; the same applies hereinafter) is not particularly limited. However, the thickness of the insulating member 6 is larger than the thickness of the solid electrolyte layer 3 from the viewpoint of making it easy to obtain the all solid state battery 10 whose volume energy density is improved by sufficiently pressing the solid electrolyte layer 3 ′. Thin is preferred. Further, from the viewpoint of making the solid electrolyte layer 3 ′ easily disposed in the region surrounded by the insulating member 6, when the thickness of the insulating member 6 is T and the thickness of the solid electrolyte layer 3 is A, It is preferable that T ≧ A / 2.

また、本発明において、製造時に(プレス工程で)固体電解質層3と接触する絶縁部材6の表面の表面粗さは特に限定されない。ただし、絶縁部材6の上面に配置された固体電解質層の破片を容易に除去可能にする等の観点からは、算術平均粗さRaを6.3μmRa以下にすることが好ましい。後述するように、固体電解質層3に含有される固体電解質が粒子状である場合、その平均粒径(D50。以下において同じ。)は0.1μm以上とすることができ、0.5μm以上とすることが好ましい。また、粒子状である固体電解質の平均粒径は、100μm以下とすることができ、20μm以下とすることが好ましく、10μm以下とすることがより好ましい。本発明において、プレス工程で絶縁部材6に接触させる固体電解質層3は、プレスされる前の状態(プレスされていない状態)とすることができ、プレスされる前の固体電解質層3と絶縁部材6とを接触させると、固体電解質層3に含まれている一部の粒子が絶縁部材6の表面に配置される虞がある。このようにして絶縁部材6の表面に固体電解質層3の一部が配置されたままであっても、全固体電池を作動させる際に悪影響を及ぼす可能性は低い。しかしながら、絶縁部材6の表面に配置された固体電解質(絶縁部材6と共に正極層1及び負極層2に挟持される固体電解質)はイオン伝導に寄与しないと考えられるため、体積エネルギー密度を向上させやすい形態にする等の観点から、電極体形成工程を行う前にこれを除去しておくことが好ましい。そこで、固体電解質層3に含まれ得る粒子状の固体電解質の平均粒径を踏まえ、固体電解質が絶縁部材6の表面に残り難い形態にする観点から、絶縁部材6の算術平均粗さRaは6.3μmRa以下とすることが好ましい。より好ましくは、1.0μmRa以下である。   Moreover, in this invention, the surface roughness of the surface of the insulating member 6 which contacts the solid electrolyte layer 3 at the time of manufacture (in a press process) is not specifically limited. However, it is preferable that the arithmetic average roughness Ra is 6.3 μmRa or less from the viewpoint of making it possible to easily remove the debris of the solid electrolyte layer disposed on the upper surface of the insulating member 6. As will be described later, when the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer 3 is in the form of particles, the average particle diameter (D50; the same applies hereinafter) can be 0.1 μm or more, and 0.5 μm or more. It is preferable to do. The average particle size of the solid electrolyte that is in the form of particles can be 100 μm or less, preferably 20 μm or less, and more preferably 10 μm or less. In the present invention, the solid electrolyte layer 3 brought into contact with the insulating member 6 in the pressing step can be in a state before being pressed (a state where it is not pressed), and the solid electrolyte layer 3 and the insulating member before being pressed. When contacting 6, some particles contained in the solid electrolyte layer 3 may be disposed on the surface of the insulating member 6. Even if a part of the solid electrolyte layer 3 remains arranged on the surface of the insulating member 6 in this manner, there is a low possibility of adverse effects when operating the all solid state battery. However, since the solid electrolyte disposed on the surface of the insulating member 6 (solid electrolyte sandwiched between the positive electrode layer 1 and the negative electrode layer 2 together with the insulating member 6) is considered not to contribute to ionic conduction, the volume energy density is easily improved. It is preferable to remove this before performing an electrode body formation process from a viewpoint of making it into a form. Therefore, based on the average particle diameter of the particulate solid electrolyte that can be included in the solid electrolyte layer 3, the arithmetic average roughness Ra of the insulating member 6 is 6 from the viewpoint of making the solid electrolyte difficult to remain on the surface of the insulating member 6. It is preferable to be 3 μmRa or less. More preferably, it is 1.0 μmRa or less.

