JP2014135272A - All-solid-state battery - Google Patents

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好伸 山田
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聡 藤木
Yuichi Aihara
雄一 相原
Toshio Murata
利雄 村田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an all-solid-state battery free of the possibility of liquid leakage of a nonaqueous electrolyte battery, having a battery container prevented from being destructed, further requiring no pressure equalizer and auxiliary machine for preventing the battery container and a power generation element from being destructed, capable of being reduced in size of a battery, and capable of achieving higher energy density.SOLUTION: The present invention relates to an all-solid-state battery including a power generation element that is housed in a flexible container, the power generation element comprising a positive electrode layer containing a positive electrode active material, a negative electrode layer containing a negative electrode active material, and a solid electrolyte layer provided between the positive electrode layer and the negative electrode layer, which are compacted by hydrostatic pressure to be joined.

Description

本発明は、全固体電池に関する。詳しくは、本発明の全固体電池は、深海等の高圧下で使用する全固体電池に関するものである。   The present invention relates to an all solid state battery. Specifically, the all solid state battery of the present invention relates to an all solid state battery used under high pressure such as in the deep sea.

深海等の高圧の環境下で使用される電源用電池としては、従来、鉛−酸蓄電池や酸化銀−亜鉛蓄電池が使用されてきた。これらの電池は、硫酸や水酸化カリウム溶液等の水溶液を電解液に使用しており、充電時や放電時に水の分解により多量のガスが発生する。地上で充電し、深海で放電する場合、このガスが極板中に残っていると、高圧下でガスが圧縮されて大きく収縮する。このため、電池が密閉式の場合、電池全体に高圧がかかり、電池が変形し、ついには破壊される危険があるため、水溶液電解液を使用した電池は密閉型構造をとることができない。   Conventionally, lead-acid storage batteries and silver oxide-zinc storage batteries have been used as power supply batteries used in high-pressure environments such as the deep sea. These batteries use an aqueous solution such as sulfuric acid or potassium hydroxide solution as an electrolyte, and a large amount of gas is generated due to decomposition of water during charging or discharging. When charging on the ground and discharging in the deep sea, if this gas remains in the electrode plate, the gas is compressed and contracted greatly under high pressure. For this reason, when the battery is a sealed type, a high voltage is applied to the entire battery, the battery is deformed, and finally there is a danger of being destroyed. Therefore, a battery using an aqueous electrolyte cannot have a sealed structure.

このため、これらの深海用電池では、密閉型とはされないで、深海の高圧が電池の構成部品全体に均一に掛かるように特別な工夫がなされた開放型構造として使用されている。また、水溶液電解液と海水とが直接接触すると互いに混じり合い、電解液濃度が薄くなって、電池特性が低下するために、電解液と海水の間に絶縁油の層を設けて海水の電池内への浸入を防止し、電池内のガスは気液分離装置を介して電池外へ放出している。一般にこれらの機構を備えた電池を油漬け電池と呼んでいる。油漬け電池は機構が複雑で、電池以外の付属装置が大きく、電池全体のエネルギー密度が低いという問題があった。   For this reason, these deep-sea batteries are not used as a sealed type, but are used as an open-type structure in which special measures are taken so that high-pressures in the deep sea are uniformly applied to the entire components of the battery. In addition, when the aqueous electrolyte solution and seawater come into direct contact with each other, they mix with each other, reducing the electrolyte concentration and lowering the battery characteristics. The gas in the battery is discharged out of the battery through the gas-liquid separator. In general, a battery having these mechanisms is called an oil-immersed battery. The oil-immersed battery has a complicated mechanism, a large number of auxiliary devices other than the battery, and the energy density of the entire battery is low.

一方、非水電解液電池はガス発生がなく、密閉化が可能であり、気液分離装置は不要であるために、電池全体の小型化が可能であるが、高圧下で使用することはできなかった。   On the other hand, the non-aqueous electrolyte battery does not generate gas, can be sealed, and does not require a gas-liquid separator, so the entire battery can be downsized, but it can be used under high pressure. There wasn't.

非水電解液電池は、水の電池内への浸入により電池性能が著しく低下するために、密閉型構造をとらざるを得ない。従来、地上で使用される密閉型非水電解液電池は、充放電反応にともなう活物質の体積変化や、温度変化による非水電解液の体積変化を補うためにガス空間が必要である。このガス空間は、電池内容積の3〜30%とするのが一般的である。   A non-aqueous electrolyte battery has to have a sealed structure because battery performance is remarkably deteriorated due to water entering the battery. Conventionally, a sealed nonaqueous electrolyte battery used on the ground requires a gas space in order to compensate for a volume change of an active material accompanying a charge / discharge reaction and a volume change of the nonaqueous electrolyte solution due to a temperature change. This gas space is generally 3-30% of the battery internal volume.

このような密閉式非水電解液電池を、例えば、深海6500m等の高圧下で使用すると、電池に加わる圧力は650気圧にも達し、電池外の圧力と電池内の圧力に差が生じ、その高圧によるガス空間の収縮により電池が変形し、さらには破壊されて電池としての機能を果すことができなくなる問題があった。   When such a sealed nonaqueous electrolyte battery is used under a high pressure such as 6500 m in the deep sea, for example, the pressure applied to the battery reaches 650 atm, and a difference occurs between the pressure outside the battery and the pressure inside the battery. Due to the contraction of the gas space due to the high pressure, the battery is deformed, and further, there is a problem that it cannot function as a battery due to destruction.

従来、このような密閉型非水電解液電池の問題を解消するために、電池外部に電解液の貯蔵容器を備え、圧力の増加につれて、電解液を電池内に注入するような、いわゆる均圧装置を用いる技術が種々報告されてきた(特許文献1〜特許文献5)。このような均圧装置は、深海用電池の小型化を困難にし、高エネルギー密度が期待できる非水電解液電池の特長を生かすことができなかった。   Conventionally, in order to solve the problem of such a sealed nonaqueous electrolyte battery, an electrolyte storage container is provided outside the battery, and the electrolyte is injected into the battery as the pressure increases. Various techniques using an apparatus have been reported (Patent Documents 1 to 5). Such a pressure equalizing device makes it difficult to reduce the size of a deep-sea battery, and cannot take advantage of the features of a non-aqueous electrolyte battery that can be expected to have a high energy density.

特開2001−185097号公報JP 2001-185097 A 特開平10−247512号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-247512 特開平7−335250号公報JP 7-335250 A 特開平9−283177号公報JP-A-9-283177 特開平2−139850号公報JP-A-2-139850

そこで、本発明は、非水電解液電池の液漏れの心配もなく電池容器の破壊が防止され、しかも、電池容器および発電要素の破壊を防止するための均圧装置や補器類を必要とすることなく電池の小型化を可能とし、さらに、高エネルギー密度化を達成可能な全固体電池を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention prevents the battery container from being destroyed without worrying about leakage of the nonaqueous electrolyte battery, and further requires a pressure equalizing device and auxiliary equipment for preventing the battery container and the power generation element from being destroyed. An object of the present invention is to provide an all-solid-state battery capable of reducing the size of the battery without increasing the density and achieving a high energy density.

前記目的を達成するために、本発明は、正極活物質を含む正極層と、負極活物質を含む負極層と、前記正極層と前記負極層間に設けられた固体電解質層と、が静水圧によって圧密化されて接合された発電要素が可撓性容器の中に収容されていることを特徴とする全固体電池であることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a positive electrode layer containing a positive electrode active material, a negative electrode layer containing a negative electrode active material, and a solid electrolyte layer provided between the positive electrode layer and the negative electrode layer by hydrostatic pressure. It is an all-solid-state battery characterized in that the power generation elements that are compacted and joined are accommodated in a flexible container.

