JP2015216077A - Method for manufacturing all-solid battery - Google Patents

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曜 辻子
道行 井出
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道行 井出
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a sulfide-based all-solid battery, by which the short circuit between current collectors can be suppressed further in comparison to a conventional manner, without the need for an additional member.SOLUTION: A method for manufacturing an all-solid battery comprises the steps of: (A)preparing, in a first atmosphere, an electrode body including a positive electrode layer, a negative electrode layer, a solid electrolytic layer disposed between the positive and negative electrode layers and including a sulfide-based solid electrolyte, a positive electrode current collector disposed in contact with the positive electrode layer, and a negative electrode current collector disposed in contact with the negative electrode layer. At least one of the positive and negative electrode current collectors is composed of a copper current collector, and the positive and negative electrode current collectors each have an uncoated portion; (B)putting the electrode body in a container which can be sealed hermetically; (C)making an atmosphere in the container a second atmosphere having a dew point temperature higher than the first atmosphere; and (D)sealing the container hermetically. In the all-solid battery, the sulfide-based solid electrolyte is reacted with moisture in the second atmosphere to generate hydrogen sulfide; and the hydrogen sulfide is reacted with the uncoated portion of the copper current collector to sulfuret at least a part of the surface of the uncoated portion of the copper current collector, thereby producing copper sulfide.

Description

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

近年、二次電池は、パソコン、ビデオカメラ、及び携帯電話等の電源として、あるいは自動車や電力貯蔵用の電源として、なくてはならない重要な構成要素となってきている。   In recent years, a secondary battery has become an indispensable component as a power source for personal computers, video cameras, mobile phones, and the like, or as a power source for automobiles and power storage.

二次電池の中でも特にリチウムイオン二次電池は、他の二次電池よりも容量密度が高く、高電圧での動作が可能という特徴を有している。そのため、小型軽量化を図りやすい二次電池として情報関連機器や通信機器に使用されており、近年、低公害車としての電気自動車やハイブリッド自動車用の高出力且つ高容量のリチウムイオン二次電池の開発が進められている。   Among secondary batteries, a lithium ion secondary battery has a feature that it has a higher capacity density than other secondary batteries and can operate at a high voltage. Therefore, it is used in information-related equipment and communication equipment as secondary batteries that are easy to reduce in size and weight. In recent years, high-output and high-capacity lithium-ion secondary batteries for electric vehicles and hybrid vehicles as low-pollution vehicles have been used. Development is underway.

リチウムイオン二次電池またはリチウム二次電池には、正極層及び負極層と、これらの間に配置されるリチウム塩を含む電解質とが備えられ、電解質は、非水系の液体又は固体によって構成される。電解質に非水系の液体電解質が用いられる場合には、電解液が正極層の内部へと浸透するため、正極層を構成する正極活物質と電解質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、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止等の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。これに対し、液体電解質を固体電解質に変えて、電池を全固体化した全固体電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられており、開発が進められている。   A lithium ion secondary battery or a lithium secondary battery includes a positive electrode layer and a negative electrode layer, and an electrolyte containing a lithium salt disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and the electrolyte is constituted by a non-aqueous liquid or solid. . When a non-aqueous liquid electrolyte is used for the electrolyte, the electrolyte solution penetrates into the positive electrode layer, so that an interface between the positive electrode active material constituting the positive electrode layer and the electrolyte is easily formed, and performance is easily improved. . However, since widely used electrolytes are flammable, it is necessary to install a system for ensuring safety such as attachment of a safety device that suppresses temperature rise at the time of short circuit and prevention of short circuit. In contrast, an all-solid battery in which the liquid electrolyte is changed to a solid electrolyte to make the battery all solid does not use a flammable organic solvent in the battery, so the safety device can be simplified, and manufacturing costs and productivity can be reduced. It is considered excellent and is being developed.

全固体電池として、リチウムイオン伝導性が高い硫化物系固体電解質を用いた全固体電池が検討されている(特許文献1)。   As an all-solid battery, an all-solid battery using a sulfide-based solid electrolyte having high lithium ion conductivity has been studied (Patent Document 1).

特開2011−154902号公報JP 2011-154902 A

従来、特許文献1に記載されるような全固体電池を作製する場合、集電部は、集電体を束ねる、折り曲げる等の複雑な構造を有するため、通常、正極集電体と負極集電体との接触による短絡を抑制するために、集電体の未被覆部に絶縁処理が施される。   Conventionally, when producing an all-solid-state battery as described in Patent Document 1, a current collector has a complicated structure such as bundling or bending a current collector. In order to suppress a short circuit due to contact with the body, the uncovered portion of the current collector is subjected to insulation treatment.

従来行われている絶縁処理の方法としては、集電体の未被覆部に絶縁テープを貼ることや、樹脂コーティングを行うことなど、絶縁部材を配置する方法が挙げられる。しかしながら、絶縁テープを用いる場合は絶縁テープを貼り付ける位置がずれることがあり、樹脂コーティングを用いる場合もコーティング位置がずれることがある。このように、絶縁部材の配置位置がずれると、集電体の未被覆部が露出して、短絡が発生するおそれがある。また、短絡を抑制するために別部材が必要であり、コストや工数が増加する課題があった。   As a conventional insulating treatment method, there is a method of disposing an insulating member such as attaching an insulating tape to an uncoated portion of a current collector or performing resin coating. However, when the insulating tape is used, the position where the insulating tape is applied may be shifted, and when the resin coating is used, the coating position may be shifted. Thus, when the arrangement position of the insulating member is deviated, the uncovered portion of the current collector is exposed, and there is a possibility that a short circuit occurs. Moreover, in order to suppress a short circuit, another member was required and there existed the subject which cost and a man-hour increase.

したがって、別部材を要せずに、集電体間の短絡を従来よりも抑制することができる硫化物系全固体電池の製造方法が望まれている。   Therefore, there is a demand for a method for producing a sulfide-based all-solid-state battery that can suppress a short circuit between current collectors as compared with the related art without requiring a separate member.

本発明は、全固体電池の製造方法であって、
(A)第1雰囲気中で、正極層、負極層、正極層及び負極層の間に配置される硫化物系固体電解質を含む固体電解質層、正極層に接して配置される正極集電体、並びに負極層に接して配置される負極集電体を含む電極体を作製する工程であって、
正極集電体及び負極集電体のうち少なくとも一方が銅製集電体であり、並びに
正極集電体及び負極集電体が未被覆部を有する、工程、
(B)電極体を、密封可能な容器に入れる工程、
(C)容器内を第1雰囲気よりも高い露点温度を有する第2雰囲気にする工程、並びに
(D)容器を密封する工程、
を含み、
硫化物系固体電解質と第2雰囲気中の水分とを反応させて硫化水素を発生させ、硫化水素と銅製集電体の未被覆部とを反応させて、銅製集電体の未被覆部の表面の少なくとも一部を硫化して硫化銅を生成する、
全固体電池の製造方法である。
The present invention is an all-solid battery manufacturing method,
(A) In a first atmosphere, a positive electrode layer, a negative electrode layer, a solid electrolyte layer including a sulfide-based solid electrolyte disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, a positive electrode current collector disposed in contact with the positive electrode layer, And an electrode body including a negative electrode current collector disposed in contact with the negative electrode layer,
At least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is a copper current collector, and the positive electrode current collector and the negative electrode current collector have an uncoated portion,
(B) placing the electrode body in a sealable container;
(C) The process which makes the inside of a container the 2nd atmosphere which has a dew point temperature higher than a 1st atmosphere, and (D) The process of sealing a container,
Including
Surface of the uncovered portion of the copper current collector by reacting the sulfide-based solid electrolyte with moisture in the second atmosphere to generate hydrogen sulfide, and reacting the hydrogen sulfide with the uncovered portion of the copper current collector At least a portion of
It is a manufacturing method of an all-solid-state battery.

本発明によれば、別部材を要せずに、集電体間の短絡を従来よりも抑制することができる硫化物系全固体電池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 manufacturing method of the sulfide type all-solid-state battery which can suppress the short circuit between collectors conventionally can be provided, without requiring another member.

図1は、複数の電極体を積層した全固体電池の断面模式図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an all-solid battery in which a plurality of electrode bodies are stacked. 図2は、正極集電体及び負極集電体のそれぞれの未被覆部を引き出した電極体の上面模式図である。FIG. 2 is a schematic top view of an electrode body in which uncovered portions of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are drawn out. 図3は、タブリードを接続した未被覆部を有する電極体の上面模式図である。FIG. 3 is a schematic top view of an electrode body having an uncoated portion to which a tab lead is connected. 図4は、複数の電極体を積層した全固体電池の断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an all-solid battery in which a plurality of electrode bodies are stacked. 図5は、タブリードの取り付け予定箇所を、硫化水素に対して耐腐食性のカバーで被覆した未被覆部を有する電極体の上面模式図である。FIG. 5 is a schematic top view of an electrode body having an uncoated portion in which a portion where a tab lead is to be attached is covered with a cover that is resistant to hydrogen sulfide. 図6は、正極集電体、正極層、固体電解質層、負極層、及び負極集電体を積層した積層体の斜視模式図である。FIG. 6 is a schematic perspective view of a laminate in which a positive electrode current collector, a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode layer, and a negative electrode current collector are laminated. 図7は、積層体をプレス成型した後の電極体の斜視模式図である。FIG. 7 is a schematic perspective view of the electrode body after the laminated body is press-molded. 図8は、成型板を用いて、電極体の外部に引き出した負極集電体を成型する態様を表した断面模式図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an aspect in which a negative electrode current collector drawn out of the electrode body is molded using a molded plate. 図9は、集電体にタブリードを取り付けた電極体の斜視模式図である。FIG. 9 is a schematic perspective view of an electrode body in which a tab lead is attached to a current collector. 図10は、電極体をラミネートの中に配置する態様を表した模式図である。FIG. 10 is a schematic view showing an aspect in which the electrode body is disposed in the laminate. 図11は、未被覆部が窺える位置を残してラミネートをヒートシールした後、ヒートシールを残した箇所から第2雰囲気のガスを注入して、ラミネートの内部の雰囲気を第2雰囲気にする態様を表した模式図である。FIG. 11 shows a mode in which after the laminate is heat-sealed leaving the position where the uncovered portion can be held, the gas in the second atmosphere is injected from the place where the heat-sealing is left, and the atmosphere inside the laminate is changed to the second atmosphere. FIG. 図12は、ラミネート内に密封した電極体の模式図である。FIG. 12 is a schematic view of an electrode body sealed in a laminate. 図13は、銅製集電体表面の断面模式図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the surface of a copper current collector. 図14は、銅製集電体表面の凹凸部分の断面模式図である。FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of an uneven portion on the surface of a copper current collector. 図15は、銅製集電体の未被覆部の表面の一部に硫化銅生成部分を有する電極体の上面模式図である。FIG. 15 is a schematic top view of an electrode body having a copper sulfide generation portion on a part of the surface of the uncovered portion of the copper current collector. 図16は、図15に示す銅製集電体の未被覆部を抜き出したものの斜視模式図である。FIG. 16 is a schematic perspective view of an uncovered portion of the copper current collector shown in FIG. 図17は、図16の銅製集電体の断面模式図である。FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of the copper current collector of FIG. 図18は、硫化銅の生成厚み(片面)と銅製集電体の体積抵抗率の関係を表すグラフである。FIG. 18 is a graph showing the relationship between the generated thickness (one side) of copper sulfide and the volume resistivity of the copper current collector. 図19は、硫化銅の生成厚み(片面)と銅製集電体の表面抵抗率の関係を表すグラフである。FIG. 19 is a graph showing the relationship between the generated thickness (one side) of copper sulfide and the surface resistivity of the copper current collector.

