JP2015065046A - 全固体電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】全固体電池積層体100を構成する層の未焼成体を作製し、未焼成体を積層して積層体を形成し、積層体を焼成する。未焼成体を作製する工程において、全固体電池積層体100を構成する少なくとも一つの層の未焼成体に、鉄、ニッケル、銅、および、銀からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属を金属状態で含ませる。積層体を焼成する工程において、上記の金属が金属状態を維持するように積層体を焼成する。
【選択図】図1
Description
<正極主材の調製>
正極活物質材料であるLi3V2(PO4)3の組成を有するナシコン型構造の結晶相を有する粉末と、固体電解質材料であるLi1.2Al0.2Ti1.8(PO4)3の組成を有するガラス粉末と、電子導電材としての炭素粉末とを、45:45:10の重量比率で混合した粉末を主材として用いた。
Li1.2Al0.2Ti1.8(PO4)3の組成を有するガラス粉末を主材として用いた。
Li1.4Al0.4Ge1.6(PO4)3の組成を有するガラス粉末を主材として用いた。
負極活物質材料である単斜晶の五酸化ニオブ(Nb2O5)の結晶相を有する粉末と、固体電解質材料であるLi1.4Al0.4Ge1.6(PO4)3の組成を有するガラス粉末と、電子導電材としての炭素粉末とを、45:45:10の重量比率で混合した粉末を主材として用いた。
導電材としての炭素粉末を主材として用いた。
上記で調製された各主材と、ポリビニルアセタール樹脂と、アルコールとを、85:15:140の質量比率で混合して、正極スラリー、正極側固体電解質スラリー、負極側固体電解質スラリー、負極スラリー、集電体スラリーを作製した。
次に、負極側固体電解質層の未焼成体であるグリーンシートに、各種金属粉末を含ませてグリーンシートを焼成することによって負極側固体電解質層を作製して、樹脂の除去が促進される効果を確認した。
上記で作製された5種類の負極側固体電解質層グリーンシートを所定の雰囲気中で焼成することによって、添加された金属が金属状態を維持することを確認した。
正極層、正極側固体電解質層、負極側固体電解質層、負極層、または、集電層のいずれかの未焼成体であるグリーンシートに、以下の表1に示すように各種金属粉を所定の含有量で含ませて、グリーンシートの積層体を焼成することによって全固体電池を作製して、樹脂の除去促進効果を検証した一例について説明する。以下、金属粉を含むグリーンシートを焼成して作製した全固体電池の実施例101〜110と、金属粉を含まないグリーンシートを焼成して作製した全固体電池の比較例101について説明する。
上記で作製された各スラリーを厚みが10μmになるようにシート成形し、さらに、25mm×15mmの平面寸法になるように切断して、正極層シート、正極側固体電解質層シート、負極側固体電解質層シート、負極層シート、および、集電層シートを作製した。
以上のようにして得られた各シートを用いて、集電層シートを1枚、正極層シートを5枚、正極側固体電解質層シートを1枚、負極側固体電解質層シートを1枚、負極層シートを3枚、集電層シートを1枚の順で積層することによって、実施例101〜110、比較例101の全固体電池の各積層体を作製した。各積層体をさらに10mm×10mmの平面寸法になるように切断した。その後、各積層体を2枚の多孔性セラミックス板で挟んだ状態で、未焼成体からポリビニルアセタール樹脂を除去するために表1に示す雰囲気中にて500℃の温度で2時間焼成した後、表1に示す雰囲気中にて900℃の温度で2時間焼成することにより、焼成体として実施例101〜110、比較例101の全固体電池積層体を作製した。
以上のようにして得られた実施例101〜110と比較例101の全固体電池を、25℃の温度に保持した恒温槽に入れ、正極活物質材料の重量に対して約0.05Cの電流に相当する25μAの電流で3.25Vの電圧まで充電し、3.25Vの電圧で5時間保持した後に、3時間休止し、25μAの電流で0Vの電圧まで放電した後に、3時間休止した。このサイクルを3サイクル実施して得られた3サイクル目の放電容量を表1に示す。
上記の実施例103で作製したグリーンシートの積層体を、以下の表2で示す種々の雰囲気中で焼成することによって全固体電池を作製して、樹脂の除去促進効果を検証した一例について説明する。
上記の実施例103で作製したグリーンシートの積層体を2枚の多孔性セラミックス板で挟んだ状態で、未焼成体からポリビニルアセタール樹脂を除去するために表2に示す雰囲気中にて500℃の温度で2時間焼成した後、表2に示す雰囲気中にて900℃の温度で2時間焼成することにより、焼成体として実施例201〜207、比較例201、202の全固体電池積層体を作製した。なお、表2には、900℃の温度で2時間保持したときの酸素濃度をジルコニア酸素濃度計で測定した値も示す。
以上のようにして得られた実施例201〜207と比較例201、202の全固体電池について、上記の実施例Aと同様にして充放電を実施して得られた3サイクル目の放電容量を表2に示す。
Claims (9)
- 全固体電池を構成する層の未焼成体を作製する未焼成体作製工程と、
前記未焼成体を積層して積層体を形成する積層体形成工程と、
前記積層体を焼成する焼成工程と、を備え、
前記未焼成体作製工程において、全固体電池を構成する少なくとも一つの層の未焼成体に、鉄、ニッケル、銅、および、銀からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属を金属状態で含ませ、
前記焼成工程において、前記金属が金属状態を維持するように前記積層体を焼成する、全固体電池の製造方法。 - 前記未焼成体作製工程において、前記未焼成体を構成する材料に対して前記金属を0.1重量%以上10重量%以下含ませる、請求項1に記載の全固体電池の製造方法。
- 前記焼成工程は、500℃以下の温度においては酸素ガス濃度が0.1体積%以下の雰囲気中で行われ、500℃を超える温度においては酸素ガス濃度が7.8×10-11ppm以上2.0×10-2ppm以下の雰囲気中で行われる、請求項1または請求項2に記載の全固体電池の製造方法。
- 前記焼成工程は、少なくとも500℃以上の温度においては水蒸気を含む雰囲気中で行われる、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の全固体電池の製造方法。
- 前記未焼成体は、グリーンシートまたは印刷層の形態を有する、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の全固体電池の製造方法。
- 前記電極層に含まれる固体電解質材料と、前記固体電解質層に含まれる固体電解質材料とが、リチウム含有リン酸化合物を含む、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の全固体電池の製造方法。
- 前記固体電解質材料が、ナシコン型構造を有するリチウム含有リン酸化合物を含む、請求項6に記載の全固体電池の製造方法。
- 請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の製造方法によって製造された全固体電池。
- 焼成された積層体を備えた全固体電池であって、
前記積層体が、鉄、ニッケル、銅、および、銀からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属を金属状態で含む、全固体電池。
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