すなわち、本発明は、電地の製造過程に静水圧を用い、かつその圧力が,大気圧を越える電池使用圧力よりも高い圧力を利用する。そのため,大気圧を超える圧力の環境のもとで電地が使用されても、可撓性と液密性と気密性とを兼ね備える容器が、使用圧力によって撓んで発電要素に密着し、静水圧によって接合され圧密化された、正極層、負極層、そして、固体電解質からなる発電要素によって内部から支持される。このことによって電池容器の破壊が防止される。しかも電池容器を介して発電要素に伝達される使用圧力が、発電要素の接合圧力よりも低くできるので、発電要素が破壊されることなく電池の作動が維持される。したがって、容器および発電要素の破壊を防止するための均圧装置や補器類を必要としないため、小型、軽量で高エネルギー密度の電源装置を提供することができる。   That is, the present invention uses hydrostatic pressure in the manufacturing process of the electric ground, and uses a pressure higher than the battery operating pressure that exceeds the atmospheric pressure. For this reason, even if an electric ground is used in an environment with a pressure exceeding atmospheric pressure, the container having both flexibility, liquid tightness, and air tightness is bent by the working pressure and closely adheres to the power generation element. Is supported from the inside by a power generation element composed of a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte, which are joined and consolidated by the above. This prevents the battery container from being destroyed. In addition, since the working pressure transmitted to the power generation element via the battery container can be lower than the joining pressure of the power generation element, the operation of the battery is maintained without destroying the power generation element. Therefore, since a pressure equalizing device and auxiliary devices for preventing the destruction of the container and the power generation element are not required, a small, lightweight and high energy density power supply device can be provided.

本発明の全固体電池は、液漏れや電池の破壊の心配が無く、深海等の高圧の環境下で使用可能であり、しかも、均圧装置や複雑な補機類を省略でき、小型かつ軽量である。   The all-solid-state battery of the present invention can be used in a high-pressure environment such as the deep sea without any risk of liquid leakage or battery destruction, and it is possible to omit a pressure equalizing device and complicated auxiliary equipment, and is small and lightweight. It is.

本発明の実施形態に係る全固体電池の構造を示す断面方向に沿った図である。It is the figure along the cross-sectional direction which shows the structure of the all-solid-state battery which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る静水圧加圧時の全固体電池容器の断面方向に沿った図である。It is a figure along the section direction of the all-solid-state battery container at the time of hydrostatic pressure pressurization concerning an embodiment of the present invention. 正極において静水圧が980MPaである時の面密度を100とした時の面密度の割合を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the ratio of the surface density when the surface density when a hydrostatic pressure is 980 Mpa is set to 100 in a positive electrode. 負極において静水圧が980MPaである時の面密度を100とした時の面密度の割合を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the ratio of the surface density when the surface density when a hydrostatic pressure is 980 Mpa is set to 100 in a negative electrode. 固体電解質において静水圧が980MPaである時の面密度を100とした時の面密度の割合を示す特性図である。It is a characteristic figure which shows the ratio of the surface density when the surface density when a hydrostatic pressure is 980 Mpa is set to 100 in a solid electrolyte.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

<全固体電池の構成>
まず、図1に基づいて、本実施形態に係る固体電池1の構成について説明する。固体電池1は、正極集電体2、接着層3、正極層4、固体電解質層5、負極層6、負極集電体7を備えて構成されている。接着層3及び正極層4により固体電池1の正極層10が構成される。また、負極層6が固体電池1の負極20を構成する。
<Configuration of all-solid-state battery>
First, based on FIG. 1, the structure of the solid battery 1 which concerns on this embodiment is demonstrated. The solid battery 1 includes a positive electrode current collector 2, an adhesive layer 3, a positive electrode layer 4, a solid electrolyte layer 5, a negative electrode layer 6, and a negative electrode current collector 7. The adhesive layer 3 and the positive electrode layer 4 constitute the positive electrode layer 10 of the solid battery 1. Further, the negative electrode layer 6 constitutes the negative electrode 20 of the solid battery 1.

正極集電体2は、導電体であればどのようなものでも良く、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、及び、ニッケルメッキ鋼等で構成される。   The positive electrode current collector 2 may be any conductor as long as it is a conductor, and is made of, for example, aluminum, stainless steel, nickel-plated steel, or the like.

接着層3は、正極集電体2と正極層4とを結着するためのものである。接着層3は、接着層導電性物質、第1の結着剤、及び、第2の結着剤を含む。接着層導電性物質は、例えばケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、天然黒鉛、人造黒鉛等であるが、接着層3の導電性を高めるためのものであれば特に制限されず、単独で使用されても、複数を混合されてもよい。   The adhesive layer 3 is for binding the positive electrode current collector 2 and the positive electrode layer 4. The adhesive layer 3 includes an adhesive layer conductive material, a first binder, and a second binder. The adhesive layer conductive material is, for example, carbon black such as ketjen black, acetylene black, graphite, natural graphite, artificial graphite, etc., but is not particularly limited as long as it is for increasing the conductivity of the adhesive layer 3, It may be used alone or a plurality may be mixed.

第1の結着剤は、例えば、極性官能基を有しない非極性樹脂である。したがって、第1の結着剤は、反応性の高い固体電解質、特に、硫化物系固体電解質に対して不活性である。硫化物系固体電解質は、酸類、アルコール類、アミン類、エーテル類等の極性構造に対して活性であることが知られている。第1の結着剤は正極層4と結着するためのものである。ここで、正極層4に第1の結着剤或いはこれと同様な成分が含まれていると、接着層3内の第1の結着剤は、接着層3と正極層4との界面を通じて正極層4内の第1の結着剤と相互拡散することで、正極層4と強固に結着する。したがって、正極層4には、第1の結着剤が含まれることが好ましい。   The first binder is, for example, a nonpolar resin having no polar functional group. Therefore, the first binder is inactive to highly reactive solid electrolytes, particularly sulfide-based solid electrolytes. It is known that sulfide-based solid electrolytes are active against polar structures such as acids, alcohols, amines, ethers and the like. The first binder is for binding to the positive electrode layer 4. Here, if the positive electrode layer 4 contains the first binder or a component similar thereto, the first binder in the adhesive layer 3 passes through the interface between the adhesive layer 3 and the positive electrode layer 4. By interdiffusion with the first binder in the positive electrode layer 4, the positive electrode layer 4 is firmly bound. Therefore, the positive electrode layer 4 preferably contains the first binder.

第1の結着剤としては、例えば、SBS (スチレンブタジエンブロック重合体)、SEBS (スチレンエチレンブタジエンスチレンブロック重合体)、スチレン−スチレンブタジエン−スチレンブロック重合体等のスチレン系熱可塑性エラストマー類、SBR (スチレンブタジエンゴム)、BR (ブタジエンゴム)、NR(天然ゴム)、IR (イソプレンゴム)、EPDM (エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)、および、これらの部分水素化物、あるいは完全水素化物が例示される。その他、ポリスチレン、ポリオレフィン、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリシクロオレフイン、シリコーン樹脂等が例示される。   Examples of the first binder include styrene thermoplastic elastomers such as SBS (styrene butadiene block polymer), SEBS (styrene ethylene butadiene styrene block polymer), styrene-styrene butadiene-styrene block polymer, SBR, and the like. (Styrene butadiene rubber), BR (Butadiene rubber), NR (Natural rubber), IR (Isoprene rubber), EPDM (Ethylene-propylene-diene terpolymer), and partial hydrides or complete hydrides thereof Is exemplified. Other examples include polystyrene, polyolefin, olefinic thermoplastic elastomer, polycycloolefin, and silicone resin.