本発明は全固体電池の製造方法を対象としており、全固体電池には、1つまたは複数の電極体が含まれる。図1は、複数の電極体10を積層した全固体電池100の断面模式図である。図1に示すように、正極層1、負極層2、固体電解質層3、正極集電体4、及び負極集電体5を含む電極体10を1つ以上積層し、全固体電池100を作製することができる。正極集電体4及び負極集電体5は、電極体10の外部に引き出される。図1においては、負極集電体5が電極体10の外部に引き出された状態を例示している。正極集電体4も同様に電極体10の外部に引き出されるが、図1では省略している。   The present invention is directed to a method for manufacturing an all-solid battery, and the all-solid battery includes one or more electrode bodies. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an all-solid battery 100 in which a plurality of electrode bodies 10 are stacked. As shown in FIG. 1, one or more electrode bodies 10 including a positive electrode layer 1, a negative electrode layer 2, a solid electrolyte layer 3, a positive electrode current collector 4, and a negative electrode current collector 5 are laminated to produce an all-solid battery 100. can do. The positive electrode current collector 4 and the negative electrode current collector 5 are drawn out of the electrode body 10. FIG. 1 illustrates a state where the negative electrode current collector 5 is drawn out of the electrode body 10. Similarly, the positive electrode current collector 4 is drawn out of the electrode body 10, but is omitted in FIG.

図1において、電極体10から引き出された正極集電体4及び負極集電体5のうち、表面に何も被覆されておらず集電体の表面が露出している部分を、未被覆部6という。上記のように、従来、正極集電体4及び負極集電体5の間の短絡を防止するために、未被覆部6に絶縁テープを貼ることや、樹脂コーティングを行うことなど、未被覆部6の表面に絶縁部材を配置する方法が用いられているが、絶縁部材の配置位置がずれることにより依然として短絡が発生するおそれがあり、また、絶縁のための別部材が必要であり、コストや工数が増加するという課題があった。   In FIG. 1, of the positive electrode current collector 4 and the negative electrode current collector 5 drawn from the electrode body 10, a portion where the surface is not covered and the surface of the current collector is exposed is an uncoated portion. It is called 6. As described above, conventionally, in order to prevent a short circuit between the positive electrode current collector 4 and the negative electrode current collector 5, an uncoated portion such as applying an insulating tape to the uncoated portion 6 or applying a resin coating, etc. Although the method of arranging the insulating member on the surface of 6 is used, there is a possibility that a short circuit may still occur due to the displacement of the arrangement position of the insulating member. There was a problem that man-hours increased.

このような課題に対して本発明者は鋭意研究を行い、硫化物系固体電解質を含む全固体電池の製造方法であって、正極集電体及び負極集電体のうち少なくとも一方に銅製集電体を用い、硫化物系固体電解質と雰囲気中の水分との反応を利用して硫化水素ガスを発生させ、銅製集電体の未被覆部と硫化水素ガスとを反応させて、未被覆部の表面の少なくとも一部を硫化して硫化銅を生成することを含む、製造方法を見出した。硫化銅は、銅に比べ抵抗値が高く、これを銅製集電体の表面に生成させることで、他方の集電体と接触した場合に短絡を起きにくくさせることができる。   The present inventor has intensively studied to solve such a problem, and is a method for producing an all-solid battery including a sulfide-based solid electrolyte, wherein a copper current collector is provided on at least one of a positive electrode current collector and a negative electrode current collector. The hydrogen sulfide gas is generated by utilizing the reaction between the sulfide-based solid electrolyte and the moisture in the atmosphere, and the uncovered portion of the copper current collector is reacted with the hydrogen sulfide gas. A manufacturing method has been found that includes sulfiding at least a portion of the surface to produce copper sulfide. Copper sulfide has a higher resistance value than copper, and when this is generated on the surface of a copper current collector, short-circuiting can be prevented when it comes into contact with the other current collector.

本発明によれば、絶縁テープや樹脂コーティングといった短絡防止のための別部材を配置することを必要としないので、短絡防止部材の配置位置ずれの問題を排除することができ、従来よりも短絡を抑制することが可能となる。また、本発明は、絶縁テープや樹脂コーティングといった短絡防止部材を必要としないので、従来よりも、コストや工数を低減することができる。   According to the present invention, it is not necessary to arrange another member for preventing a short circuit such as an insulating tape or a resin coating. It becomes possible to suppress. Moreover, since this invention does not require short-circuit prevention members, such as an insulating tape and resin coating, cost and a man-hour can be reduced rather than before.

本発明においては、銅製集電体の表面層のみを絶縁性向上層とし、銅製集電体の内部層は硫化水素の影響が小さく銅製集電体の導電率を実質的に維持することができるので、全固体電池の性能に大きな影響を及ぼさずに、銅製集電体表面の絶縁性を向上することができる。   In the present invention, only the surface layer of the copper current collector is an insulating improvement layer, and the inner layer of the copper current collector is less affected by hydrogen sulfide and can substantially maintain the conductivity of the copper current collector. Therefore, the insulation property of the surface of the copper current collector can be improved without greatly affecting the performance of the all solid state battery.

例えば、負極集電体として銅製集電体を用いる場合、銅製集電体の未被覆部を硫化銅とすることによって、負極集電体が、正極集電体と仮に接触しても、短絡を従来よりも抑制することができる。また、負極集電体として銅製集電体を用いる場合、負極集電体が、正極層と仮に接触しても、短絡を従来よりも抑制することができる。   For example, when using a copper current collector as the negative electrode current collector, the uncovered portion of the copper current collector is made of copper sulfide, so that even if the negative electrode current collector is in contact with the positive electrode current collector, a short circuit is caused. It can suppress more than before. Further, when a copper current collector is used as the negative electrode current collector, even if the negative electrode current collector is in contact with the positive electrode layer, a short circuit can be suppressed as compared with the conventional case.

正極集電体として銅製集電体を用いる場合も、同様に、正極集電体が、負極集電体または負極層と仮に接触しても、短絡を従来よりも抑制することができる。   Similarly, when a copper current collector is used as the positive electrode current collector, the short circuit can be suppressed more than ever even if the positive electrode current collector is in contact with the negative electrode current collector or the negative electrode layer.

硫化水素は、全固体電池に含まれる硫化物系固体電解質と電極体周囲の雰囲気中の水分との反応により発生して供給される。発生する硫化水素と未被覆部の銅との反応により、未被覆部の表面の少なくとも一部に硫化銅を生成し、絶縁性向上層を形成することができる。発生する硫化水素はガスであるため、拡散によって銅製集電体の未被覆部の表面に実質的に均一に供給することができる。また、発生する硫化水素は、固体電解質層の近傍、すなわち集電体の未被覆部の近傍で発生するため、未被覆部に容易に供給することができる。以下、本発明に係る製造方法に含まれる工程について説明する。   Hydrogen sulfide is generated and supplied by the reaction between the sulfide solid electrolyte contained in the all-solid battery and the moisture in the atmosphere around the electrode body. By the reaction between the generated hydrogen sulfide and copper in the uncovered portion, copper sulfide can be generated on at least a part of the surface of the uncovered portion, and an insulating improvement layer can be formed. Since the generated hydrogen sulfide is a gas, it can be supplied substantially uniformly to the surface of the uncoated portion of the copper current collector by diffusion. Moreover, since the generated hydrogen sulfide is generated in the vicinity of the solid electrolyte layer, that is, in the vicinity of the uncoated portion of the current collector, it can be easily supplied to the uncoated portion. Hereinafter, steps included in the manufacturing method according to the present invention will be described.

工程(A)
本発明に係る製造方法は、電極体を作製する工程(A)を含む。工程(A)においては、第1雰囲気中で、正極層、負極層、正極層及び負極層の間に配置される硫化物系固体電解質を含む固体電解質層、正極層に接して配置される正極集電体、並びに負極層に接して配置される負極集電体を含む電極体を作製する。
Process (A)
The manufacturing method according to the present invention includes a step (A) of producing an electrode body. In the step (A), in the first atmosphere, a positive electrode layer, a negative electrode layer, a solid electrolyte layer including a sulfide-based solid electrolyte disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, a positive electrode disposed in contact with the positive electrode layer An electrode body including a current collector and a negative electrode current collector disposed in contact with the negative electrode layer is manufactured.

第1雰囲気は、電極体の作製中に硫化物系固体電解質が実質的に劣化しない露点を有すればよく、好ましくは−60℃以下、より好ましくは−70℃以下、さらに好ましくは−80℃以下の露点温度を有する。   The first atmosphere only needs to have a dew point at which the sulfide-based solid electrolyte does not substantially deteriorate during the production of the electrode body, preferably −60 ° C. or less, more preferably −70 ° C. or less, and further preferably −80 ° C. It has the following dew point temperature.

工程(A)で作製される電極体は、必要とする電池の特性等に応じて、例えば1〜3000cm2、10〜1000cm2等の任意の面積となる外形寸法、及び20〜2500μm、50〜300μm等の任意の厚みを有することができる。 The electrode body produced in the step (A) has an outer dimension of an arbitrary area such as 1 to 3000 cm 2 and 10 to 1000 cm 2 , and 20 to 2500 μm and 50 to 50 to, for example, depending on required battery characteristics. It can have any thickness such as 300 μm.