また、本発明において、絶縁部材6の硬さは特に限定されないが、絶縁部材6によって囲まれた領域に固体電解質層3’が配置されやすい形態にする等の観点からは、固体電解質層3の硬さよりも硬いことが好ましい。   Further, in the present invention, the hardness of the insulating member 6 is not particularly limited, but from the viewpoint of easily arranging the solid electrolyte layer 3 ′ in a region surrounded by the insulating member 6, It is preferably harder than the hardness.

本発明において、正極層1に含有させる正極活物質としては、全固体電池で使用可能な正極活物質を適宜用いることができる。そのような正極活物質としては、コバルト酸リチウム(LiCoO)やニッケル酸リチウム(LiNiO)等の層状活物質のほか、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO)等のオリビン型活物質や、スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn)等のスピネル型活物質等を例示することができる。正極活物質の形状は、例えば粒子状や薄膜状等にすることができる。正極活物質の平均粒径は、例えば1nm以上100μm以下であることが好ましく、10nm以上30μm以下であることがより好ましい。また、正極層1における正極活物質の含有量は、特に限定されないが、質量%で、例えば40%以上99%以下とすることが好ましい。 In the present invention, as the positive electrode active material contained in the positive electrode layer 1, a positive electrode active material that can be used in an all-solid battery can be appropriately used. As such a positive electrode active material, in addition to a layered active material such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium nickelate (LiNiO 2 ), an olivine type active material such as olivine type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), A spinel type active material such as spinel type lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) can be exemplified. The shape of the positive electrode active material can be, for example, particulate or thin film. The average particle diameter of the positive electrode active material is preferably, for example, from 1 nm to 100 μm, and more preferably from 10 nm to 30 μm. Further, the content of the positive electrode active material in the positive electrode layer 1 is not particularly limited, but is preferably 40% or more and 99% or less in mass%, for example.

また、本発明では、固体電解質層3のみならず、正極層1や負極層2にも、必要に応じて、全固体電池に使用可能な公知の固体電解質を含有させることができる。そのような固体電解質としては、LiO−B−P、LiO−SiO等の酸化物系非晶質固体電解質、LiS−SiS、LiI−LiS−SiS、LiI−LiS−P、LiI−LiS−P、LiI−LiPO−P、LiS−P、LiPS等の硫化物系非晶質固体電解質のほか、LiI、LiN、LiLaTa12、LiLaZr12、LiBaLaTa12、LiPO(4−3/2w)(wはw<1)、Li3.6Si0.60.4等の結晶質酸化物・酸窒化物等を例示することができる。ただし、全固体電池の性能を高めやすい形態の電極層にする等の観点から、固体電解質は硫化物固体電解質を用いることが好ましい。 In the present invention, not only the solid electrolyte layer 3 but also the positive electrode layer 1 and the negative electrode layer 2 can contain a known solid electrolyte that can be used for an all-solid battery, if necessary. Examples of such solid electrolytes include oxide-based amorphous solid electrolytes such as Li 2 O—B 2 O 3 —P 2 O 5 and Li 2 O—SiO 2 , Li 2 S—SiS 2 , LiI—Li 2. S-SiS 2, LiI-Li 2 S-P 2 S 5, LiI-Li 2 S-P 2 O 5, LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5, Li 2 S-P 2 S 5, Li 3 in addition to the sulfide-based amorphous solid electrolyte of PS 4, etc., LiI, Li 3 N, Li 5 La 3 Ta 2 O 12, Li 7 La 3 Zr 2 O 12, Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12, Li 3 Examples thereof include crystalline oxides and oxynitrides such as PO (4-3 / 2w) N w (w is w <1) and Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4 . However, it is preferable to use a sulfide solid electrolyte as the solid electrolyte from the viewpoint of making the electrode layer in a form that can easily improve the performance of the all-solid battery.

