JP2016207326A - Electrode composite manufacturing method and lithium battery manufacturing method - Google Patents

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靖裕 鹿又
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode composite manufacturing method capable of efficiently manufacturing an electrode composite applicable to a lithium battery, and a lithium battery manufacturing method capable of efficiently manufacturing a lithium battery including the electrode composite.SOLUTION: An electrode composite manufacturing method includes a first step of forming an active material compact 2 having a void, and a second step of putting the active material compact 2 and a liquid material 3X (fluid material) containing a solid electrolyte forming material in a pressure tight case 5 and increasing the pressure in an internal space 54 of the pressure tight case 5 higher than an atmospheric pressure. The second step can obtain an electrode composite by impregnating the liquid material 3X in the void of the active material compact 2. The pressure tight case 5 includes a cylindrical body 51, a filter 52, and a piston 53, and is configured so as to change the pressure in the internal space 54 by moving the piston 53.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、電極複合体の製造方法およびリチウム電池の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing an electrode assembly and a method for producing a lithium battery.

携帯型情報機器をはじめとする多くの電気機器の電源として、リチウム電池(一次電池および二次電池を含む)が利用されている。リチウム電池は、正極と負極と、これらの層の間に設置され、リチウムイオンの伝導を媒介する電解質層とを備える。   Lithium batteries (including primary batteries and secondary batteries) are used as a power source for many electric devices including portable information devices. The lithium battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte layer that is disposed between these layers and mediates conduction of lithium ions.

近年、高エネルギー密度と安全性とを両立したリチウム電池として、電解質層の形成材料に、固体電解質を使用する全固体型リチウム電池が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。   In recent years, all-solid-state lithium batteries that use a solid electrolyte as a material for forming an electrolyte layer have been proposed as lithium batteries that achieve both high energy density and safety (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

これらの全固体型リチウム電池については、さらなる高出力化および高容量化が求められている。高出力かつ高容量の全固体型リチウム電池を得るためには、正極または負極の活物質の形状と電解質層の形状とをそれぞれ高度に制御する必要がある。   These all solid-state lithium batteries are required to have higher output and higher capacity. In order to obtain a high-power and high-capacity all-solid-state lithium battery, it is necessary to highly control the shape of the positive electrode or negative electrode active material and the shape of the electrolyte layer.

このため、リチウム電池の製造には、高い製造技術が求められるとともに、製造効率が低いという問題がある。   For this reason, in manufacturing a lithium battery, there is a problem that a high manufacturing technique is required and manufacturing efficiency is low.

特開2006−277997号公報JP 2006-277797 A 特開2004−179158号公報JP 2004-179158 A 特許第4615339号公報Japanese Patent No. 4615339

本発明の目的の一つは、リチウム電池に適用可能な電極複合体を効率よく製造し得る電極複合体の製造方法、および、かかる電極複合体を備えるリチウム電池を効率よく製造し得るリチウム電池の製造方法を提供することにある。   One of the objects of the present invention is to provide an electrode composite manufacturing method capable of efficiently manufacturing an electrode composite applicable to a lithium battery, and a lithium battery capable of efficiently manufacturing a lithium battery including such an electrode composite. It is to provide a manufacturing method.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の電極複合体の製造方法は、空隙を有する活物質成形体を形成する第1の工程と、
前記活物質成形体と固体電解質の形成材料を含む液体材料とを耐圧容器に入れ、前記耐圧容器内部の圧力を大気圧より高くする第2の工程と、
を含むことを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The method for producing an electrode composite of the present invention includes a first step of forming an active material molded body having voids,
A second step of placing the active material molded body and a liquid material containing a solid electrolyte forming material in a pressure resistant container, and setting the pressure inside the pressure resistant container to be higher than atmospheric pressure;
It is characterized by including.

これにより、リチウム電池に適用可能な電極複合体を効率よく製造することができる。その結果、例えば空隙の内径が小さい活物質成形体に対しても固体電解質の形成材料を含む液体材料を効率よく充填することができるので、高出力のリチウム電池に適用可能な電極複合体を効率よく製造することができる。   Thereby, the electrode composite body applicable to a lithium battery can be manufactured efficiently. As a result, for example, an active material molded body having a small inner diameter of a void can be efficiently filled with a liquid material containing a solid electrolyte forming material, so that an electrode composite applicable to a high-power lithium battery can be efficiently used. Can be manufactured well.