電極体は、従来用いられている方法と同様の方法で作製することができ、正極層、負極層、正極層及び負極層の間に配置される硫化物系固体電解質を含む固体電解質層、正極層に接して配置される正極集電体、並びに負極層に接して配置される負極集電体を含む限り、全固体電池として機能し得る任意の構造を有することができる。図1は、電極体10の一例を示す断面模式図を示す。   The electrode body can be manufactured by a method similar to a conventionally used method, and includes a positive electrode layer, a negative electrode layer, a solid electrolyte layer including a sulfide-based solid electrolyte disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, a positive electrode As long as the positive electrode current collector disposed in contact with the layer and the negative electrode current collector disposed in contact with the negative electrode layer are included, the structure can have any structure that can function as an all-solid battery. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the electrode body 10.

図1に例示するように、電極体10は、正極層1、負極層2、及びこれらの間に配置される固体電解質層3を含むことができる。正極層1には正極集電体4が電気的に接続され、負極層2には負極集電体5が電気的に接続される。   As illustrated in FIG. 1, the electrode body 10 can include a positive electrode layer 1, a negative electrode layer 2, and a solid electrolyte layer 3 disposed therebetween. A positive electrode current collector 4 is electrically connected to the positive electrode layer 1, and a negative electrode current collector 5 is electrically connected to the negative electrode layer 2.

固体電解質層3には硫化物系固体電解質が含まれる。硫化物系固体電解質の材料としては、全固体電池の硫化物系固体電解質として利用可能な材料を用いることができる。例えば、Li2S−SiS2、LiI−Li2S−SiS2、LiI−Li2S−P25、LiI−Li2S−B23、Li3PO4−Li2S−Si2S、Li3PO4−Li2S−SiS2、LiPO4−Li2S−SiS、LiI−Li2S−P25、LiI−Li3PO4−P25、またはLi2S−P25等の硫化物系固体電解質を用いることができる。また、非晶質の硫化物系固体電解質を熱処理して得られるガラスセラミックスを、固体電解質として用いることもできる。 The solid electrolyte layer 3 contains a sulfide-based solid electrolyte. As a material for the sulfide-based solid electrolyte, a material that can be used as a sulfide-based solid electrolyte for an all-solid battery can be used. For example, Li 2 S—SiS 2 , LiI—Li 2 S—SiS 2 , LiI—Li 2 S—P 2 S 5 , LiI—Li 2 S—B 2 S 3 , Li 3 PO 4 —Li 2 S—Si 2 S, Li 3 PO 4 —Li 2 S—SiS 2 , LiPO 4 —Li 2 S—SiS, LiI—Li 2 S—P 2 O 5 , LiI—Li 3 PO 4 —P 2 S 5 , or Li 2 A sulfide-based solid electrolyte such as S—P 2 S 5 can be used. Moreover, glass ceramics obtained by heat-treating an amorphous sulfide-based solid electrolyte can also be used as the solid electrolyte.

正極層1及び負極層2はそれぞれ電極活物質を含み、電極活物質として、全固体電池の電極活物質として利用可能な材料を用いることができる。活物質材料として、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn24)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/32、Li1+xMn2-x-yy4(Mは、Al、Mg、Co、Fe、Ni、及びZnから選ばれる1種以上の金属元素)で表される組成の異種元素置換Li−Mnスピネル、チタン酸リチウム(LixTiOy)、リン酸金属リチウム(LiMPO4、MはFe、Mn、Co、またはNi)、酸化バナジウム(V25)及び酸化モリブデン(MoO3)等の遷移金属酸化物、硫化チタン(TiS2)、グラファイト及びハードカーボン等の炭素材料、リチウムコバルト窒化物(LiCoN)、リチウムシリコン酸化物(LixSiyz)、リチウム金属(Li)、リチウム合金(LiM、Mは、Sn、Si、Al、Ge、Sb、またはP)、リチウム貯蔵性金属間化合物(MgxMまたはNySb、MはSn、Ge、またはSb、NはIn、Cu、またはMn)等、並びにこれらの誘導体が挙げられる。 Each of the positive electrode layer 1 and the negative electrode layer 2 contains an electrode active material, and a material that can be used as an electrode active material of an all-solid battery can be used as the electrode active material. Examples of the active material include lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li 1 + x Mn 2-xy M y O 4 (M is, Al, Mg, Co, Fe, Ni, and one or more metal elements selected from Zn) different element substituted Li-Mn spinel composition represented by, Transition metal oxidation such as lithium titanate (Li x TiO y ), lithium metal phosphate (LiMPO 4 , M is Fe, Mn, Co, or Ni), vanadium oxide (V 2 O 5 ), and molybdenum oxide (MoO 3 ) things, titanium sulfide (TiS 2), carbon materials such as graphite and hard carbon, lithium-cobalt nitride (LiCoN), lithium silicon oxide (Li x Si y O z) , lithium metal (L ), Lithium alloy (LiM, M is, Sn, Si, Al, Ge, Sb, or P), lithium storage intermetallic compound (Mg x M or NySb, M is Sn, Ge or Sb, N is an In,,, Cu, or Mn) and the like, and derivatives thereof.

本発明において、正極活物質と負極活物質には明確な区別はなく、2種類の充放電電位を比較して、充放電電位が貴な電位を示すものを正極に、卑な電位を示すものを負極に用いて、任意の電圧の電池を構成することができる。   In the present invention, there is no clear distinction between the positive electrode active material and the negative electrode active material, and the two types of charge / discharge potentials are compared. Can be used as a negative electrode to form a battery having an arbitrary voltage.

正極層1及び負極層2の少なくとも一方に硫化物系固体電解質を含有させてもよい。正極層1及び負極層2の少なくとも一方に硫化物系固体電解質を含有させる場合、固体電解質層に含まれる硫化物系固体電解質として挙げた材料を用いることができ、好ましくは、固体電解質層に含まれる硫化物系固体電解質と同じものを用いることができる。電極活物質と固体電解質との混合比率は、特に限定されないが、例えば、電極活物質:固体電解質の体積比率を20:80〜90:10、または40:60〜70:30にすることができる。正極層1及び負極層2のいずれかまたは両方の電極層に硫化物系固体電解質を含有させる場合、第2雰囲気中の水分と電球層中の硫化物系固体電解質とを反応させて、硫化水素を発生することができる。   At least one of the positive electrode layer 1 and the negative electrode layer 2 may contain a sulfide-based solid electrolyte. When the sulfide-based solid electrolyte is included in at least one of the positive electrode layer 1 and the negative electrode layer 2, the materials mentioned as the sulfide-based solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer can be used, and preferably included in the solid electrolyte layer. The same sulfide-based solid electrolyte can be used. The mixing ratio of the electrode active material and the solid electrolyte is not particularly limited. For example, the electrode active material: solid electrolyte volume ratio can be 20:80 to 90:10, or 40:60 to 70:30. . When the sulfide-based solid electrolyte is contained in one or both of the positive electrode layer 1 and the negative electrode layer 2, moisture in the second atmosphere and the sulfide-based solid electrolyte in the bulb layer are reacted to form hydrogen sulfide. Can be generated.

正極層1に硫化物系固体電解質を含有させる場合、正極活物質と硫化物系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LixAOy(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、Li3BO3、LiB2、Li2CO3、LiAlO2、Li4SiO4、Li2SiO3、Li3PO4、Li2SO4、Li2TiO3、Li4Ti512、Li2Ti25、Li2ZrO3、LiNbO3、Li2MoO4、Li2WO4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よい。 In the case where the positive electrode layer 1 contains a sulfide-based solid electrolyte, the high resistance layer is hardly formed at the interface between the positive electrode active material and the sulfide-based solid electrolyte, thereby making it easy to prevent battery resistance from increasing. Therefore, the positive electrode active material is preferably coated with an ion conductive oxide. As the lithium ion conductive oxide covering the positive electrode active material, for example, the general formula LixAOy (A is B, C, Al, Si, P, S, Ti, Zr, Nb, Mo, Ta or W, x and y are positive numbers)). Specifically, Li 3 BO 3 , Li B O 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 Examples thereof include Ti 5 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.

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、Li4SiO4−Li3BO3、Li4SiO4−Li3PO4等を挙げることができる。 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.

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よく、正極活物質の全面を被覆していてもよい。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。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 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 part of the positive electrode active material, and may cover the entire surface of the positive electrode active material. . The thickness of the ion conductive oxide that coats 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).

正極層1及び負極層2はそれぞれ、バインダーを含んでもよい。バインダーの材料としては、特に制限されず、ポリテトラフルオロエチレン、ポリブタジエンゴム、水素添加ブチレンゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等を用いることができる。   Each of the positive electrode layer 1 and the negative electrode layer 2 may contain a binder. The material of the binder is not particularly limited, and polytetrafluoroethylene, polybutadiene rubber, hydrogenated butylene rubber, styrene butadiene rubber, polysulfide rubber, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, and the like can be used.

正極層1及び負極層2はそれぞれ、所望により導電助材粒子を含んでもよい。導電助材粒子としては、特に制限されるものではなく、黒鉛、カーボンブラック等を用いることができる。   Each of the positive electrode layer 1 and the negative electrode layer 2 may contain conductive aid particles as desired. The conductive aid particles are not particularly limited, and graphite, carbon black and the like can be used.

正極集電体4及び負極集電体5のうち少なくとも一方は銅製集電体であり、他方の正極集電体または負極集電体として銅以外の集電体を用いる場合、その材料は、導電性を有し正極集電体または負極集電体としての機能を有するものを用いることができる。好ましくは負極集電体が銅製集電体であり、より好ましくは正極集電体及び負極集電体の両方が銅製集電体である。   At least one of the positive electrode current collector 4 and the negative electrode current collector 5 is a copper current collector, and when a current collector other than copper is used as the other positive electrode current collector or negative electrode current collector, the material is conductive. And having a function as a positive electrode current collector or a negative electrode current collector can be used. Preferably, the negative electrode current collector is a copper current collector, and more preferably, both the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are copper current collectors.

正極集電体4の材料としては、例えばSUS、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、およびカーボン等を挙げることができる。さらに、正極集電体4の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができ、中でも箔状が好ましい。   Examples of the material of the positive electrode current collector 4 include SUS, aluminum, copper, nickel, iron, titanium, and carbon. Furthermore, examples of the shape of the positive electrode current collector 4 include a foil shape, a plate shape, and a mesh shape. Among these, a foil shape is preferable.