固体電解質として硫化物固体電解質を用いる場合、正極活物質と固体電解質との界面に高抵抗層が形成され難くすることにより、電池抵抗の増加を防止しやすい形態にする観点から、正極活物質は、イオン伝導性酸化物で被覆されていることが好ましい。正極活物質を被覆するリチウムイオン伝導性酸化物としては、例えば、一般式LiAO(Aは、B、C、Al、Si、P、S、Ti、Zr、Nb、Mo、Ta又はWであり、x及びyは正の数である。)で表される酸化物を挙げることができる。具体的には、LiBO、LiBO、LiCO、LiAlO、LiSiO、LiSiO、LiPO、LiSO、LiTiO、LiTi12、LiTi、LiZrO、LiNbO、LiMoO、LiWO等を例示することができる。また、リチウムイオン伝導性酸化物は、複合酸化物であっても良い。正極活物質を被覆する複合酸化物としては、上記リチウムイオン伝導性酸化物の任意の組み合わせを採用することができ、例えば、LiSiO−LiBO、LiSiO−LiPO等を挙げることができる。また、正極活物質の表面をイオン伝導性酸化物で被覆する場合、イオン伝導性酸化物は、正極活物質の少なくとも一部を被覆してれば良く、正極活物質の全面を被覆していても良い。また、正極活物質を被覆するイオン伝導性酸化物の厚さは、例えば、0.1nm以上100nm以下であることが好ましく、1nm以上20nm以下であることがより好ましい。なお、イオン伝導性酸化物の厚さは、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)等を用いて測定することができる。 When a sulfide solid electrolyte is used as the solid electrolyte, the positive electrode active material is formed from the viewpoint of making it easy to prevent an increase in battery resistance by making it difficult to form a high resistance layer at the interface between the positive electrode active material and the solid electrolyte. It is preferable that it is coated with an ion conductive oxide. Examples of the lithium ion conductive oxide that coats the positive electrode active material include a general formula Li x AO y (A is B, C, Al, Si, P, S, Ti, Zr, Nb, Mo, Ta, or W). And x and y are positive numbers). Specifically, Li 3 BO 3 , LiBO 2 , Li 2 CO 3 , LiAlO 2 , Li 4 SiO 4 , Li 2 SiO 3 , Li 3 PO 4 , Li 2 SO 4 , Li 2 TiO 3 , Li 4 Ti 5 Examples include O 12 , Li 2 Ti 2 O 5 , Li 2 ZrO 3 , LiNbO 3 , Li 2 MoO 4 , Li 2 WO 4 and the like. The lithium ion conductive oxide may be a complex oxide. As the composite oxide covering the positive electrode active material, any combination of the above lithium ion conductive oxides can be employed. For example, Li 4 SiO 4 —Li 3 BO 3 , Li 4 SiO 4 —Li 3 PO 4 etc. can be mentioned. Further, when the surface of the positive electrode active material is coated with an ion conductive oxide, the ion conductive oxide only needs to cover at least a part of the positive electrode active material, and covers the entire surface of the positive electrode active material. Also good. In addition, the thickness of the ion conductive oxide covering the positive electrode active material is, for example, preferably from 0.1 nm to 100 nm, and more preferably from 1 nm to 20 nm. The thickness of the ion conductive oxide can be measured using, for example, a transmission electron microscope (TEM).

また、正極層1は、全固体電池の正極層に含有させることが可能な公知のバインダーを用いて作製することができる。そのようなバインダーとしては、アクリロニトリルブタジエンゴム(ABR)、ブタジエンゴム(BR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等を例示することができる。   Moreover, the positive electrode layer 1 can be produced using a known binder that can be contained in the positive electrode layer of an all-solid battery. Examples of such a binder include acrylonitrile butadiene rubber (ABR), butadiene rubber (BR), polyvinylidene fluoride (PVdF), styrene butadiene rubber (SBR), and the like.