本発明の電極複合体の製造方法では、前記耐圧容器の内部の容積を変化させることで、前記耐圧容器内部の圧力を変化させることが好ましい。   In the method for producing an electrode assembly of the present invention, it is preferable to change the pressure inside the pressure vessel by changing the volume inside the pressure vessel.

これにより、耐圧容器の内部の圧力を簡単に変化させることができるので、活物質成形体の空隙内に液体材料を含浸させる作業を、簡単かつ低コストの装置で効率よく行うことができる。   Thereby, since the pressure inside the pressure vessel can be easily changed, the work of impregnating the liquid material into the voids of the active material molded body can be efficiently performed with a simple and low-cost apparatus.

本発明の電極複合体の製造方法では、前記耐圧容器は、前記液体材料が透過可能なフィルターを備えていることが好ましい。   In the method for manufacturing an electrode composite according to the present invention, it is preferable that the pressure vessel is provided with a filter through which the liquid material can permeate.

これにより、耐圧容器の内部に残留する余分な気体を外部に排出することができる。その結果、活物質成形体の空隙内に存在する気体を、液体材料で効率よく置換することができる。   Thereby, the excess gas remaining inside the pressure vessel can be discharged to the outside. As a result, the gas present in the voids of the active material molded body can be efficiently replaced with the liquid material.

本発明の電極複合体の製造方法では、前記フィルターは、多孔質体を含むことが好ましい。   In the method for producing an electrode composite according to the present invention, the filter preferably includes a porous body.

これにより、比較的サイズの揃った連通孔を有するとともに、機械的強度の高いフィルターが実現されるので、耐圧容器の内部に入れられた液体材料に大気圧よりも高い圧力が加えられた場合でも、その圧力を保持した状態で液体材料を透過可能にするフィルターが実現される。   As a result, a filter having a relatively uniform size and a high mechanical strength is realized, so even when a pressure higher than the atmospheric pressure is applied to the liquid material placed inside the pressure vessel. A filter that allows the liquid material to pass through while maintaining the pressure is realized.

本発明の電極複合体の製造方法では、前記フィルターは、セラミックス材料を含むことが好ましい。   In the method for producing an electrode composite according to the present invention, the filter preferably contains a ceramic material.

これにより、機械的強度および耐薬品性が特に高いフィルターが実現されるので、耐圧容器の内部に対して十分に高い圧力を加えることができ、かつ、液体材料に侵され難いフィルターが実現される。   As a result, a filter having a particularly high mechanical strength and chemical resistance is realized, so that a sufficiently high pressure can be applied to the inside of the pressure vessel and the filter is hardly affected by the liquid material. .

本発明の電極複合体の製造方法では、前記耐圧容器内部の圧力の変化は、前記活物質成形体と前記フィルターとが接している状態で行われることが好ましい。   In the method for producing an electrode composite of the present invention, it is preferable that the pressure inside the pressure vessel is changed in a state where the active material molded body and the filter are in contact with each other.

これにより、内部の加圧に伴って活物質成形体の空隙内から押し出された空気が、フィルターへ効率よく移行することができる。その結果、液体材料に空気が混入するのを抑制しつつ、フィルターを介して耐圧容器の外部へ空気を効率よく排出することができる。   Thereby, the air pushed out from the space | gap of an active material molded object with internal pressurization can transfer to a filter efficiently. As a result, it is possible to efficiently discharge air to the outside of the pressure vessel through the filter while suppressing air from being mixed into the liquid material.

本発明の電極複合体の製造方法では、前記耐圧容器は、
軸線に沿って互いに対向する2つの開口を備える筒状体と、
前記2つの開口の一方を塞いで設けられた、前記フィルターと、
前記2つの開口の他方を塞いで設けられた、前記軸線に沿って摺動可能なピストンと、
を備えていることが好ましい。
In the method for producing an electrode composite according to the present invention, the pressure vessel is
A cylindrical body having two openings facing each other along an axis;
The filter provided by closing one of the two openings;
A piston provided by closing the other of the two openings and slidable along the axis;
It is preferable to provide.