負極集電体5の材料としては、例えばSUS、銅、ニッケル、およびカーボン等を挙げることができる。さらに、負極集電体5の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができ、中でも箔状が好ましい。   Examples of the material for the negative electrode current collector 5 include SUS, copper, nickel, and carbon. Furthermore, examples of the shape of the negative electrode current collector 5 include a foil shape, a plate shape, and a mesh shape. Among these, a foil shape is preferable.

正極集電体4及び負極集電体5の厚みは、特に限定されるものではなく、例えば5〜500μm程度の厚みであることができる。   The thickness of the positive electrode current collector 4 and the negative electrode current collector 5 is not particularly limited, and can be, for example, about 5 to 500 μm.

全固体電池の製造方法は、特に限定されるものではなく、一般的な全固体電池の製造方法と同様の方法を用いることができる。全固体電池の製造方法の一例としては、正極層、固体電解質層、及び負極層を積層して、所望によりプレスして、電極体を作製し、この電極体を電池ケースの内部に収納し、所望により電池ケースをかしめる方法等を挙げることができる。   The manufacturing method of an all-solid battery is not particularly limited, and a method similar to a general manufacturing method of an all-solid battery can be used. As an example of a method for producing an all-solid battery, a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer are stacked, pressed as desired to produce an electrode body, and this electrode body is housed inside a battery case. A method of caulking the battery case can be given as desired.

正極層及び負極層は、基材上に形成して準備することができる。正極層及び負極層を基材上に形成することは、スラリー塗工プロセス、ブラスト法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、スパッタリング法、気相成長法、または溶射法等を用いて行うことができ、スラリー塗工プロセスが簡便なプロセスで正極層及び負極層を得ることができ、好ましく用いられる。   The positive electrode layer and the negative electrode layer can be prepared by forming on a substrate. Forming the positive electrode layer and the negative electrode layer on the substrate can be performed using a slurry coating process, a blast method, an aerosol deposition method, a cold spray method, a sputtering method, a vapor phase growth method, or a thermal spray method. The positive electrode layer and the negative electrode layer can be obtained by a simple process and a slurry coating process, which is preferably used.

基材は、正極層及び負極層をその上に形成することができるものであれば特に制限されるものではなく、集電体として用いられ得る金属集電体、フィルム状の柔軟性を有する基材、硬質基材等を用いることができ、例えば金属箔、金属板、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の基材を用いることができる。   The substrate is not particularly limited as long as the positive electrode layer and the negative electrode layer can be formed thereon, and is a metal current collector that can be used as a current collector, a film-like flexible group. A material, a hard substrate, or the like can be used. For example, a substrate such as a metal foil, a metal plate, or a polyethylene terephthalate (PET) film can be used.

正極層及び負極層は、好ましくは集電体を基材として用いて形成される。基材上に電極層を形成した後、プレスを行ってもよい。   The positive electrode layer and the negative electrode layer are preferably formed using a current collector as a base material. After forming an electrode layer on a base material, you may press.

集電体として用いる金属箔以外の基材上に電極層を形成する場合、基材から電極層を剥離して、電極層と集電体を積層するか、電極層を集電体に転写してもよい。積層後または転写後に、さらにプレスを行ってもよい。   When forming an electrode layer on a substrate other than a metal foil used as a current collector, the electrode layer is peeled off from the substrate and the electrode layer and the current collector are laminated, or the electrode layer is transferred to the current collector. May be. You may further press after lamination | stacking or transcription | transfer.

スラリー塗工プロセスとしては、ダム式スラリーコーター、ドクターブレード法、グラビヤ転写法、リバースロールコータ等が挙げられる。このようなスラリー塗工プロセスにより、活物質を含むスラリーを基材上に塗工及び乾燥して、電極層を得ることができる。   Examples of the slurry coating process include a dam type slurry coater, a doctor blade method, a gravure transfer method, and a reverse roll coater. By such a slurry coating process, a slurry containing an active material can be coated and dried on a substrate to obtain an electrode layer.

活物質を含有するスラリーは、活物質及び溶媒、並びに好ましくは、固体電解質、導電助剤、及びバインダーを混合して、従来知られている方法により、調製され得る。調製したスラリーを基材上に塗工及び乾燥することができる。   The slurry containing an active material can be prepared by a conventionally known method by mixing an active material and a solvent, and preferably a solid electrolyte, a conductive aid, and a binder. The prepared slurry can be applied and dried on a substrate.

スラリーの調製に用いる溶媒は、活物質の性能に悪影響を与えないものであれば特に限定されないが、例えば炭化水素系有機溶媒のヘプタン、トルエン、ヘキサン等が挙げられ、好ましくは脱水処理して水分含有量を低くした炭化水素系有機溶媒が用いられる。   The solvent used for the preparation of the slurry is not particularly limited as long as it does not adversely affect the performance of the active material. Examples thereof include hydrocarbon organic solvents such as heptane, toluene, and hexane. A hydrocarbon-based organic solvent having a low content is used.

例えば、正極活物質としてLiNi1/3Co1/3Mn1/32、導電助剤としてVGCF、並びに硫化物系固体電解質としてLi2S−P25、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン、及び溶媒としてヘプタンをそれぞれ一般的に用いられる割合で混合したものを、正極集電体としてのアルミニウム箔に塗工し、乾燥したものを正極塗工膜とすることができる。アルミニウム箔集電体はタブリード接合用の未被覆部を有する。 For example, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 as a positive electrode active material, VGCF as a conductive additive, Li 2 S—P 2 S 5 as a sulfide-based solid electrolyte, polyvinylidene fluoride as a binder, and What mixed heptane as a solvent in the ratio generally used can be apply | coated to the aluminum foil as a positive electrode electrical power collector, and what dried can be used as a positive electrode coating film. The aluminum foil current collector has an uncoated portion for tab lead bonding.

例えば、負極活物質としてグラファイト、及び硫化物系固体電解質としてLi2S−P25、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン、及び溶媒としてヘプタンをそれぞれ一般的に用いられる割合で混合したものを、負極集電体としての銅箔に塗工し、乾燥したものを負極塗工膜とすることができる。銅箔集電体はタブリード接合用の未被覆部を有する。 For example, graphite mixed as a negative electrode active material, Li 2 S—P 2 S 5 as a sulfide-based solid electrolyte, polyvinylidene fluoride as a binder, and heptane as a solvent are mixed in a proportion generally used. The negative electrode coating film can be formed by coating on a copper foil as an electric body and drying it. The copper foil current collector has an uncoated portion for tab lead bonding.

固体電解質層は硫化物系固体電解質を含み、所望によりバインダー等を含んでもよい。固体電解質層に含まれ得るバインダーの材料としては、電極層に含まれ得るものと同じものが挙げられ、特に制限されない。   The solid electrolyte layer includes a sulfide-based solid electrolyte, and may include a binder or the like as desired. Examples of the binder material that can be included in the solid electrolyte layer include the same materials that can be included in the electrode layer, and are not particularly limited.

固体電解質を含むスラリーの調製に用いる溶媒は、固体電解質の性能に悪影響を与えないものであれば特に限定されないが、例えば炭化水素系有機溶媒のヘプタン、トルエン、ヘキサン等が挙げられ、好ましくは脱水処理して水分含有量を低くした炭化水素系有機溶媒が用いられる。   The solvent used for the preparation of the slurry containing the solid electrolyte is not particularly limited as long as it does not adversely affect the performance of the solid electrolyte, and examples thereof include hydrocarbon-based organic solvents such as heptane, toluene, and hexane, preferably dehydration. Hydrocarbon organic solvents that have been treated to reduce the water content are used.

例えば、硫化物系固体電解質として38.28gのLi2S(日本化学工業)及び61.72gのP25(アルドリッチ)を秤量し、メノウ乳鉢で5分混合し、溶媒として200gのヘプタンを入れ、遊星型ボールミルを用い、500rpmで20時間メカニカルミリングし、110℃で1時間加熱してヘプタンを除去して得られる固体電解質を900mg秤量し、バインダーとして5wt%のブタジエンゴム(BR)を含有するヘプタン溶液180mg及びヘプタン1515mgを混合したものを、アルミニウム箔に塗工し乾燥させ、アルミニウム箔を剥離させたものを固体電解質塗工膜とすることができる。 For example, 38.28 g of Li 2 S (Nippon Chemical Industry) and 61.72 g of P 2 S 5 (Aldrich) are weighed as a sulfide-based solid electrolyte, mixed for 5 minutes in an agate mortar, and 200 g of heptane as a solvent. And then using a planetary ball mill, mechanical milling at 500 rpm for 20 hours, heating at 110 ° C. for 1 hour to remove heptane, weighing 900 mg, and containing 5 wt% butadiene rubber (BR) as a binder A mixture of 180 mg of heptane solution and 1515 mg of heptane is applied to an aluminum foil, dried, and the aluminum foil is peeled off to form a solid electrolyte coating film.

本発明により作製される全固体電池は、一次電池または二次電池であることができ、好ましくは二次電池である。繰り返し充放電でき、例えば、車載用電池として有用だからである。全固体電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型、及び角型等を挙げることができる。   The all solid state battery produced according to the present invention can be a primary battery or a secondary battery, preferably a secondary battery. This is because it can be repeatedly charged and discharged and is useful, for example, as a vehicle-mounted battery. Examples of the shape of the all solid state battery include a coin type, a laminate type, a cylindrical type, and a square type.

未被覆部6は、正極集電体4及び負極集電体5の表面が露出した部分であり、タブリードを接合することができる。図2に、正極集電体4及び負極集電体5のそれぞれの未被覆部6を引き出した電極体10の上面模式図を示し、図3に、タブリード7を接続した未被覆部6を有する電極体10の上面模式図を示す。未被覆部6は、正極集電体4及び負極集電体5(以下、集電体ともいう)の一部であり、電極体10から突出した形状を有しており、タブリード7と接合することができる。タブリード7の開放表面(未被覆部6に接しない表面)には、短絡防止のために絶縁膜が配置されていてもよい。電極体10をラミネートなどの外装体に入れるとき、タブリードを外装体の外部に引き出すことができる。   The uncoated portion 6 is a portion where the surfaces of the positive electrode current collector 4 and the negative electrode current collector 5 are exposed, and a tab lead can be joined thereto. FIG. 2 is a schematic top view of the electrode body 10 from which the uncovered portions 6 of the positive electrode current collector 4 and the negative electrode current collector 5 are drawn, and FIG. 3 has the uncovered portions 6 to which the tab leads 7 are connected. The upper surface schematic diagram of the electrode body 10 is shown. The uncoated portion 6 is a part of the positive electrode current collector 4 and the negative electrode current collector 5 (hereinafter also referred to as a current collector), has a shape protruding from the electrode body 10, and is joined to the tab lead 7. be able to. An insulating film may be disposed on the open surface of the tab lead 7 (the surface not in contact with the uncoated portion 6) to prevent a short circuit. When the electrode body 10 is put into an exterior body such as a laminate, the tab lead can be pulled out of the exterior body.