第2の結着剤は、第1の結着剤よりも正極集電体2への結着性が優れた結着剤である。正極集電体2への結着性が優れた結着剤であることは、例えば、正極集電体2に結着剤溶液を塗布、乾燥することにより得られた結着剤フィルムを正極集電体2から剥離するのに必要な力を、市販の剥離試験機で計測することにより判定することができる。第2の結着剤は、例えば、極性官能基を有する極性官能基含有樹脂であり、正極集電部体2と水素結合等を介して強固に結着する。ただし、第2の結着剤は、硫化物系固体電解質に対する反応性が高い場合が多いので、正極層4には含まれない。   The second binder is a binder that has better binding properties to the positive electrode current collector 2 than the first binder. A binder having excellent binding properties to the positive electrode current collector 2 is obtained by, for example, applying a binder film obtained by applying a binder solution to the positive electrode current collector 2 and drying the positive electrode current collector 2. The force required for peeling from the electric body 2 can be determined by measuring with a commercially available peel tester. The second binder is, for example, a polar functional group-containing resin having a polar functional group, and is firmly bound to the positive electrode current collector 2 through a hydrogen bond or the like. However, since the second binder is often highly reactive with the sulfide-based solid electrolyte, it is not included in the positive electrode layer 4.

第2の結着剤としては、例えば、NBR(ニトリルゴム)、CR(クロロプレンゴム)、および、これらの部分水素化物、あるいは完全水素化物、ポリアクリル酸エステルの共重合体、PVdF (ポリビニリデンフロライド)、VDF−HFP (ピニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、および、それらのカルボン酸変性物、CM(塩素化ポリエチレン)、ポリメタクリル酸エステノレ、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等が例示される。また、上記の第1の結着剤にカルボン酸、スルホン酸、リン酸等を有するモノマーを共重合させた高分子等が例示される。   Examples of the second binder include NBR (nitrile rubber), CR (chloroprene rubber), and partially hydrides or complete hydrides thereof, copolymers of polyacrylate esters, PVdF (polyvinylidene fluoride). Ride), VDF-HFP (Pinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer), and their carboxylic acid modified products, CM (chlorinated polyethylene), polymethacrylic acid ester, polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer Examples include coalescence, polyimide, polyamide, polyamideimide and the like. Moreover, the polymer etc. which copolymerized the monomer which has carboxylic acid, a sulfonic acid, phosphoric acid etc. in said 1st binder are illustrated.

なお、接着層導電性物質、第1の結着剤、及び、第2の結着剤の含有量の比については、特に制限されないが、例えば、接着層導電性物は接着層3の総質量に対して50〜95質量%、第1の結着剤は接着層3の総質量に対して3〜30質量%、第2の結着剤は接着層3の総質量に対して2〜20質量%である。   The content ratio of the adhesive layer conductive material, the first binder, and the second binder is not particularly limited. For example, the adhesive layer conductive material is the total mass of the adhesive layer 3. The first binder is 3 to 30% by mass with respect to the total mass of the adhesive layer 3, and the second binder is 2 to 20 with respect to the total mass of the adhesive layer 3. % By mass.

正極層4は、硫化物系固体電解質、正極活物質、正極層導電性物質から構成される。正極層導電性物質は、接着層導電性物質と同様なものでよい。硫化物系固体電解質としてはLi、P、S、を含む硫化物が挙げられる。より具体的には、Li11、LiPS、Li7PS6、、LiPSCl等が挙げられる。 The positive electrode layer 4 is composed of a sulfide-based solid electrolyte, a positive electrode active material, and a positive electrode layer conductive material. The positive electrode layer conductive material may be the same as the adhesive layer conductive material. Examples of the sulfide-based solid electrolyte include sulfides containing Li, P, and S. More specifically, Li 7 P 3 S 11, Li 3 PS 4, Li 7 PS 6 ,, Li 6 PS 5 Cl , and the like.

また、硫化物系固体電解質は、Li2SとP25とを溶融温度以上に加熱して所定の比率で両者を溶融混合し、所定時間保持した後、急冷することにより得られる(溶融急冷法)。あるいは、Li2S-P25をメカニカルミリング法により処理して得られる。Li2S-P25の混合比は、モル比で、通常、50:50〜80:20 、好ましくは、60:40〜75:25である。 The sulfide-based solid electrolyte is obtained by heating Li 2 S and P 2 S 5 to a melting temperature or higher, melting and mixing them at a predetermined ratio, holding them for a predetermined time, and then rapidly cooling (melting). Quenching method). Alternatively, Li 2 S—P 2 S 5 can be obtained by a mechanical milling method. The mixing ratio of Li 2 S—P 2 S 5 is usually 50:50 to 80:20, preferably 60:40 to 75:25 in terms of molar ratio.

固体電解質として、硫化物系固体電解質の他に、無機化合物からなるリチウムイオン伝導体を無機固体電解質として含有するものが例示される。このようなリチウムイオン伝導体としては、例えば、LiN、LISICON、LIPON(Li3+yPO4−x)、Thio−LISICON(Li3.25Ge0.250.75)、LiO−Al−TiO−P(LATP)がある。 Examples of the solid electrolyte include those containing a lithium ion conductor made of an inorganic compound as the inorganic solid electrolyte in addition to the sulfide-based solid electrolyte. Examples of such lithium ion conductors include Li 3 N, LIICON, LIPON (Li 3 + y PO 4−x N x ), Thio-LISICON (Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 ), Li has 2 O-Al 2 O 3 -TiO 2 -P 2 O 5 (LATP).

固体電解質は、結晶、非晶質、ガラス状、ガラスセラミック(結晶化ガラス)等の構造をとり、その中で、結晶化ガラス構造のリチウムイオン伝導度は非晶質構造に比べて格段に優れている。   Solid electrolytes have crystal, amorphous, glassy, glass ceramic (crystallized glass) structures, among which the lithium ion conductivity of the crystallized glass structure is much better than the amorphous structure. ing.

正極活物質は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出することが可能な物質であれば特に限定されず、例えば、コバルト酸リチウム(LCO)、ニッケル酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム(以下、「NCA」と称する場合もある。)、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(以下、「NCM」と称する場合もある。)、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、硫化ニッケル、硫化銅、硫黄、酸化鉄、酸化バナジウム等が挙げられる。これらの正極活物質は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。   The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions. For example, lithium cobalt oxide (LCO), lithium nickelate, lithium nickel cobaltate, nickel cobalt aluminum acid Lithium (hereinafter also referred to as “NCA”), nickel cobalt lithium manganate (hereinafter also referred to as “NCM”), lithium manganate, lithium iron phosphate, nickel sulfide, copper sulfide, sulfur , Iron oxide, vanadium oxide and the like. These positive electrode active materials may be used independently and 2 or more types may be used together.