さらに、正極層1には、導電性を向上させる導電材が含有されていてもよい。正極層1に含有させることが可能な導電材としては、気相成長炭素繊維、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー(CNF)等の炭素材料のほか、全固体電池の使用時の環境に耐えることが可能な金属材料を例示することができる。上記正極活物質、固体電解質、及び、バインダー等を液体に分散して調整したスラリー状の正極組成物を用いて正極層1を作製する場合、使用可能な液体としてはヘプタン等を例示することができ、無極性溶媒を好ましく用いることができる。また、正極層1の厚さは、例えば0.1μm以上1mm以下であることが好ましく、1μm以上100μm以下であることがより好ましい。また、全固体電池10の性能を高めやすくするために、正極層1はプレスする過程を経て作製されることが好ましい。本発明において、正極層1をプレスする際の圧力は400MPa程度とすることができる。   Furthermore, the positive electrode layer 1 may contain a conductive material that improves conductivity. Examples of the conductive material that can be contained in the positive electrode layer 1 include carbon materials such as vapor grown carbon fiber, acetylene black (AB), ketjen black (KB), carbon nanotube (CNT), and carbon nanofiber (CNF). In addition, a metal material that can withstand the environment during use of the all-solid-state battery can be exemplified. When the positive electrode layer 1 is produced using the positive electrode active material, the solid electrolyte, the slurry-like positive electrode composition prepared by dispersing the binder in the liquid, heptane or the like may be exemplified as a usable liquid. A nonpolar solvent can be preferably used. Moreover, the thickness of the positive electrode layer 1 is, for example, preferably 0.1 μm or more and 1 mm or less, and more preferably 1 μm or more and 100 μm or less. Moreover, in order to make it easy to improve the performance of the all-solid-state battery 10, the positive electrode layer 1 is preferably manufactured through a pressing process. In this invention, the pressure at the time of pressing the positive electrode layer 1 can be about 400 MPa.

また、負極層2に含有させる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な公知の負極活物質を適宜用いることができる。そのような負極活物質としては、例えば、カーボン活物質、酸化物活物質、及び、金属活物質等を挙げることができる。カーボン活物質は、炭素を含有していれば特に限定されず、例えばメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン等を挙げることができる。酸化物活物質としては、例えばNb、LiTi12、SiO等を挙げることができる。金属活物質としては、例えばIn、Al、Si、及び、Sn等を挙げることができる。また、負極活物質として、リチウム含有金属活物質を用いても良い。リチウム含有金属活物質としては、少なくともLiを含有する活物質であれば特に限定されず、Li金属であっても良く、Li合金であっても良い。Li合金としては、例えば、Liと、In、Al、Si、及び、Snの少なくとも一種とを含有する合金を挙げることができる。負極活物質の形状は、例えば粒子状、薄膜状等にすることができる。負極活物質の平均粒径は、例えば1nm以上100μm以下であることが好ましく、10nm以上30μm以下であることがより好ましい。また、負極層2における負極活物質の含有量は、特に限定されないが、質量%で、例えば40%以上99%以下とすることが好ましい。 Moreover, as a negative electrode active material contained in the negative electrode layer 2, the well-known negative electrode active material which can occlude-release lithium ion can be used suitably. Examples of such a negative electrode active material include a carbon active material, an oxide active material, and a metal active material. The carbon active material is not particularly limited as long as it contains carbon, and examples thereof include mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, and soft carbon. Examples of the oxide active material include Nb 2 O 5 , Li 4 Ti 5 O 12 , and SiO. Examples of the metal active material include In, Al, Si, and Sn. Further, a lithium-containing metal active material may be used as the negative electrode active material. The lithium-containing metal active material is not particularly limited as long as it is an active material containing at least Li, and may be Li metal or Li alloy. Examples of the Li alloy include an alloy containing Li and at least one of In, Al, Si, and Sn. The shape of the negative electrode active material can be, for example, particulate or thin film. The average particle size of the negative electrode active material is, for example, preferably from 1 nm to 100 μm, and more preferably from 10 nm to 30 μm. Further, the content of the negative electrode active material in the negative electrode layer 2 is not particularly limited, but is preferably in a range of 40% to 99% by mass%, for example.