図3に示すように、未被覆部6にタブリード7を取り付け、次いで、タブリード7が被覆されていない銅製集電体の未被覆部6の表面に硫化銅を生成してもよい。   As shown in FIG. 3, the tab lead 7 may be attached to the uncoated portion 6, and then copper sulfide may be generated on the surface of the uncovered portion 6 of the copper current collector that is not coated with the tab lead 7.

未被覆部6をタブリード7と接続する前に、未被覆部6の表面の少なくとも一部に硫化銅を形成してもよい。この場合、銅製集電体に硫化銅を生成した後、銅製集電体とタブリードとを電気的に接続させるために、タブリードの取り付け予定箇所の銅製集電体の表面から、研磨等により硫化銅を取り除くことができる。   Before connecting the uncoated portion 6 to the tab lead 7, copper sulfide may be formed on at least a part of the surface of the uncoated portion 6. In this case, after producing copper sulfide on the copper current collector, in order to electrically connect the copper current collector and the tab lead, the copper sulfide is polished by polishing or the like from the surface of the copper current collector where the tab lead is to be attached. Can be removed.

図5に示すように、タブリードの取り付け予定箇所を、硫化水素と反応しないように硫化水素に対して耐腐食性のカバー8で被覆し、残りの未被覆部6の表面に硫化銅を生成してもよい。この場合、銅製集電体に硫化銅を生成した後にカバー8を取り除き、カバー8で被覆されていた部分を完全に覆うようにタブリードを取り付けることができる。   As shown in FIG. 5, the tab lead attachment planned portion is covered with a cover 8 that is resistant to hydrogen sulfide so as not to react with hydrogen sulfide, and copper sulfide is generated on the surface of the remaining uncoated portion 6. May be. In this case, it is possible to remove the cover 8 after generating copper sulfide on the copper current collector and attach the tab lead so as to completely cover the portion covered with the cover 8.

図1に示すように、集電体が電極体10内の正極層1または負極層2に挟まれて配置される場合は、電極体10の外部に引き出された部分が未被覆部となる。図4に示すように、集電体が電極体10の最上層または最下層に配置される場合は、集電体の解放された面(正極層または負極層に接しない面)及び電極体10の外部に引き出された部分が未被覆部となる。   As shown in FIG. 1, when the current collector is disposed between the positive electrode layer 1 or the negative electrode layer 2 in the electrode body 10, a portion drawn out of the electrode body 10 becomes an uncovered portion. As shown in FIG. 4, when the current collector is disposed on the uppermost layer or the lowermost layer of the electrode body 10, the released surface (the surface not in contact with the positive electrode layer or the negative electrode layer) and the electrode body 10. The part drawn out to the outside becomes an uncoated part.

集電体が電極体10の最上層または最下層に配置される場合、工程(B)〜(D)において、集電体の電極体10の外部に引き出された部分だけでなく解放された面の未被覆部の表面の少なくとも一部にも硫化銅を形成してもよく、または集電体の解放された面が露出しないように、硫化水素に対して耐腐食性の材料で被覆してから、未被覆部に硫化銅を生成してもよい。例えば、集電体の解放された面にポリエチレン等の硫化水素に対して耐腐食性のシートを配置して密着させてもよく、または硫化水素に対して耐腐食性のラミネートの内部に電極体を入れて、集電体の解放された面にラミネートの内面を密着させてもよい。   When the current collector is disposed on the uppermost layer or the lowermost layer of the electrode body 10, in steps (B) to (D), not only the part of the current collector drawn out of the electrode body 10 but also the released surface. Copper sulfide may be formed on at least a part of the surface of the uncoated part of the metal, or coated with a material resistant to hydrogen sulfide so that the exposed surface of the current collector is not exposed. From this, copper sulfide may be generated in the uncoated portion. For example, a sheet resistant to hydrogen sulfide, such as polyethylene, may be disposed and adhered to the released surface of the current collector, or the electrode body may be disposed inside a laminate resistant to hydrogen sulfide. The inner surface of the laminate may be brought into close contact with the released surface of the current collector.

図6及び7に示すように、正極層、負極層、正極層及び負極層との間に固体電解質層、正極層に接して配置される正極集電体、並びに負極層に接して配置される負極集電体を積層し、プレス成型にて各層の界面形成を行い、電極体を得ることができる。図6は、正極集電体、正極層、固体電解質層、負極層、及び負極集電体を積層した積層体の斜視模式図であり、図7は、積層体をプレス成型した後の電極体10である。   As shown in FIGS. 6 and 7, the positive electrode layer, the negative electrode layer, the positive electrode layer, and the negative electrode layer are disposed in contact with the solid electrolyte layer, the positive electrode current collector disposed in contact with the positive electrode layer, and the negative electrode layer. An electrode body can be obtained by laminating a negative electrode current collector and forming an interface between layers by press molding. 6 is a schematic perspective view of a laminate in which a positive electrode current collector, a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode layer, and a negative electrode current collector are laminated. FIG. 7 is an electrode body after the laminate is press-molded. 10.

図8に示すように、電極体10の外部に引き出した負極集電体5を、電極体10の端面の形状に沿うように、ベークライト板等の成型板11を用いて成型することができる。図8は、成型板11を用いて電極体10の外部に引き出した負極集電体5を成型する態様を表した断面模式図であり、正極集電体4を省略しているが、正極集電体も負極集電体と同様に成型することができる。   As shown in FIG. 8, the negative electrode current collector 5 drawn out of the electrode body 10 can be molded using a molding plate 11 such as a bakelite plate so as to follow the shape of the end face of the electrode body 10. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a mode in which the negative electrode current collector 5 drawn out of the electrode body 10 using the molded plate 11 is molded, and the positive electrode current collector 4 is omitted. The electric body can be molded in the same manner as the negative electrode current collector.

図9に示すように、成型した銅製集電体に銅製タブリードを取り付け、他方の集電体に、銅製タブリード、アルミニウム製タブリード等、集電体の材料と同じ材料のタブリードを取り付けることができる。集電体へのタブリードの取り付けは、超音波接合等、従来用いられている方法で行うことができる。集電体へのタブリードの取り付けは、工程(B)〜(D)の後に行ってもよい。   As shown in FIG. 9, a copper tab lead can be attached to the molded copper current collector, and a tab lead made of the same material as the current collector, such as a copper tab lead or an aluminum tab lead, can be attached to the other current collector. The tab lead can be attached to the current collector by a conventionally used method such as ultrasonic bonding. The attachment of the tab lead to the current collector may be performed after the steps (B) to (D).

工程(B)〜(D)
本発明においては、電極体を密封可能な容器に入れる工程(B)、容器内を第1雰囲気よりも高い露点温度を有する第2雰囲気にする工程(C)、並びに容器を密封する工程(D)を含む。工程(B)及び(C)の順序は所望により変えることができ、同時または連続的に行ってもよい。例えば、電極体を密封可能な容器に入れ、容器内の雰囲気を第2雰囲気にしてもよく、あるいは、容器内の雰囲気を第2雰囲気にした後に、容器内に電極体を入れてもよい。
Process (B)-(D)
In the present invention, the step (B) of putting the electrode body in a sealable container, the step (C) of making the inside of the container a second atmosphere having a dew point temperature higher than the first atmosphere, and the step of sealing the container (D )including. The order of steps (B) and (C) can be varied as desired, and may be performed simultaneously or sequentially. For example, the electrode body may be placed in a sealable container, and the atmosphere in the container may be changed to the second atmosphere, or after the atmosphere in the container is changed to the second atmosphere, the electrode body may be put in the container.

第2雰囲気は、第1雰囲気よりも高い露点温度を有する雰囲気であり、好ましくは−50℃以上、より好ましくは−30℃以上、さらに好ましくは−10℃以上、さらにより好ましくは10℃以上の露点温度を有する。上記露点温度範囲において、より硫化物系固体電解質と水分との反応をより促進することができる。   The second atmosphere is an atmosphere having a dew point temperature higher than that of the first atmosphere, preferably −50 ° C. or higher, more preferably −30 ° C. or higher, further preferably −10 ° C. or higher, and even more preferably 10 ° C. or higher. Has dew point temperature. In the dew point temperature range, the reaction between the sulfide-based solid electrolyte and moisture can be further promoted.

第2雰囲気の水分濃度は、上記の露点温度の範囲に対応する濃度範囲であることが好ましい。露点温度と、気相(空気中)の水分濃度との関係を表1に示す。   The moisture concentration of the second atmosphere is preferably a concentration range corresponding to the above dew point temperature range. Table 1 shows the relationship between the dew point temperature and the moisture concentration in the gas phase (in the air).

Figure 2015216077
Figure 2015216077

第2雰囲気の露点温度の上限は、特に限定されるものではないが、例えば20℃以下にすることができる。   The upper limit of the dew point temperature of the second atmosphere is not particularly limited, but can be, for example, 20 ° C. or less.

第2雰囲気も第1雰囲気と同様に、空気雰囲気または不活性ガス雰囲気であることが好ましく、不活性ガス雰囲気がより好ましい。不活性ガスとしては、例えばアルゴンまたは窒素等が挙げられる。   Similarly to the first atmosphere, the second atmosphere is preferably an air atmosphere or an inert gas atmosphere, and more preferably an inert gas atmosphere. Examples of the inert gas include argon or nitrogen.

工程(B)〜(D)において、容器内に入れた電極体と第2雰囲気中の水分とを反応させて硫化水素を発生させ、銅製集電体の未被覆部の表面の少なくとも一部を硫化して硫化銅を生成することができる。生成する硫化銅は、Cu及びSが任意の比率の化合物であることができ、好ましくはCuS、Cu2S、またはそれらの組み合わせである。 In steps (B) to (D), the electrode body placed in the container is reacted with moisture in the second atmosphere to generate hydrogen sulfide, and at least a part of the surface of the uncovered portion of the copper current collector is formed. It can be sulfided to produce copper sulfide. The resulting copper sulfide can be a compound in which Cu and S are in any ratio, preferably CuS, Cu 2 S, or a combination thereof.