正極活物質は、上記に挙げた正極活物質の例のうち、特に、層状岩塩型構造を有する遷移金属酸化物のリチウム塩であることが好ましい。ここでいう「層状」とは、薄いシート状の形状のことを意味し、「岩塩型構造」とは、結晶構造の1種である塩化ナトリウム型構造のことであり、陽イオン及び陰イオンのそれぞれが形成する面心立方格子が、互いに単位格子の稜の1/2だけずれた構造を指す。このような層状岩塩型構造を有する遷移金属酸化物のリチウム塩としては、例えば、Li1−x−y−zNiCoAl(NCA)またはLi1−x−y−zNiCoMn(NCM)(0<x<1、0<y<1、0<z<1、かつx+y+z<1)で表される3元系の遷移金属酸化物のリチウム塩が挙げられる。 The positive electrode active material is preferably a lithium salt of a transition metal oxide having a layered rock salt type structure, among the examples of the positive electrode active materials listed above. “Layered” as used herein means a thin sheet-like shape, and “rock salt structure” refers to a sodium chloride structure, which is a kind of crystal structure, and includes cations and anions. Each of the face-centered cubic lattices formed by each indicates a structure that is shifted from each other by a half of the edge of the unit lattice. As a lithium salt of a transition metal oxide having such a layered rock salt structure, for example, Li 1-x-yz Ni x Co y Al z O 2 (NCA) or Li 1-x-yz Ni x Co y Mn z O 2 (NCM) (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, and x + y + z <1) is represented by a lithium salt of a ternary transition metal oxide. Can be mentioned.

正極層結着剤は、例えば、極性官能基を有しない非極性樹脂である。したがって、正極層結着剤は、反応性の高い固体電解質、特に、硫化物系固体電解質に対して不活性である。正極層結着剤としては、好ましくは、既述の第1の結着剤を含む。固体電池1の電解質は、反応性の高い硫化物系固体電解質であるので、正極層結着剤は非極性樹脂である。   The positive electrode layer binder is, for example, a nonpolar resin having no polar functional group. Therefore, the positive electrode layer binder is inactive to highly reactive solid electrolytes, particularly sulfide-based solid electrolytes. The positive electrode layer binder preferably includes the first binder described above. Since the electrolyte of the solid battery 1 is a highly reactive sulfide-based solid electrolyte, the positive electrode layer binder is a nonpolar resin.

正極層4を直接正極集電体2に結着させようとしても、正極層4が正極集電体2に十分結着しない可能性がある。そこで、第1の結着剤及び第2の結着剤を含む接着層3を正極層4と正極集電体2との間に介在させるようにしている。これにより、接着層3内の第1の結着剤が正極層4と強固に結着し、接着層3内の第2の結着剤が正極集電体2と強固に結着するので、正極集電体2と正極層4とが強固に結着される。ここで、正極層結着剤に第1の結着剤が含まれる場合、接着層3内の第1の結着剤は、接着層3と正極層4との界面を通じて正極層4内の第1の結着剤と相互拡散することで、正極層4と正極集電体2とが強固に結着される。   Even if the positive electrode layer 4 is directly bound to the positive electrode current collector 2, the positive electrode layer 4 may not be sufficiently bound to the positive electrode current collector 2. Therefore, the adhesive layer 3 containing the first binder and the second binder is interposed between the positive electrode layer 4 and the positive electrode current collector 2. As a result, the first binder in the adhesive layer 3 is firmly bound to the positive electrode layer 4, and the second binder in the adhesive layer 3 is firmly bound to the positive electrode current collector 2. The positive electrode current collector 2 and the positive electrode layer 4 are firmly bound. Here, when the first binder is contained in the positive electrode layer binder, the first binder in the adhesive layer 3 passes through the interface between the adhesive layer 3 and the positive electrode layer 4 and the first binder in the positive electrode layer 4. The positive electrode layer 4 and the positive electrode current collector 2 are firmly bonded by interdiffusion with the first binder.

正極中の硫化物系固体電解質、正極活物質、正極層導電性物質、及び、正極層結着剤の含有量の比については、特に制限されない。例えば、硫化物系固体電解質は正極層4の総質量に対して20〜50質量%、正極活物質は正極層4の総質量に対して45〜75質量%、正極層導電性物質は正極層4の総質量に対して1〜10質量%、正極層結着剤は正極層4の総質量に対して0.5〜4質量%である。   The ratio of the content of the sulfide-based solid electrolyte, the positive electrode active material, the positive electrode layer conductive material, and the positive electrode layer binder in the positive electrode is not particularly limited. For example, the sulfide-based solid electrolyte is 20 to 50% by mass with respect to the total mass of the positive electrode layer 4, the positive electrode active material is 45 to 75% by mass with respect to the total mass of the positive electrode layer 4, and the positive electrode layer conductive material is the positive electrode layer. 1 to 10% by mass with respect to the total mass of 4, and the positive electrode layer binder is 0.5 to 4% by mass with respect to the total mass of the positive electrode layer 4.

電解質層5は、硫化物系固体電解質、及び、電解質結着剤を含む。電解質結着剤は、極性官能基を有しない非極性樹脂である。したがって、電解質結着剤は、反応性の高い固体電解質、特に硫化物系固体電解質に対して不活性である。電解質結着剤は、好ましくは、第1の結着剤を含む。   The electrolyte layer 5 includes a sulfide-based solid electrolyte and an electrolyte binder. The electrolyte binder is a nonpolar resin having no polar functional group. Accordingly, the electrolyte binder is inactive to highly reactive solid electrolytes, particularly sulfide-based solid electrolytes. The electrolyte binder preferably includes a first binder.

電解質層5内の第1の結着剤は、正極層4と電解質層5との界面を通じて正極層4内の第1の結着剤と相互拡散することで、正極層4と電解質層5とが強固に結着する。なお、硫化物系固体電解質、及び、電解質結着剤の含有量の比については、特に制限されない。例えば、硫化物系固体電解質は電解質層5の総質量に対して95〜99質量%、電解質結着剤は電解質層5の総質量に対して0.5〜5質量%である。   The first binder in the electrolyte layer 5 interdiffuses with the first binder in the positive electrode layer 4 through the interface between the positive electrode layer 4 and the electrolyte layer 5, so that the positive electrode layer 4 and the electrolyte layer 5 Is firmly bound. The ratio of the content of the sulfide-based solid electrolyte and the electrolyte binder is not particularly limited. For example, the sulfide-based solid electrolyte is 95 to 99 mass% with respect to the total mass of the electrolyte layer 5, and the electrolyte binder is 0.5 to 5 mass% with respect to the total mass of the electrolyte layer 5.

負極層6は、負極活物質と負極結着剤を含む。負極結着剤としては、既述の第1の結着剤を含む。負極層6の第1の結着剤は電解質層5の第1の結着剤と相互拡散して、負極層6と電解質層5とを強固に密着させる。結着剤は、第1の結着剤の他、極性官能基を有する第2の結着剤を含む。   The negative electrode layer 6 includes a negative electrode active material and a negative electrode binder. The negative electrode binder includes the first binder described above. The first binder of the negative electrode layer 6 interdiffuses with the first binder of the electrolyte layer 5 to firmly adhere the negative electrode layer 6 and the electrolyte layer 5. The binder contains a second binder having a polar functional group in addition to the first binder.

負極活物質として、黒鉛系活物質、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛と天然黒鉛との混合物、人造黒鉛を被覆した天然黒鉛等が挙げられる。   Examples of the negative electrode active material include graphite-based active materials such as artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, and natural graphite coated with artificial graphite.