さらに、負極層2には、負極活物質と固体電解質とを結着させるバインダーや導電性を向上させる導電材が含有されていても良い。負極層2に含有させることが可能なバインダーや導電材としては、正極層1に含有させることが可能な上記バインダーや導電材等を例示することができる。また、液体に上記負極活物質等を分散して調整したスラリー状の負極組成物を用いて負極層2を作製する場合、負極活物質等を分散させる液体としては、ヘプタン等を例示することができ、無極性溶媒を好ましく用いることができる。また、負極層2の厚さは、例えば0.1μm以上1mm以下であることが好ましく、1μm以上100μm以下であることがより好ましい。また、全固体電池10の性能を高めやすくするために、負極層2はプレスする過程を経て作製されることが好ましい。本発明において、負極層2をプレスする際の圧力は200MPa以上とすることが好ましく、400MPa程度とすることより好ましい。   Furthermore, the negative electrode layer 2 may contain a binder that binds the negative electrode active material and the solid electrolyte and a conductive material that improves conductivity. Examples of the binder and conductive material that can be contained in the negative electrode layer 2 include the binder and conductive material that can be contained in the positive electrode layer 1. Moreover, when producing the negative electrode layer 2 using the slurry-like negative electrode composition prepared by dispersing the negative electrode active material or the like in a liquid, heptane or the like may be exemplified as the liquid in which the negative electrode active material or the like is dispersed. A nonpolar solvent can be preferably used. Further, the thickness of the negative electrode layer 2 is, for example, preferably from 0.1 μm to 1 mm, and more preferably from 1 μm to 100 μm. Moreover, in order to make it easy to improve the performance of the all-solid-state battery 10, the negative electrode layer 2 is preferably manufactured through a pressing process. In the present invention, the pressure when pressing the negative electrode layer 2 is preferably 200 MPa or more, more preferably about 400 MPa.

また、固体電解質層3に含有させる固体電解質としては、全固体電池に使用可能な公知の固体電解質を適宜用いることができる。そのような固体電解質としては、正極層1や負極層2に含有させることが可能な上記固体電解質等を例示することができる。このほか、固体電解質層3には、可塑性を発現させる等の観点から、固体電解質同士を結着させるバインダーを含有させることができる。そのようなバインダーとしては、正極層1に含有させることが可能な上記バインダー等を例示することができる。ただし、高出力化を図りやすくするために、固体電解質の過度の凝集を防止し且つ均一に分散された固体電解質を有する固体電解質層3を形成可能にする等の観点から、固体電解質層3に含有させるバインダーは5質量%以下とすることが好ましい。また、液体に上記固体電解質等を分散して調整したスラリー状の固体電解質組成物を基材8等に塗布する過程を経て固体電解質層3を作製する場合、固体電解質等を分散させる液体としては、ヘプタン等を例示することができ、無極性溶媒を好ましく用いることができる。固体電解質層3における固体電解質材料の含有量は、質量%で、例えば60%以上、中でも70%以上、特に80%以上であることが好ましい。固体電解質層3の厚さは、電池の構成によって大きく異なるが、例えば、0.1μm以上1mm以下であることが好ましく、1μm以上100μm以下であることがより好ましい。また、固体電解質層3に含有させる固体電解質は、例えば粒子状とすることができる。粒子状の固体電解質を固体電解質層3に含有させる場合、固体電解質の平均粒径は0.1μm以上とすることができ、0.5μm以上とすることが好ましい。また、粒子状である固体電解質の平均粒径は、100μm以下とすることができ、20μm以下とすることが好ましく、10μm以下とすることがより好ましい。   Moreover, as a solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer 3, a known solid electrolyte that can be used in an all-solid battery can be appropriately used. Examples of such a solid electrolyte include the solid electrolyte that can be contained in the positive electrode layer 1 and the negative electrode layer 2. In addition, the solid electrolyte layer 3 can contain a binder that binds the solid electrolytes from the viewpoint of developing plasticity. As such a binder, the said binder etc. which can be contained in the positive electrode layer 1 can be illustrated. However, in order to facilitate high output, the solid electrolyte layer 3 can be formed from the viewpoint of preventing excessive aggregation of the solid electrolyte and enabling the formation of the solid electrolyte layer 3 having a uniformly dispersed solid electrolyte. The binder to be contained is preferably 5% by mass or less. Further, when the solid electrolyte layer 3 is produced through a process of applying the slurry-like solid electrolyte composition prepared by dispersing the solid electrolyte or the like in the liquid to the base 8 or the like, the liquid for dispersing the solid electrolyte or the like , Heptane and the like, and a nonpolar solvent can be preferably used. The content of the solid electrolyte material in the solid electrolyte layer 3 is mass%, for example, preferably 60% or more, more preferably 70% or more, and particularly preferably 80% or more. The thickness of the solid electrolyte layer 3 varies greatly depending on the configuration of the battery. For example, the thickness is preferably 0.1 μm or more and 1 mm or less, and more preferably 1 μm or more and 100 μm or less. Moreover, the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer 3 can be made into a particulate form, for example. When the solid electrolyte layer 3 contains a particulate solid electrolyte, the average particle diameter of the solid electrolyte can be 0.1 μm or more, preferably 0.5 μm or more. The average particle size of the solid electrolyte that is in the form of particles can be 100 μm or less, preferably 20 μm or less, and more preferably 10 μm or less.