第2雰囲気への暴露時間は、限定されるものではないが、露点温度、電極体及び容器の構成、所望の硫化銅生成厚み等に応じて決めることができ、例えば、下限は5分以上、1時間以上、または10時間以上にすることができ、上限は1000時間以下、500時間以下、または100時間以下にすることができる。第2雰囲気中の水分量は、密封した後は、反応により消費され、徐々に減少する。ラミネートの中に電極体を入れ、ラミネートの内部を第2雰囲気にして密封する場合、電極体を取り出さずにそのまま全固体電池を完成することができる。   The exposure time to the second atmosphere is not limited, but can be determined according to the dew point temperature, the configuration of the electrode body and the container, the desired copper sulfide formation thickness, etc., for example, the lower limit is 5 minutes or more, It can be 1 hour or more, or 10 hours or more, and the upper limit can be 1000 hours or less, 500 hours or less, or 100 hours or less. After sealing, the amount of moisture in the second atmosphere is consumed by the reaction and gradually decreases. When an electrode body is put in the laminate and the inside of the laminate is sealed in a second atmosphere, the all-solid battery can be completed as it is without taking out the electrode body.

工程(D)において容器を密閉するタイミングは、電極体を第2雰囲気に暴露するのと同時またはその後であるが、好ましくは暴露と同時またはその直後に密閉することが好ましい。容器を密閉することで、発生した硫化水素ガスを、集電体の未被覆部の表面に効率的に供給することができる。また、容器を密閉することにより、第2雰囲気の体積が決まるので、第2雰囲気中の水分量から硫化水素発生量及び硫化銅の生成量を見積もることもできる。   In the step (D), the container is sealed at the same time as or after the exposure of the electrode body to the second atmosphere, but is preferably sealed at the same time or immediately after the exposure. By sealing the container, the generated hydrogen sulfide gas can be efficiently supplied to the surface of the uncoated portion of the current collector. In addition, since the volume of the second atmosphere is determined by sealing the container, the amount of hydrogen sulfide generated and the amount of copper sulfide generated can be estimated from the amount of water in the second atmosphere.

容器は、その内部に電極体を入れることができる形状を有し、好ましくは、硫化水素に対して耐腐食性の材料で作製されたものであり、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ポリエチレン、ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル等を含む材料で作製されたものである。   The container has a shape in which an electrode body can be put therein, and is preferably made of a material resistant to hydrogen sulfide, such as aluminum, stainless steel, polyethylene, polystyrene, It is made of a material containing epoxy resin, polycarbonate resin, acrylic resin, vinyl chloride or the like.

容器は、好ましくはグローボックス、デシケータ、またはラミネートであり、より好ましくはラミネートであり、さらに好ましくは内面が熱封止可能な樹脂で被覆されたアルミニウムラミネートである。グローボックス、デシケータ、及びラミネートのうちいずれか2つまたは全てを組み合わせて用いてもよい。   The container is preferably a glow box, a desiccator or a laminate, more preferably a laminate, and further preferably an aluminum laminate whose inner surface is covered with a heat-sealable resin. Any two or all of a glow box, a desiccator, and a laminate may be used in combination.

容器がグローボックスである場合、例えば、第1雰囲気を有するグローボックス内で電極体を作製し、グローボックス内を、第1雰囲気よりも高い露点温度を有する第2雰囲気に置換し、グローボックスを密封することができる。別法では、例えば、第1雰囲気を有する第1のグローボックス内で電極体を作製し、第1雰囲気よりも高い露点温度を有する第2雰囲気を有する第2のグローボックスに電極体を移動させ、第2のグローボックスを密封することができる。   When the container is a glow box, for example, an electrode body is produced in a glow box having a first atmosphere, and the inside of the glow box is replaced with a second atmosphere having a dew point temperature higher than that of the first atmosphere. Can be sealed. In another method, for example, an electrode body is produced in a first glow box having a first atmosphere, and the electrode body is moved to a second glow box having a second atmosphere having a dew point temperature higher than that of the first atmosphere. The second glow box can be sealed.

容器がデシケータである場合、例えば、第1雰囲気を有するグローボックス内で電極体を作製し、デシケータ内に電極体を入れ、デシケータ内を第1雰囲気よりも高い露点温度を有する第2雰囲気に置換し、デシケータを密封することができる。   When the container is a desiccator, for example, an electrode body is produced in a glow box having a first atmosphere, the electrode body is placed in the desiccator, and the interior of the desiccator is replaced with a second atmosphere having a dew point temperature higher than that of the first atmosphere. The desiccator can be sealed.

容器がラミネートである場合、例えば、第1雰囲気を有するグローボックス内で電極体を作製し、電極体をラミネートの中に入れ、グローボックス内を、第1雰囲気よりも高い露点温度を有する第2雰囲気に置換することによって、ラミネートの内部の雰囲気も第2雰囲気に置換し、ラミネートを密封することができる。容器がラミネートである場合、別法では、第1雰囲気を有する第1のグローボックス内で電極体を作製し、電極体をラミネートの中に入れ、ラミネートに入れた電極体を、第1雰囲気よりも高い露点温度を有する第2雰囲気を有する第2のグローボックスに移動させ、ラミネートの内部の雰囲気も第2雰囲気にして、ラミネートを密封することができる。容器がラミネートである場合、別法では、第1雰囲気を有するグローボックス内で電極体を作製し、電極体をラミネートの中に入れ、ラミネート内にホース等を用いて第2雰囲気のガスを注入して、ラミネートの内部の雰囲気を第2雰囲気にして、ラミネートを密封することができる。   When the container is a laminate, for example, an electrode body is produced in a glow box having a first atmosphere, the electrode body is placed in the laminate, and a second dew point temperature higher than that in the first atmosphere is placed in the glow box. By substituting with the atmosphere, the atmosphere inside the laminate can also be replaced with the second atmosphere, and the laminate can be sealed. When the container is a laminate, another method is to produce an electrode body in a first glow box having a first atmosphere, place the electrode body in the laminate, and place the electrode body in the laminate from the first atmosphere. The laminate can be hermetically sealed by moving to a second glow box having a second atmosphere having a high dew point temperature and the atmosphere inside the laminate also being a second atmosphere. When the container is a laminate, another method is to produce an electrode body in a glow box having a first atmosphere, place the electrode body in the laminate, and inject a gas in the second atmosphere into the laminate using a hose or the like. Thus, the laminate can be sealed by setting the atmosphere inside the laminate to the second atmosphere.

容器がラミネートである場合、一実施形態として、例えば、図10に示すように、電極体10をラミネート30の中に配置した後、図11に示すように、密封前に、未被覆部が容易に窺える位置を残してラミネート30をヒートシールした後、ヒートシールを残した箇所から第2雰囲気のガスを注入して、ラミネート30の内部の雰囲気を第2雰囲気にして、図12に示すように、ラミネート30を密封することができる。タブリード7の表面に熱融着性の樹脂層を配置することにより、ラミネート30を密封する際、タブリード7の表面の熱融着性の樹脂層を熱融着させて、タブリード7の周囲も密封することができる。ラミネート30は、図10に示すような2枚のラミネートを合わせて用いるものや、1枚のラミネートを折り返して用いるもの等、従来用いられているラミネートであることができる。   When the container is a laminate, as one embodiment, for example, as shown in FIG. 10, after the electrode body 10 is arranged in the laminate 30, as shown in FIG. After heat-sealing the laminate 30 leaving a position where the heat seals, the gas in the second atmosphere is injected from the place where the heat seal is left, and the atmosphere inside the laminate 30 is changed to the second atmosphere, as shown in FIG. The laminate 30 can be sealed. By arranging a heat-fusible resin layer on the surface of the tab lead 7, when the laminate 30 is sealed, the heat-fusible resin layer on the surface of the tab lead 7 is heat-sealed so that the periphery of the tab lead 7 is also sealed. can do. The laminate 30 can be a conventionally used laminate such as one using two laminates as shown in FIG. 10 or one using a single laminate folded.

グローボックスまたはデシケータを容器として用いつつ、ラミネートの中に電極体を入れてもよい。例えば、第1雰囲気を有するグローボックス内で電極体を作製し、電極体をラミネートの中に入れ、グローボックス内を、第1雰囲気よりも高い露点温度を有する第2雰囲気に置換し、グローボックスを密封して、集電未被覆部の表面の絶縁性向上処理後に、ラミネートを密封してもよい。この場合、銅製集電体と反応させる水分を、ラミネート内に含まれる雰囲気中の水分だけでなく、グローボックス内に含まれる雰囲気中の水分からも供給することができる。   While using a glow box or a desiccator as a container, an electrode body may be placed in the laminate. For example, an electrode body is produced in a glow box having a first atmosphere, the electrode body is placed in a laminate, and the inside of the glow box is replaced with a second atmosphere having a dew point temperature higher than that of the first atmosphere. And the laminate may be sealed after the treatment for improving the insulation of the surface of the non-current-collecting portion. In this case, the moisture to be reacted with the copper current collector can be supplied not only from the moisture in the atmosphere contained in the laminate but also from the moisture in the atmosphere contained in the glow box.

ラミネートを容器として用いる場合、集電体の未被覆部に硫化銅を生成した後、ラミネートを密封することができ、またはラミネート内の雰囲気を第2雰囲気にした直後にラミネートを密封することができる。集電体の未被覆部に硫化銅を生成した後、ラミネートを密封する場合、ホース等を用いて第2雰囲気のガスをラミネートの内部に送り続けることができる。ラミネート内の雰囲気を第2雰囲気にした直後にラミネートを密封する場合、発生する硫化水素をラミネート内にとどめることができ、発生した硫化水素を、硫化銅の生成に効率的に用いることができる。また、集電体の未被覆部に硫化銅を生成した後に、未反応の硫化水素が存在する場合、従来行われている方法にしたがって、未反応分の硫化水素を処理することができる。   When the laminate is used as a container, the laminate can be sealed after copper sulfide is formed on the uncovered portion of the current collector, or the laminate can be sealed immediately after the atmosphere in the laminate is changed to the second atmosphere. . When the laminate is sealed after the copper sulfide is generated in the uncovered portion of the current collector, the gas in the second atmosphere can be continuously sent into the laminate using a hose or the like. When the laminate is sealed immediately after the atmosphere in the laminate is changed to the second atmosphere, the generated hydrogen sulfide can be kept in the laminate, and the generated hydrogen sulfide can be efficiently used for producing copper sulfide. Moreover, when unreacted hydrogen sulfide exists after producing | generating copper sulfide in the uncoated part of an electrical power collector, according to the conventionally performed method, unreacted hydrogen sulfide can be processed.