第2の結着剤は、水素結合を介して負極集電体7と強固に結着する。ただし、第2の結着剤だけでは、負極層6と電解質層5との結着性が十分でない可能性がある。そこで、本実施形態では、負極層6に第2の結着剤の他、第1の結着剤を含めている。これにより、第1の結着剤は、電解質層5と強固に結著する。電解質層5に第1の結着剤が含まれる場合、負極層6内の第1の結着剤は、負極層6と電解質層5との界面を通じて電解質層5内の第1の結着剤と相互拡散することで、電解質層5とより強固に結着することができる。なお、負極活物質としては、グラファイトに代えてスズ、ケイ素材料でもよい。   The second binder is firmly bound to the negative electrode current collector 7 through a hydrogen bond. However, the binding property between the negative electrode layer 6 and the electrolyte layer 5 may not be sufficient with the second binder alone. Therefore, in the present embodiment, the negative electrode layer 6 includes the first binder in addition to the second binder. As a result, the first binder is firmly bound to the electrolyte layer 5. When the electrolyte layer 5 includes the first binder, the first binder in the negative electrode layer 6 is the first binder in the electrolyte layer 5 through the interface between the negative electrode layer 6 and the electrolyte layer 5. By interdiffusion, the electrolyte layer 5 can be more firmly bound. The negative electrode active material may be tin or silicon material instead of graphite.

なお、負極活物質、第1の結着剤、及び、第2の結着剤の含有量の比については、特に制限されない。例えば、負極括物質は負極層6の総質量に対して95〜99質量%、第1の結着剤は負極層6の総質量に対して0.5〜5重量%、第2の結着剤は負極層6総重量に対して0.5〜5重量%含んでいればよい。   Note that the ratio of the content of the negative electrode active material, the first binder, and the second binder is not particularly limited. For example, the negative electrode binder is 95 to 99% by mass with respect to the total mass of the negative electrode layer 6, and the first binder is 0.5 to 5% by weight with respect to the total mass of the negative electrode layer 6, and the second binder. The agent should just contain 0.5 to 5 weight% with respect to the negative electrode layer 6 total weight.

負極集電体7は、導電体であればどのようなものでもよく、例えば銅、ステンレス鋼、及びニッケルメッキ鋼等で構成される。なお、上記の各層には、公知の添加剤等を適宜加えてもよい。   The negative electrode current collector 7 may be any conductive material, such as copper, stainless steel, nickel-plated steel, or the like. In addition, you may add a well-known additive etc. to said each layer suitably.

<固体電池の製造方法>
次に、固体電池1の製造方法の一例について説明する。まず、第1の結着剤と、第2の結着剤と、接着層導電性物質と、第1の結着剤及び第2の結着剤を溶解するための第1の溶媒と、を含む接着層塗工液を生成する。ここで、第1の溶媒としては、例えば、NMP(N−メチルピロリドン)、DMF(N、N−ジメチルホルムアミド)、N,N−ジメチルアセトアミド、等のアミド溶媒、酢酸ブチル、酢酸エチル等のアルキルエステル溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類溶媒、テトラフドロフラン、ジエチルエーテル等のエーテル類溶媒、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類溶媒等がある。
<Method for manufacturing solid battery>
Next, an example of a method for manufacturing the solid battery 1 will be described. First, a first binder, a second binder, an adhesive layer conductive material, and a first solvent for dissolving the first binder and the second binder. An adhesive layer coating solution containing is produced. Here, examples of the first solvent include amide solvents such as NMP (N-methylpyrrolidone), DMF (N, N-dimethylformamide), N, N-dimethylacetamide, and alkyls such as butyl acetate and ethyl acetate. Examples include ester solvents, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone, ether solvents such as tetrahydrofuran and diethyl ether, alcohol solvents such as methanol, ethanol, and isopropyl alcohol.

次いで、接着層塗工液を正極集電体2上に塗工し、乾燥することで、接着層3を生成する。なお、卓上スクリーン印刷機等の基板上に接着層塗工液を塗工し、乾燥することで、接着フィルムを形成し、この接着フィルムを正極集電体2に圧着してもよい。   Next, the adhesive layer coating liquid is applied onto the positive electrode current collector 2 and dried to produce the adhesive layer 3. In addition, an adhesive layer coating solution may be applied to a substrate such as a desktop screen printing machine and dried to form an adhesive film, and the adhesive film may be pressure-bonded to the positive electrode current collector 2.

次いで、硫化物系固体電解質と、正極活物質と、正極層導電性物質と、正極層結着剤とを溶解するための第2の溶媒と、を含む正極層塗工液を生成する。第2の溶媒は、正極層結着剤(第1の結着剤)を溶解するが、第2の結着剤を溶解しない。第2の溶媒は、具体的には非極性溶媒であり、例えば、キシレン、トルエン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類等である。次いで、正極層塗工液を接着層3上に塗工し、乾燥することで、正極層4を生成する。これにより、接着層3内の第1の結着剤が第2の溶媒に溶解することで正極層4内に膨潤するので、接着層3と正極層4との結着がより強固になる。このように、本実施形態では、正極10を塗工により生成するので、大面積の正極10を容易に製造することができる。即ち、本実施形態では、大容量の固体電池1を容易に製造することができる。   Next, a positive electrode layer coating solution containing a sulfide-based solid electrolyte, a positive electrode active material, a positive electrode layer conductive material, and a second solvent for dissolving the positive electrode layer binder is generated. The second solvent dissolves the positive electrode layer binder (first binder) but does not dissolve the second binder. The second solvent is specifically a nonpolar solvent, and examples thereof include aromatic hydrocarbons such as xylene, toluene, and ethylbenzene, and aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, and heptane. Next, the positive electrode layer coating liquid is applied onto the adhesive layer 3 and dried to produce the positive electrode layer 4. Thereby, since the 1st binder in the contact bonding layer 3 melt | dissolves in the positive electrode layer 4 by melt | dissolving in a 2nd solvent, the binding | bonding of the contact bonding layer 3 and the positive electrode layer 4 becomes stronger. Thus, in this embodiment, since the positive electrode 10 is produced | generated by coating, the large area positive electrode 10 can be manufactured easily. That is, in this embodiment, the large-capacity solid battery 1 can be easily manufactured.

また、第2の溶媒は第2の結着剤を溶解しないので、接着層3上に正極層塗工液を塗工した際に、接着層3内の第2の結着剤が正極層4内に膨潤することが防止される。これにより、正極層4内の硫化物系固体電解質が第2の結着剤により劣化することが防止される。以上の工程により、正極集電体2、接着層3、及び正極層4を含む正極構造体が生成される。   In addition, since the second solvent does not dissolve the second binder, when the positive electrode layer coating solution is applied onto the adhesive layer 3, the second binder in the adhesive layer 3 becomes the positive electrode layer 4. Swelling inside is prevented. This prevents the sulfide solid electrolyte in the positive electrode layer 4 from being deteriorated by the second binder. Through the above steps, a positive electrode structure including the positive electrode current collector 2, the adhesive layer 3, and the positive electrode layer 4 is generated.

一方、第1の結着剤と、第2の結着剤と、負極活物質と、第1の溶媒と、を含む負極層塗工液を生成する。負極層6には硫化物系固体電解質が不要であるので、第1の溶媒には極性溶媒を使用することができる。次いで、負極層塗工液を負極集電体7上に塗工し、乾燥することで、負極層6を生成する。これにより、負極構造体が生成される。   On the other hand, a negative electrode layer coating liquid containing a first binder, a second binder, a negative electrode active material, and a first solvent is generated. Since the negative electrode layer 6 does not require a sulfide-based solid electrolyte, a polar solvent can be used as the first solvent. Next, the negative electrode layer coating liquid is applied onto the negative electrode current collector 7 and dried to produce the negative electrode layer 6. Thereby, a negative electrode structure is produced.