また、正極集電体4及び負極集電体5は、全固体電池の集電体として使用可能な公知の導電性材料を用いることができる。そのような導電性材料としては、Cu、Ni、Al、V、Au、Pt、Mg、Fe、Ti、Co、Cr、Zn、Ge、Inからなる群から選択される一又は二以上の元素を含む金属材料を例示することができる。   The positive electrode current collector 4 and the negative electrode current collector 5 can be made of a known conductive material that can be used as a current collector of an all-solid battery. Examples of such a conductive material include one or more elements selected from the group consisting of Cu, Ni, Al, V, Au, Pt, Mg, Fe, Ti, Co, Cr, Zn, Ge, and In. Examples of the metal material to be included can be given.

また、正極層1及び/又は負極層2の表面外縁に配置される絶縁部材6は、全固体電池の使用環境に耐えることが可能な、公知の絶縁性材料を適宜用いることができる。そのような絶縁性材料としては、公知の絶縁性フィルム(絶縁性の可撓性フィルム)等を用いることができる。本発明で用いる絶縁部材の、固体電解質層と接触しない表面(例えば、電極層に接触する側の表面)は、粘着性を有していても良い。絶縁部材6の具体例としては、ポリイミドフィルム、ポリイミド粘着フィルム、ポリエステルフィルム、ポリエステル粘着フィルム、ポリオレフィンフィルム、ポリオレフィン粘着フィルム、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリテトラフルオロエチレン粘着フィルム等を挙げることができる。   Moreover, the insulating member 6 arrange | positioned at the surface outer edge of the positive electrode layer 1 and / or the negative electrode layer 2 can use suitably the well-known insulating material which can endure the use environment of an all-solid-state battery. As such an insulating material, a known insulating film (insulating flexible film) or the like can be used. The surface of the insulating member used in the present invention that does not contact the solid electrolyte layer (for example, the surface that contacts the electrode layer) may have adhesiveness. Specific examples of the insulating member 6 include a polyimide film, a polyimide adhesive film, a polyester film, a polyester adhesive film, a polyolefin film, a polyolefin adhesive film, a polytetrafluoroethylene film, and a polytetrafluoroethylene adhesive film.

また、電極体7を包む外装体としては、全固体電池で使用可能な公知の外装体を適宜用いることができる。そのような外装体としては、樹脂製のラミネートフィルムや、樹脂製のラミネートフィルムに金属を蒸着させたフィルム等を例示することができる。   Moreover, as the exterior body that wraps the electrode body 7, a known exterior body that can be used in an all-solid-state battery can be appropriately used. Examples of such an exterior body include a resin laminate film, a film obtained by vapor-depositing a metal on a resin laminate film, and the like.