(硫化銅を生成したときの、銅製集電体の体積抵抗率の変化)
次のようにして、銅製集電体の表面の少なくとも一部を硫化して硫化銅を生成したときの、銅製集電体の体積抵抗率の変化を測定した。
(Change in volume resistivity of copper current collector when copper sulfide is produced)
In the following manner, the volume resistivity change of the copper current collector was measured when at least part of the surface of the copper current collector was sulfided to produce copper sulfide.

銅製集電体として縦50mm、横80mm、及び厚み10μmの銅箔を用意し、この銅箔について、100%H2S、50℃の条件で24時間、硫化水素ガス腐食試験を行った。試験の前後で、銅箔の体積抵抗率を測定した。表2に、銅箔の試験前後の体積抵抗率の測定結果を示す。 A copper foil having a length of 50 mm, a width of 80 mm, and a thickness of 10 μm was prepared as a copper current collector, and this copper foil was subjected to a hydrogen sulfide gas corrosion test under conditions of 100% H 2 S and 50 ° C. for 24 hours. The volume resistivity of the copper foil was measured before and after the test. Table 2 shows the measurement results of the volume resistivity before and after the copper foil test.

Figure 2015216077
Figure 2015216077

体積抵抗率は、硫化水素ガス腐食試験によって14倍に変化した。   The volume resistivity was changed 14 times by the hydrogen sulfide gas corrosion test.

(硫化銅の生成厚みの下限値)
硫化銅の生成厚みの下限値は、好ましくは、銅製集電体表面において銅が実質的に露出しないような厚みである。銅製集電体の表面において、硫化銅が形成され、銅が実質的に露出しないようすることにより、銅製集電体が、銅製集電体以外の他の導通部、例えばもう一方の集電体や電極層と接触しても短絡しにくくなる。
(Lower limit of copper sulfide formation thickness)
The lower limit value of the copper sulfide production thickness is preferably such that copper is not substantially exposed on the surface of the copper current collector. On the surface of the copper current collector, copper sulfide is formed so that the copper is not substantially exposed, so that the copper current collector is a conductive part other than the copper current collector, for example, the other current collector. Even if it contacts with the electrode layer, it becomes difficult to short-circuit.

図13に示すように、銅製集電体9の表面には、表面粗さRzを有する微小な凹凸が存在する。図13は、銅製集電体9の表面の断面模式図である。表面粗さRzとは、十点平均粗さのことであり、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜取り部分の平均線から縦倍率の方向に測定した、最も高い山頂から5番目までの山頂の標高(Yp)の絶対値の平均値と、最も低い谷底から5番目までの谷底の標高(Yv)の絶対値の平均値との和を求め、この値をマイクロメートル(μm)で表したものをいう。表面粗さRzは、走査型電子顕微鏡(SEM)によって確認することができる。   As shown in FIG. 13, the surface of the copper current collector 9 has minute irregularities having a surface roughness Rz. FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the surface of the copper current collector 9. The surface roughness Rz is the ten-point average roughness, and only the reference length was extracted from the roughness curve in the direction of the average line, and measured in the direction of the vertical magnification from the average line of the extracted portion. Calculate the sum of the average absolute value of the elevation (Yp) from the highest peak to the fifth and the average absolute value of the lowest elevation (Yv) from the lowest valley to the fifth. This is expressed in micrometers (μm). The surface roughness Rz can be confirmed by a scanning electron microscope (SEM).

銅製集電体表面において銅が実質的に露出しないような硫化銅の厚みの下限値は、硫化銅で覆われていない部分をほぼ無くす観点から、銅製集電体の片面において好ましくはRzと同じ厚みであり、すなわち銅製集電体の両面において好ましくはRzの2倍と同じ厚みである。   The lower limit of the thickness of the copper sulfide so that copper is not substantially exposed on the surface of the copper current collector is preferably the same as Rz on one side of the copper current collector from the viewpoint of substantially eliminating the portion not covered with copper sulfide. That is, it is preferably the same thickness as twice Rz on both sides of the copper current collector.

銅製集電体の表面付近では、硫化銅が生成され、抵抗値が異なる銅及び硫化銅が混在する。本願において、硫化銅の生成厚みとは、銅製集電体中の銅と混在して存在する硫化銅を、銅製集電体の表面側に硫化銅のみを集めた領域の換算厚みであり、図13及び14に示す硫化銅のみを集めた換算領域19の基準位置12からの厚み13である。図14は、銅製集電体表面の凹凸部分の断面模式図である。基準位置12は、図13及び14に示すように、銅製集電体の表面において、上記Rzの定義における最も高い山頂から5番目までの山頂の標高(Yp)の平均の位置である。銅製集電体の全体厚みとは、銅製集電体の両面における基準位置12の間の厚みである。硫化銅の生成厚みは、硫化した銅製集電体の断面についてWDXやEDX等を用いて、測定することができる。また、硫化処理条件と硫化銅の生成厚みとの相関を事前に把握しておくことで、製造時には、処理条件を適宜制御して、硫化銅の生成厚みを変えることができる。   In the vicinity of the surface of the copper current collector, copper sulfide is generated, and copper and copper sulfide having different resistance values are mixed. In the present application, the generated thickness of copper sulfide is the equivalent thickness of a region in which copper sulfide existing together with copper in the copper current collector is collected only on the surface side of the copper current collector. It is the thickness 13 from the reference position 12 of the conversion region 19 where only the copper sulfides shown in 13 and 14 are collected. FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of an uneven portion on the surface of a copper current collector. As shown in FIGS. 13 and 14, the reference position 12 is the average position of the altitude (Yp) of the highest peak from the highest peak in the definition of Rz on the surface of the copper current collector. The total thickness of the copper current collector is the thickness between the reference positions 12 on both sides of the copper current collector. The formed thickness of copper sulfide can be measured using WDX, EDX, or the like for the cross section of the sulfided copper current collector. Further, by knowing in advance the correlation between the sulfurization treatment conditions and the copper sulfide production thickness, the production conditions of the copper sulfide can be changed by appropriately controlling the treatment conditions during production.

銅製集電体の表面粗さRzは、メーカーや銅製集電体の品番によって変わり得るが、集電体材料として一般的に用いられる銅箔のRzは概ね0.4μm〜1μmである。Rzが0.4μmの銅製集電体を用いる場合、片面における硫化銅の生成厚みの下限値を0.4μm以上とすることができる。   The surface roughness Rz of the copper current collector can vary depending on the manufacturer and the product number of the copper current collector, but the Rz of the copper foil generally used as the current collector material is generally 0.4 μm to 1 μm. When a copper current collector with Rz of 0.4 μm is used, the lower limit value of the copper sulfide formation thickness on one side can be set to 0.4 μm or more.

(硫化銅の生成厚みの上限値)
硫化銅の生成厚みの上限値は、好ましくは、図15に示す銅製集電体の未被覆部6の長さ方向15の抵抗率が、硫化処理前(未処理時)の抵抗率と比較して2倍になる厚みである。これは、車載用セルとして、実使用上必要とされる性能を担保するために求められる最低限の導電性である。
(Upper limit value of copper sulfide formation thickness)
The upper limit value of the copper sulfide formation thickness is preferably such that the resistivity in the length direction 15 of the uncovered portion 6 of the copper current collector shown in FIG. 15 is compared with the resistivity before sulfidation treatment (when untreated). The thickness is doubled. This is the minimum electrical conductivity required for securing the performance required for actual use as a vehicle-mounted cell.

銅製集電体の長さ方向15の抵抗率が、硫化処理前(未処理時)の抵抗率と比較して2倍になる厚みを、図16に示すような20mm×20mm×10μmの銅製集電体のうち、縦1mm、横20mm、及び厚み10μmの部分18の表面に硫化銅を生成したモデルを用いて、次のようにして算出した。図16に示すモデルは、図15に示す銅製集電体の20mm×20mm×10μmの未被覆部6を抜き出したものの斜視模式図であり、硫化銅生成部分18は、電極体10の内部に配置される集電体と接する位置に存在する。   The thickness of the copper current collector 15 in the longitudinal direction 15 is 20 mm × 20 mm × 10 μm, as shown in FIG. 16, with a thickness that doubles the resistivity before the sulfurization treatment (when not treated). The calculation was performed as follows using a model in which copper sulfide was formed on the surface of a portion 18 having a length of 1 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 10 μm. The model shown in FIG. 16 is a schematic perspective view of the copper current collector shown in FIG. 15 extracted from the uncoated portion 6 of 20 mm × 20 mm × 10 μm, and the copper sulfide generation portion 18 is disposed inside the electrode body 10. Exists at a position in contact with the current collector.

図17に、図16の銅製集電体の断面模式図を示す。図17の硫化銅生成部分18においては、抵抗値が異なる銅及び硫化銅が混在した領域が形成されているので、この部分の抵抗を回路で表すと並列回路となり、この部分の合成抵抗をRaとする。銅製集電体は、銅製集電体の内側に銅のみが存在する領域を有し、この部分の抵抗をRbとする。銅製集電体の内側部分は銅のみ(抵抗Rb)であり、この部分の抵抗値は、硫化銅生成厚みによって変化する。   FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of the copper current collector of FIG. In the copper sulfide generation portion 18 of FIG. 17, since a region in which copper and copper sulfide having different resistance values are mixed is formed, the resistance of this portion is represented as a parallel circuit, and the combined resistance of this portion is expressed as Ra. And The copper current collector has a region where only copper is present inside the copper current collector, and the resistance of this portion is Rb. The inner portion of the copper current collector is only copper (resistance Rb), and the resistance value of this portion varies depending on the copper sulfide formation thickness.

硫化銅の体積抵抗率として、上記銅箔の硫化水素ガス腐食試験後の体積抵抗率である2.7×10-7(Ω・m)を用い、銅の体積抵抗率は文献値である1.67×10-8(Ω・m)を用いた。 The volume resistivity of copper sulfide is 2.7 × 10 −7 (Ω · m), which is the volume resistivity after the hydrogen sulfide gas corrosion test of the copper foil. .67 × 10 −8 (Ω · m) was used.