次いで、硫化物系固体電解質と、電解質結着剤と、第2の溶媒と、を含む電解質層塗工液を生成する。第2の溶媒は、電解質結着剤(第1の結着剤)を溶解するが、第2の結着剤は溶解しない。次いで、電解質層塗工液を負極層6上に塗工し、乾燥することで、電解質層5を生成する。これにより、負極層6内の第1の結着剤が第2の溶媒に溶解することで電解質層5内に膨潤するので、電解質層5と負極層6との結着がより強固になる。   Next, an electrolyte layer coating solution containing a sulfide-based solid electrolyte, an electrolyte binder, and a second solvent is generated. The second solvent dissolves the electrolyte binder (first binder), but does not dissolve the second binder. Next, the electrolyte layer coating liquid is applied onto the negative electrode layer 6 and dried to produce the electrolyte layer 5. Thereby, since the 1st binder in the negative electrode layer 6 is dissolved in the electrolyte layer 5 by melt | dissolving in a 2nd solvent, the binding with the electrolyte layer 5 and the negative electrode layer 6 becomes firmer.

次いで、正極構造体と、電解質層5及び負極構造体からなるシートとを静水圧で圧着することで、固体電池1が生成される。   Subsequently, the solid battery 1 is produced | generated by crimping | bonding the positive electrode structure and the sheet | seat which consists of the electrolyte layer 5 and a negative electrode structure by a hydrostatic pressure.

<静水圧プレス>
図2に示すように既述の工程によって得られた各シートを重ね、アルミニウムラミネートフィルム30にいれ、真空機で脱気した後ヒートシールしてパックした。図2の符号32はヒートシール部を示す。その後、これを支持プレート上に配して、支持プレートを含めて真空ラミネートパックを行った。次に、静水圧プレス機を用い、3MPa〜120MPaで所定時間プレスした。その後、電池の耐水圧試験をするために、容器に入れ、脱気、密封して静水圧プレス機を用いて深海環境200mから10911mの条件下に相当する2MPa〜111MPaの静水圧を印加した。アルミラミネートフィルムが本発明の可撓性、液密性、気密性を有する電池容器である。その他の電池容器として、ステンレスラミネートフィルムのような封印可能な薄膜フィルムによる溶器がある。
<Hydrostatic press>
As shown in FIG. 2, the sheets obtained by the above-described steps were stacked, put into an aluminum laminate film 30, degassed with a vacuum machine, and then heat-sealed and packed. The code | symbol 32 of FIG. 2 shows a heat seal part. Thereafter, this was placed on a support plate, and a vacuum laminate pack including the support plate was performed. Next, it was pressed for a predetermined time at 3 MPa to 120 MPa using an isostatic press. Thereafter, in order to perform a water pressure resistance test of the battery, it was put into a container, deaerated and sealed, and a hydrostatic pressure of 2 MPa to 111 MPa corresponding to a deep sea environment of 200 to 10911 m was applied using a hydrostatic pressure press. An aluminum laminate film is the battery container having flexibility, liquid tightness, and air tightness of the present invention. As another battery container, there is a welder made of a sealable thin film such as a stainless laminate film.

<実施例>
次に、本実施形態の実施例について説明する。なお、以下の各実施例及び比較例での作業は、全て露点温度−55℃以下のドライルーム内で行われた。
[実施例1]
[接着層の生成]
接着層導電性物質としてのグラファイト(ティムカル社KS−4、以下同じ)及びアセチレンブラック(電気化学工業、以下同じ)と、第1の結着剤としてのスチレン系熱可塑性エラストマー(以下、結着剤A)(旭化成S.O.E1611、以下同じ)と、第2の結着剤としての酸変性PVdF(以下、結着剤B)(クレハKF9200、以下同じ)とを60:10:15:15の質量%比で秤量した。そして、これらの材料と適量のNMPとを遊星式ミキサに投入し、3000rpmで5分撹拌することで、接着層塗工液を作製した。
<Example>
Next, examples of the present embodiment will be described. In addition, all the operations in the following Examples and Comparative Examples were performed in a dry room having a dew point temperature of −55 ° C. or lower.
[Example 1]
[Generation of adhesive layer]
Adhesive layer conductive material graphite (Timcal KS-4, the same applies hereinafter) and acetylene black (electrochemical industry, the same applies hereinafter), and styrene thermoplastic elastomer as the first binder (hereinafter referred to as the binder) A) (Asahi Kasei S.E.E 1611, the same shall apply hereinafter) and acid-modified PVdF (hereinafter referred to as Binder B) (Kureha KF 9200, same shall apply hereinafter) as the second binder 60: 10: 15: 15 Weighed at a mass% ratio. Then, these materials and an appropriate amount of NMP were put into a planetary mixer and stirred at 3000 rpm for 5 minutes to prepare an adhesive layer coating solution.

次いで、卓上スクリーン印刷機(ニューロング精密工業社製、以下同じ)に正極集電体2として厚さ20μmのアルミニウム箔集電体を載置し、400メッシュのスクリーンを用いて接着層塗工液をアルミニウム箔集電体上に塗工した。その後、接着層塗工液が塗工された正極集電体2を80℃で12時間真空乾燥させた。これにより、正極集電体2上に接着層3を形成した。乾燥後の接着層3の厚さは7μmであった。   Next, an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm is placed as a positive electrode current collector 2 on a desktop screen printing machine (manufactured by Neurong Seimitsu Kogyo Co., Ltd., the same shall apply hereinafter), and an adhesive layer coating solution is used using a 400 mesh screen. Was coated on an aluminum foil current collector. Thereafter, the positive electrode current collector 2 coated with the adhesive layer coating solution was vacuum-dried at 80 ° C. for 12 hours. Thereby, the adhesive layer 3 was formed on the positive electrode current collector 2. The thickness of the adhesive layer 3 after drying was 7 μm.

[正極層の生成]
正極活物質としてのLiNiCoAlO三元系粉末と、硫化物系固体電解質としてのLiS−P(80:20モル%)を、200rpmで30分間メカニカルミリング処理(MM処理)を行って得られた非晶質固体電解質粉末と、正極層導電性物質(導電助剤)としての気相成長炭素繊維粉末とを60:35:5の質量%比で秤量し、遊星式ミキサを用いて混合した。
[Creation of positive electrode layer]
LiNiCoAlO 2 ternary powder as a positive electrode active material and Li 2 S—P 2 S 5 (80:20 mol%) as a sulfide-based solid electrolyte were subjected to mechanical milling (MM treatment) at 200 rpm for 30 minutes. The amorphous solid electrolyte powder obtained above and the vapor-grown carbon fiber powder as the positive electrode layer conductive material (conducting aid) are weighed in a mass ratio of 60: 35: 5, and a planetary mixer is used. And mixed.