本発明に関する上記説明では、全固体電池がリチウムイオン二次電池である形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明の全固体電池及びその製造方法は、正極層と負極層との間を、リチウムイオン以外のイオンが移動する形態にも適用可能である。そのようなイオンとしては、ナトリウムイオンやカリウムイオン等を例示することができる。リチウムイオン以外のイオンが移動する形態とする場合、正極活物質、固体電解質、及び、負極活物質は、移動するイオンに応じて適宜選択すれば良い。   In the said description regarding this invention, although the all-solid-state battery illustrated the form which is a lithium ion secondary battery, this invention is not limited to the said form. The all-solid-state battery and the manufacturing method thereof of the present invention can also be applied to a form in which ions other than lithium ions move between the positive electrode layer and the negative electrode layer. Examples of such ions include sodium ions and potassium ions. In the case where ions other than lithium ions move, the positive electrode active material, the solid electrolyte, and the negative electrode active material may be appropriately selected according to the moving ions.

負極活物質及び固体電解質を含むスラリー状の負極組成物を集電箔(銅箔、負極集電体)の表面に塗布する過程を経て、集電箔の表面に負極層を形成した。その後、負極層が形成された集電箔を、台の上に配置した。そして、ポリイミド粘着テープ(厚さ60μm、表面の算術平均粗さRa<2.0μm)を負極層の上面外縁、負極層及び集電箔の側面、及び、台に亘って貼ることにより、負極層の上面外縁に絶縁部材を配置するとともに、負極層が形成された集電箔を台の上に固定した。
一方、固体電解質及びバインダーを含むスラリー状の電解質組成物を基材(アルミニウム箔)の表面に塗布し乾燥することにより、基材の表面に厚さ30μmの固体電解質層を形成した。次いで、負極層の上面外縁に配置された絶縁部材と、基材上に形成した固体電解質層とを接触させるようにこれらを積層し、その後、98MPaの圧力でプレスした。絶縁部材と固体電解質層とを接触させる直前、及び、プレス後の概念図を図4に示す。また、プレス直後の実物写真を図5に、絶縁部材表面の固体電解質を除去した後の実物写真を図6に、それぞれ示す。
A negative electrode layer was formed on the surface of the current collector foil through a process of applying a slurry-like negative electrode composition containing a negative electrode active material and a solid electrolyte to the surface of the current collector foil (copper foil, negative electrode current collector). Thereafter, the current collector foil on which the negative electrode layer was formed was placed on a table. Then, a polyimide adhesive tape (thickness 60 μm, surface arithmetic average roughness Ra <2.0 μm) is applied across the upper surface outer edge of the negative electrode layer, the negative electrode layer and the side surface of the current collector foil, and the base, whereby the negative electrode layer In addition, an insulating member was disposed on the outer edge of the upper surface, and the current collector foil on which the negative electrode layer was formed was fixed on a table.
On the other hand, a slurry electrolyte composition containing a solid electrolyte and a binder was applied to the surface of the base material (aluminum foil) and dried to form a solid electrolyte layer having a thickness of 30 μm on the surface of the base material. Subsequently, these were laminated | stacked so that the insulating member arrange | positioned at the outer periphery of the upper surface of a negative electrode layer and the solid electrolyte layer formed on the base material might be contacted, and it pressed by the pressure of 98 Mpa after that. FIG. 4 shows a conceptual diagram immediately before and after pressing the insulating member and the solid electrolyte layer. Further, FIG. 5 shows an actual photograph immediately after pressing, and FIG. 6 shows an actual photograph after removing the solid electrolyte on the surface of the insulating member.

図5及び図6に示したように、プレスにより、固体電解質層を負極層へと転写することができた。また、図5に示したように、負極層の表面外縁に配置した絶縁部材の一部表面に固体電解質層の破片が配置された。そこで、絶縁部材の一部表面に配置された固体電解質層の破片を除去すべく、ブロアーで風を送った。すると、図6に示したように、固体電解質層の破片を除去することができた。
以上より、本発明によれば、全固体電池の製造工程を簡略化できることが確認された。
As shown in FIGS. 5 and 6, the solid electrolyte layer could be transferred to the negative electrode layer by pressing. Further, as shown in FIG. 5, fragments of the solid electrolyte layer were arranged on a part of the surface of the insulating member arranged at the outer edge of the surface of the negative electrode layer. Then, in order to remove the fragments of the solid electrolyte layer arranged on a part of the surface of the insulating member, air was sent with a blower. Then, as shown in FIG. 6, debris of the solid electrolyte layer could be removed.
As mentioned above, according to this invention, it was confirmed that the manufacturing process of an all-solid-state battery can be simplified.