厚みが10μmの銅製集電体の両面を硫化して両面に同じ厚みの硫化銅を生成するという条件で、硫化銅の生成厚み(片面)と銅製集電体の体積抵抗率の関係を算出した。算出結果を図18に示す。   The relationship between the thickness of copper sulfide (one side) and the volume resistivity of the copper current collector was calculated under the condition that both sides of a 10 μm thick copper current collector were sulfided to produce copper sulfide of the same thickness on both sides. . The calculation results are shown in FIG.

図18に示すように、硫化銅の生成厚みの割合が大きくなるほど、銅製集電体の体積抵抗率が増加する。すなわち、硫化銅の生成厚みの割合が大きくなるほど、図17における方向15の方向の導電率が低下し、電極体から集電しにくくなる。硫化銅の生成厚みが、銅製集電体の厚み全体に対して片面において27%の場合、すなわち両面において54%の厚みを有する場合に、硫化銅が表面に生成された銅製集電体の体積抵抗率が、硫化銅生成前の体積抵抗率の約2倍になる。よって、硫化銅の生成厚みの上限は、好ましくは、片面において銅製集電体の全体厚みの27%であり、両面において銅製集電体の全体厚みの54%である。   As shown in FIG. 18, the volume resistivity of the copper current collector increases as the ratio of the copper sulfide production thickness increases. That is, as the ratio of the copper sulfide generation thickness increases, the conductivity in the direction 15 in FIG. 17 decreases and it becomes difficult to collect current from the electrode body. When the copper sulfide generation thickness is 27% on one side with respect to the entire thickness of the copper current collector, that is, when the thickness is 54% on both sides, the volume of the copper current collector on which copper sulfide is generated on the surface The resistivity is about twice the volume resistivity before copper sulfide formation. Accordingly, the upper limit of the copper sulfide production thickness is preferably 27% of the total thickness of the copper current collector on one side and 54% of the total thickness of the copper current collector on both sides.

(短絡抑制効果)
図17に示すモデルにおいて、硫化銅生成部分18の厚みを大きくなるにつれて、銅製集電体の厚み方向16の抵抗が大きくなり、銅製集電体ともう一方の集電体との短絡を起こりにくくすることができる。
(Short-circuit suppression effect)
In the model shown in FIG. 17, as the thickness of the copper sulfide generation portion 18 increases, the resistance in the thickness direction 16 of the copper current collector increases, and a short circuit between the copper current collector and the other current collector hardly occurs. can do.

厚みが10μmで表面粗さRzが0.4μmの銅製集電体の両面を硫化して、銅製集電体の両面を均等に硫化して硫化銅を生成するという条件で、硫化銅の生成厚み(片面)に対する銅製集電体の表面抵抗率の関係を算出した。算出結果を図19に示す。   The thickness of copper sulfide generated under the condition that both sides of a copper current collector having a thickness of 10 μm and a surface roughness Rz of 0.4 μm are sulfided, and both surfaces of the copper current collector are uniformly sulfided to produce copper sulfide. The relationship of the surface resistivity of the copper current collector with respect to (one side) was calculated. The calculation results are shown in FIG.

図19に示すように、銅製集電体の表面部分の硫化銅生成厚みを大きくするほど、銅製集電体の表面抵抗率が大きくなる。   As shown in FIG. 19, the surface resistivity of the copper current collector increases as the copper sulfide generation thickness of the surface portion of the copper current collector increases.

図19のグラフより、銅製集電体の表面未処理時(銅)の表面抵抗率は8.35×10-9Ωである。銅製集電体の片面において硫化銅生成厚みを表面粗さRzと同じ0.4μm(両面で0.8μm)としたとき、銅製集電体の表面抵抗率は、1.85×10-8(Ω)となる。表面粗さRzと同じ厚みの硫化銅を生成すると、初期の表面未処理時と比較して、表面抵抗率は約2倍になることが分かる。 From the graph of FIG. 19, the surface resistivity of the copper current collector when the surface is untreated (copper) is 8.35 × 10 −9 Ω. When the copper sulfide formation thickness on one side of the copper current collector is 0.4 μm (0.8 μm on both sides), which is the same as the surface roughness Rz, the surface resistivity of the copper current collector is 1.85 × 10 −8 ( Ω). It can be seen that when copper sulfide having the same thickness as the surface roughness Rz is generated, the surface resistivity is approximately doubled compared to the initial untreated surface.

また、図19のグラフより、銅製集電体の片面における硫化銅生成厚みを、銅製集電体の全体厚みの27%である2.7μm(両面で5.4μm)とした場合、銅製集電体の表面抵抗率は、6.74×10-8(Ω)となる。銅製集電体の表面未処理時(銅)の表面抵抗率は8.35×10-9Ωであり、片面において銅製集電体の全体厚みの27%の硫化銅厚みの生成を行った場合は、銅のみのそれと比較すると約8倍の表面抵抗率となる。 Further, from the graph of FIG. 19, when the copper sulfide generation thickness on one side of the copper current collector is 2.7 μm (5.4 μm on both sides), which is 27% of the total thickness of the copper current collector, The surface resistivity of the body is 6.74 × 10 −8 (Ω). When the surface resistivity of the copper current collector when not treated (copper) is 8.35 × 10 −9 Ω, and the copper sulfide thickness is 27% of the total thickness of the copper current collector on one side. Is about 8 times the surface resistivity compared to that of copper alone.

このように、銅製集電体の表面において硫化銅を生成することにより、体積抵抗率の増加を小さくしつつ、表面抵抗率を大きくして、他方の集電体及び活物質層との短絡を抑制することができる。   In this way, by producing copper sulfide on the surface of the copper current collector, the increase in volume resistivity is reduced, the surface resistivity is increased, and the other current collector and the active material layer are short-circuited. Can be suppressed.

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

100 全固体電池
10 電極体
1 正極層
2 負極層
3 固体電解質層
4 正極集電体
5 負極集電体
6 未被覆部
7 タブリード
8 耐腐食性カバー
9 銅製集電体
11 成型板
12 硫化銅の厚みの基準位置
13 硫化銅の生成厚み
15 銅製集電体の長さ方向
16 銅製集電体の厚み方向
18 硫化銅生成部分
19 硫化銅のみを集めた換算領域
30 ラミネート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 All-solid-state battery 10 Electrode body 1 Positive electrode layer 2 Negative electrode layer 3 Solid electrolyte layer 4 Positive electrode current collector 5 Negative electrode current collector 6 Uncoated part 7 Tab lead 8 Corrosion-resistant cover 9 Copper current collector 11 Molded plate 12 Copper sulfide Thickness reference position 13 Thickness of copper sulfide 15 Length direction of current collector made of copper 16 Thickness direction of current collector made of copper 18 Copper sulfide produced portion 19 Conversion region in which only copper sulfide was collected 30 Laminate

Claims (6)

全固体電池の製造方法であって、
(A)第1雰囲気中で、正極層、負極層、前記正極層及び前記負極層の間に配置される硫化物系固体電解質を含む固体電解質層、前記正極層に接して配置される正極集電体、並びに前記負極層に接して配置される負極集電体を含む電極体を作製する工程であって、
前記正極集電体及び前記負極集電体のうち少なくとも一方が銅製集電体であり、並びに
前記正極集電体及び前記負極集電体が未被覆部を有する、工程、
(B)前記電極体を、密封可能な容器に入れる工程、
(C)前記容器内を前記第1雰囲気よりも高い露点温度を有する第2雰囲気にする工程、並びに
(D)前記容器を密封する工程、
を含み、
前記硫化物系固体電解質と前記第2雰囲気中の水分とを反応させて硫化水素を発生させ、前記硫化水素と前記銅製集電体の前記未被覆部とを反応させて、前記銅製集電体の前記未被覆部の表面の少なくとも一部を硫化して硫化銅を生成する、
全固体電池の製造方法。
A method of manufacturing an all-solid battery,
(A) In a first atmosphere, a positive electrode layer, a negative electrode layer, a solid electrolyte layer including a sulfide-based solid electrolyte disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and a positive electrode collector disposed in contact with the positive electrode layer A step of producing an electrode body including a current collector and a negative electrode current collector disposed in contact with the negative electrode layer,
At least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is a copper current collector, and the positive electrode current collector and the negative electrode current collector have an uncoated portion;
(B) placing the electrode body in a sealable container;
(C) a step of making the inside of the container a second atmosphere having a dew point temperature higher than the first atmosphere; and (D) a step of sealing the container,
Including
The sulfide solid electrolyte is reacted with moisture in the second atmosphere to generate hydrogen sulfide, and the hydrogen sulfide and the uncovered portion of the copper current collector are reacted to produce the copper current collector. Sulfiding at least a part of the surface of the uncoated portion of copper to produce copper sulfide,
Manufacturing method of all solid state battery.
前記第1雰囲気が−60℃以下の露点温度を有する、請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the first atmosphere has a dew point temperature of −60 ° C. or lower. 前記第2雰囲気が−50℃以上の露点温度を有する、請求項1または2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the second atmosphere has a dew point temperature of −50 ° C. or higher. 前記容器が、グローボックス、デシケータ、またはラミネートである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method as described in any one of Claims 1-3 whose said container is a glow box, a desiccator, or a laminate. 前記銅製集電体の片面における前記硫化銅の生成厚みが、前記銅製集電体の表面粗さRzと同じまたはそれ以上である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method as described in any one of Claims 1-4 whose production | generation thickness of the said copper sulfide in the single side | surface of the said copper electrical power collector is the same as or more than the surface roughness Rz of the said copper electrical power collector. 前記銅製集電体の片面における前記硫化銅の生成厚みが、前記銅製集電体の全体厚みの27%以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method as described in any one of Claims 1-5 whose production | generation thickness of the said copper sulfide in the single side | surface of the said copper electrical power collector is 27% or less of the whole thickness of the said copper electrical power collector.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110544772A (en) * 2018-05-28 2019-12-06 松下知识产权经营株式会社 Battery with a battery cell
US10637066B2 (en) 2017-09-13 2020-04-28 Honda Motor Co., Ltd. Current collector plate arrangement structure of bipolar solid-state battery
JP2020123536A (en) * 2019-01-31 2020-08-13 トヨタ自動車株式会社 All-solid-state battery

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