次いで、この混合粉に、正極層結着剤としての結着剤Aが溶解したキシレン溶液を結着剤Aが混合粉の総質量に対して1.0質量%となるように添加することで、1次混合液を調整した。さらに、この1次混合液に、粘度調整のための脱水キシレンを適量添加することで、2次混合液を生成した。さらに、混合粉の分散性を向上させるために、直径5mmのジルコニアボールを、空間、混合粉、ジルコニアボールがそれぞれ混練容器の全容積に対して1/3ずつを占めるように2次混合液に投入した。これにより生成された3次混合液を遊星式ミキサに投入し、3000rpmで3分撹拌することで、正極層塗工液を生成した。   Next, a xylene solution in which the binder A as the positive electrode layer binder is dissolved is added to the mixed powder so that the binder A is 1.0% by mass with respect to the total mass of the mixed powder. A primary mixed solution was prepared. Furthermore, a secondary mixed solution was generated by adding an appropriate amount of dehydrated xylene for viscosity adjustment to the primary mixed solution. Furthermore, in order to improve the dispersibility of the mixed powder, a zirconia ball having a diameter of 5 mm is changed into a secondary mixed solution so that the space, the mixed powder, and the zirconia ball each occupy 1/3 of the total volume of the kneading container. I put it in. The tertiary mixture produced in this way was put into a planetary mixer and stirred at 3000 rpm for 3 minutes to produce a positive electrode layer coating solution.

次いで、卓上スクリーン印刷機に正極集電体2及び接着層3からなるシートを載置し、150μmのメタルマスクを用いて正極層塗工液をシート上に塗工した。その後、正極層塗工液が塗工されたシートを40℃のホットプレートで10分乾燥させた後、40℃で12時間真空乾燥させた。これにより、接着層3上に正極層4を形成した。乾燥後の正極集電体2、接着層3、及び正極層4の総厚さは165μm前後であった。   Subsequently, the sheet | seat which consists of the positive electrode electrical power collector 2 and the contact bonding layer 3 was mounted in the desk screen printer, and the positive electrode layer coating liquid was applied on the sheet | seat using a 150 micrometer metal mask. Then, after drying the sheet | seat with which the positive electrode layer coating liquid was coated with a 40 degreeC hotplate for 10 minutes, it was vacuum-dried at 40 degreeC for 12 hours. Thereby, the positive electrode layer 4 was formed on the adhesive layer 3. The total thickness of the positive electrode current collector 2, the adhesive layer 3, and the positive electrode layer 4 after drying was around 165 μm.

[負極層の生成]
負極活物質としての黒鉛粉末(80℃で24時間真空乾燥したもの)と、第1の結着剤としての結着剤Aと、第2の結着剤としての結着剤Bと、96.5:0.5:3.0の質量%比で秤量した。そして、これらの材料と適量のNMPとを自転公転ミキサに投入し、3000rpmで3分撹拌した後、1分脱泡処理することで、負極層塗工液を作製した。
[Formation of negative electrode layer]
A graphite powder as a negative electrode active material (vacuum dried at 80 ° C. for 24 hours), a binder A as a first binder, and a binder B as a second binder; Weighed at a mass ratio of 5: 0.5: 3.0. Then, these materials and an appropriate amount of NMP were put into a rotation and revolution mixer, stirred at 3000 rpm for 3 minutes, and then defoamed for 1 minute to prepare a negative electrode layer coating solution.

次いで、負極集電体7として厚さ16μmの銅箔集電体を用意し、ブレードを用いて銅箔集電体上に負極層塗工液を塗工した。銅箔集電体上の負極層塗工液の厚さ(ギャップ)は150μm前後であった。   Next, a 16 μm-thick copper foil current collector was prepared as the negative electrode current collector 7, and the negative electrode layer coating solution was applied onto the copper foil current collector using a blade. The thickness (gap) of the negative electrode layer coating solution on the copper foil current collector was around 150 μm.

負極層塗工液が塗工されたシートを、80℃に加熱された乾燥機内に収納し、20分乾燥した。その後、負極集電体7及び負極層6からなるシートをロールギャップ10μmのロールプレス機を用いて圧延することで、負極構造体を生成した。負極構造体の厚さは100μm前後であった。さらに、圧延後のシートを100℃で12時間真空加熱を行った。   The sheet coated with the negative electrode layer coating solution was stored in a dryer heated to 80 ° C. and dried for 20 minutes. Then, the sheet | seat which consists of the negative electrode electrical power collector 7 and the negative electrode layer 6 was rolled using the roll press machine with a roll gap of 10 micrometers, and the negative electrode structure was produced | generated. The thickness of the negative electrode structure was about 100 μm. Further, the rolled sheet was subjected to vacuum heating at 100 ° C. for 12 hours.

[電解質層の生成]
硫化物系固体電解質としてのLiS−P(80:20モル%)非晶質粉末に、結着剤A(電解質結着剤)のキシレン溶液を+結着剤Aが非晶質粉末の質量に対して1質量%となるように添加することで、1次混合液を調整した。さらに、この1次混合液に、粘度調整のための脱水キシレンを適量添加することで、2次混合液を生成した。さらに、混合粉の分散性を向上させるために、直径5mmのジルコニアボールを、空間、混合粉、ジルコニアボールがそれぞれ混練容器の全容積に対して1/3ずつを占めるように2次混合液に投入した。これにより生成された3次混合液を遊星式ミキサに投入し、3000rpmで3分撹拌することで、電解質層塗工液を作製した。
[Creation of electrolyte layer]
Li 2 S—P 2 S 5 (80:20 mol%) amorphous powder as a sulfide-based solid electrolyte, xylene solution of binder A (electrolyte binder) + binder A is amorphous The primary mixed liquid was adjusted by adding so as to be 1% by mass with respect to the mass of the fine powder. Furthermore, a secondary mixed solution was generated by adding an appropriate amount of dehydrated xylene for viscosity adjustment to the primary mixed solution. Furthermore, in order to improve the dispersibility of the mixed powder, a zirconia ball having a diameter of 5 mm is changed into a secondary mixed solution so that the space, the mixed powder, and the zirconia ball each occupy 1/3 of the total volume of the kneading container. I put it in. The tertiary mixture produced in this manner was put into a planetary mixer and stirred at 3000 rpm for 3 minutes to prepare an electrolyte layer coating solution.

次いで、卓上スクリーン印刷機に負極構造体を載置し、200μmのメタルマスクを用いて電解質層塗工液を負極構造体上に塗工した。その後、電解質層塗工液が塗工されたシートを40℃のホットプレートで10分乾燥させた後、40℃で12時間真空乾燥させた。これにより、負極構造体上に電解質層5を形成した。乾燥後の電解質層5の厚さは130μm前後であった。   Next, the negative electrode structure was placed on a desktop screen printer, and an electrolyte layer coating solution was applied onto the negative electrode structure using a 200 μm metal mask. Thereafter, the sheet coated with the electrolyte layer coating solution was dried on a hot plate at 40 ° C. for 10 minutes and then vacuum dried at 40 ° C. for 12 hours. Thereby, the electrolyte layer 5 was formed on the negative electrode structure. The thickness of the electrolyte layer 5 after drying was around 130 μm.