1…正極層(電極層)
2…負極層(電極層)
3、3’…固体電解質層
4…正極集電体
5…負極集電体
6…絶縁部材
7…電極体
8…基材
10…全固体電池
1 ... Positive electrode layer (electrode layer)
2 ... Negative electrode layer (electrode layer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3, 3 '... Solid electrolyte layer 4 ... Positive electrode collector 5 ... Negative electrode collector 6 ... Insulating member 7 ... Electrode body 8 ... Base material 10 ... All-solid-state battery

Claims (6)

一対の電極層と、該一対の電極層に挟まれた固体電解質層とを備え、
前記一対の電極層、又は、一方の前記電極層の、前記固体電解質層側の表面外縁に、絶縁部材が配置され、
前記絶縁部材に囲まれた領域に、前記固体電解質層が配置されている、全固体電池。
A pair of electrode layers, and a solid electrolyte layer sandwiched between the pair of electrode layers,
An insulating member is disposed on the surface outer edge of the pair of electrode layers or one of the electrode layers on the solid electrolyte layer side,
An all-solid battery, wherein the solid electrolyte layer is disposed in a region surrounded by the insulating member.
前記絶縁部材の厚さは前記固体電解質層の厚さよりも薄い、請求項1に記載の全固体電池。 The all-solid-state battery according to claim 1, wherein a thickness of the insulating member is thinner than a thickness of the solid electrolyte layer. 製造時に固体電解質層に接触する前記絶縁部材の表面の算術平均粗さRaが、6.3μmRa以下である、請求項1又は2に記載の全固体電池。 The all-solid-state battery of Claim 1 or 2 whose arithmetic mean roughness Ra of the surface of the said insulating member which contacts a solid electrolyte layer at the time of manufacture is 6.3 micrometers Ra or less. 一対の電極層と、該一対の電極層に挟まれた固体電解質層と、該固体電解質層の周囲に配置された絶縁部材と、を備える全固体電池を製造する方法であって、
電極層の表面外縁に絶縁部材を配置する絶縁部材配置工程と、
基材の表面に固体電解質層を形成する電解質形成工程と、
前記基材の表面に形成された前記固体電解質層と、前記電極層の表面外縁に配置された前記絶縁部材とを接触させた状態でプレスすることにより、前記固体電解質層を前記電極層へと転写する転写工程と、
を有する、全固体電池の製造方法。
A method of manufacturing an all-solid battery comprising a pair of electrode layers, a solid electrolyte layer sandwiched between the pair of electrode layers, and an insulating member disposed around the solid electrolyte layer,
An insulating member disposing step of disposing an insulating member on a surface outer edge of the electrode layer;
An electrolyte forming step of forming a solid electrolyte layer on the surface of the substrate;
The solid electrolyte layer is pressed onto the electrode layer by pressing the solid electrolyte layer formed on the surface of the base material and the insulating member disposed on the outer edge of the electrode layer in contact with each other. A transfer process for transferring;
A method for producing an all-solid-state battery.
前記絶縁部材の厚さは前記固体電解質層の厚さよりも薄い、請求項4に記載の全固体電池の製造方法。 The manufacturing method of the all-solid-state battery according to claim 4, wherein the thickness of the insulating member is thinner than the thickness of the solid electrolyte layer. 前記プレス工程で前記固体電解質層に接触する前記絶縁部材の表面の算術平均粗さRaが、6.3μmRa以下である、請求項4又は5に記載の全固体電池の製造方法。 The method for producing an all-solid-state battery according to claim 4 or 5, wherein an arithmetic mean roughness Ra of a surface of the insulating member that contacts the solid electrolyte layer in the pressing step is 6.3 µmRa or less.
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