[固体電池の生成]
負極構造体及び電解質層5からなるシート及び正極構造体をそれぞれトムソン刃で打ちぬき、シートの電解質層5と正極構造体の正極層4とを重ねてアルミニウムラミネートフィルムに入れ、真空機で脱気した後ヒートシールを行いパックした。その後、静水圧プレス機を用いて3MPa(水深300mの水圧に相当)60MPa(水深6000mの水圧に相当)、120MPa(水深12,000mの水圧に相当)で、10分間、加圧貼り合わせて、固体電池1の単セル(単電池)を作製し、それぞれを実施例1、実施例2、実施例3用単電池とした。また、比較例1として、上記でトムソン刃で打ち抜いた後に、シートの電解質層5と正極構造体の正極層4とをロールギャップ50μmのロールプレス機(1MPa加圧)を用いたドライラミネーション法により貼り合せた固体電池1の単電池を作製した。
[Production of solid battery]
The sheet consisting of the negative electrode structure and the electrolyte layer 5 and the positive electrode structure are respectively punched with a Thomson blade, and the electrolyte layer 5 of the sheet and the positive electrode layer 4 of the positive electrode structure are put on an aluminum laminate film and deaerated with a vacuum machine After that, it was heat sealed and packed. Then, using an isostatic press, the pressure was bonded at 3 MPa (corresponding to a water pressure of a water depth of 300 m), 60 MPa (corresponding to a water pressure of a water depth of 6000 m), 120 MPa (corresponding to a water pressure of a water depth of 12,000 m) for 10 minutes, A single cell (single cell) of the solid battery 1 was produced, and each was used as a single cell for Example 1, Example 2, and Example 3. Moreover, as a comparative example 1, after punching with the Thomson blade as described above, the sheet electrolyte layer 5 and the positive electrode layer 4 of the positive electrode structure are separated by a dry lamination method using a roll press machine (1 MPa pressure) with a roll gap of 50 μm. A unit cell of the solid battery 1 was prepared.

続いて、前記で得られた電池を図2の電池ケースに収納、密閉した後、これを静水圧2MPa(水深200mの水圧に相当)、50MPa(水深5000mの水圧に相当)、111MPa(世界最水深10911mマリアナ海溝の水圧に相当)の水圧で再び10分掛けて加圧した後に電池容器を開封し、収納されている単電池の概観を観察した結果を表1に示した。   Subsequently, the battery obtained above was housed and sealed in the battery case of FIG. 2, and then the hydrostatic pressure was 2 MPa (corresponding to a water pressure of a water depth of 200 m), 50 MPa (corresponding to a water pressure of a water depth of 5000 m), 111 MPa (the world's best). Table 1 shows the results of observing the appearance of the unit cell after opening the battery container after pressurizing again for 10 minutes with a water pressure of 10911 m (corresponding to the water pressure of the Mariana Trench).

表1から分かるように、単電池の成型時の印加圧力が高いほど、より水深が深い水圧に相当する圧力に耐えることが分かった。   As can be seen from Table 1, it was found that the higher the applied pressure at the time of molding the unit cell, the greater the water pressure withstands the pressure corresponding to the deep water pressure.

次に、静水圧と面密度との関係について検討した。静水圧を49MPa〜980MPaの範囲で変更し、加圧後の正極、負極、固体電解質の面密度を測定した。面密度は、夫々Φ10mmで打ち抜いて重量と厚みから測定した。測定結果を、図3〜図5に示す。図3は、正極において静水圧が980MPaである時の面密度を100とした時の面密度の割合を示し、図4は、負極において静水圧が980MPaである時の面密度を100とした時の面密度の割合を示し、図5は、固体電解質において静水圧が980MPaである時の面密度を100とした時の面密度の割合を示す。図3-5の結果から、既述の実施形態で説明したように、静水圧がほぼ100MpPa以上で正極等の面密度比が90%以上であり、高圧下での使用に耐え相応の値の電地性能が期待できる固体電池を提供することができる。   Next, the relationship between hydrostatic pressure and surface density was examined. The hydrostatic pressure was changed in the range of 49 MPa to 980 MPa, and the surface density of the positive electrode, negative electrode, and solid electrolyte after pressurization was measured. The areal density was measured from weight and thickness by punching each with φ10 mm. The measurement results are shown in FIGS. FIG. 3 shows the ratio of the surface density when the surface density is 100 when the hydrostatic pressure is 980 MPa in the positive electrode, and FIG. 4 shows the surface density when the surface density is 100 when the hydrostatic pressure is 980 MPa in the negative electrode. FIG. 5 shows the ratio of the surface density when the surface density is 100 when the hydrostatic pressure is 980 MPa in the solid electrolyte. From the results of FIGS. 3-5, as explained in the above-described embodiment, the hydrostatic pressure is approximately 100 MpPa or more and the surface density ratio of the positive electrode or the like is 90% or more. It is possible to provide a solid state battery that can be expected to have electric ground performance.

次に、図3-5の静水圧で夫々プレスされた固体電池について、10サイクル後の容量維持率と10サイクル後のインピーダンス(Ω)とを測定した。前者では、25℃の高温槽にて0.5mA/cmの電流密にて4V−2.5V間で充放電を行った。1サイクル目の放電容量を100%として10サイクル目の放電容量を割合で求めた。後者では、25℃の高温槽にて0.5mA/cmの電流密にて4V−2.5V間で充放電を行い,10サイクル目の充電状態にて測定を行った。図3-5の静水圧でプレスされた固体電池の夫々についての測定結果は下記の表2に示すとおりである。この結果から、静水圧が294MPa以上でプレスされた固体電池(好ましくは、静水圧が100MPa以上でプレスされた固体電池)のサイクル特性が優れ、かつ、低抵抗であることが分かった。 Next, the capacity retention rate after 10 cycles and the impedance (Ω) after 10 cycles were measured for the solid batteries respectively pressed at the hydrostatic pressure of FIG. 3-5. In the former, charging / discharging was performed between 4 V and 2.5 V with a current density of 0.5 mA / cm 2 in a high temperature bath at 25 ° C. The discharge capacity at the 10th cycle was determined as a percentage with the discharge capacity at the 1st cycle as 100%. In the latter, charging / discharging was performed between 4 V and 2.5 V with a current density of 0.5 mA / cm 2 in a high-temperature bath at 25 ° C., and measurement was performed in a charged state at the 10th cycle. The measurement results for each of the solid state batteries pressed at the hydrostatic pressure in FIG. 3-5 are as shown in Table 2 below. From this result, it was found that a solid battery pressed at a hydrostatic pressure of 294 MPa or more (preferably a solid battery pressed at a hydrostatic pressure of 100 MPa or more) has excellent cycle characteristics and low resistance.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものである。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes and modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, these also belong to the technical scope of the present invention.

1 固体電池
2 正極集電体
3 接着層
4 正極層
5 電解質層
6 負極層
7 負極集電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid battery 2 Positive electrode collector 3 Adhesive layer 4 Positive electrode layer 5 Electrolyte layer 6 Negative electrode layer 7 Negative electrode collector

Claims (4)

正極活物質を含む正極層と、負極活物質を含む負極層と、前記正極層と前記負極層間に設けられた固体電解質層と、が静水圧によって圧密化されて接合された発電要素が可撓性容器の中に収容されていることを特徴とする全固体電池。   A power generation element in which a positive electrode layer containing a positive electrode active material, a negative electrode layer containing a negative electrode active material, and a solid electrolyte layer provided between the positive electrode layer and the negative electrode layer are consolidated by hydrostatic pressure and joined is flexible. All-solid-state battery characterized by being housed in a conductive container. 前記静水圧が、使用圧力環境よりも高いことを特徴とする請求項1記載の全固体電池。   The all-solid-state battery according to claim 1, wherein the hydrostatic pressure is higher than an operating pressure environment. 前記電池の使用圧力環境が大気圧を超える請求項1又は2記載の全固体電池。   The all-solid-state battery of Claim 1 or 2 with which the use pressure environment of the said battery exceeds atmospheric pressure. 前記静水圧が100MPa以上である請求項1乃至3の何れか1項記載の全固体電池。   The all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the hydrostatic pressure is 100 MPa or more.
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