これにより、耐圧容器の構造が簡単であることから、本製造方法を低コストで行うことができる。   Thereby, since the structure of a pressure vessel is simple, this manufacturing method can be performed at low cost.

本発明のリチウム電池の製造方法は、本発明の電極複合体の製造方法により製造された電極複合体の一方の面に、前記活物質成形体と接するように集電体を接合する第3の工程と、
前記電極複合体の他方の面に、電極構成物を設ける第4の工程と、
を含み、
前記他方の面は、前記活物質成形体が露出していないことを特徴とする。
The method for producing a lithium battery of the present invention includes a third method in which a current collector is joined to one surface of the electrode composite produced by the method for producing an electrode composite of the present invention so as to be in contact with the active material molded body. Process,
A fourth step of providing an electrode composition on the other surface of the electrode composite;
Including
The other surface is characterized in that the active material molded body is not exposed.

これにより、前述した電極複合体を備えるリチウム電池を効率よく製造することができる。その結果、例えば空隙の内径が小さい活物質成形体に対しても固体電解質の形成材料を含む液体材料を効率よく充填することができるので、高出力のリチウム電池を効率よく製造することができる。   Thereby, a lithium battery provided with the electrode assembly mentioned above can be manufactured efficiently. As a result, for example, a liquid material containing a solid electrolyte forming material can be efficiently filled into an active material molded body having a small inner diameter of the void, and thus a high-power lithium battery can be efficiently produced.

本発明に係る電極複合体の製造方法およびリチウム電池の製造方法を適用して製造されたリチウム二次電池の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the lithium secondary battery manufactured by applying the manufacturing method of the electrode assembly which concerns on this invention, and the manufacturing method of a lithium battery. 活物質成形体の形成方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the formation method of an active material molded object. 電極複合体の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of an electrode composite_body | complex. 電極複合体の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of an electrode composite_body | complex. 電極複合体の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of an electrode composite_body | complex. リチウム二次電池の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of a lithium secondary battery. 活物質成形体の形成方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the formation method of an active material molded object. 本発明のリチウム電池の製造方法を適用して製造されたリチウム二次電池の第2実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows 2nd Embodiment of the lithium secondary battery manufactured by applying the manufacturing method of the lithium battery of this invention. 本発明のリチウム電池の製造方法を適用して製造されたリチウム二次電池の第3実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows 3rd Embodiment of the lithium secondary battery manufactured by applying the manufacturing method of the lithium battery of this invention. 本発明のリチウム電池の製造方法を適用して製造されたリチウム二次電池の第4実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows 4th Embodiment of the lithium secondary battery manufactured by applying the manufacturing method of the lithium battery of this invention.

以下、本発明に係る電極複合体の製造方法およびリチウム電池の製造方法を図面を用いて説明する。なお、説明に用いる図面は、図面を見やすくするため、および説明を分かりやすくするために、各構成要素の寸法や比率等を適宜異ならせて記載している場合があるが、これは便宜上のものである。また、説明の便宜上、記載の上側を「上」、下側を「下」と言う。   Hereinafter, a method for producing an electrode assembly and a method for producing a lithium battery according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the drawings used for explanation may be described by appropriately changing the dimensions and ratios of the constituent elements in order to make the drawings easier to see and understand, but this is for convenience. It is. For convenience of explanation, the upper side of the description is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.

(第1実施形態)
本実施形態では、本発明に係る電極複合体の製造方法およびリチウム電池の製造方法についての説明を行う。また、本発明に係る電極複合体の製造方法およびリチウム電池の製造方法を適用して製造されたリチウム二次電池についての説明を行う。
(First embodiment)
In the present embodiment, a method for manufacturing an electrode assembly and a method for manufacturing a lithium battery according to the present invention will be described. Moreover, the lithium secondary battery manufactured by applying the manufacturing method of the electrode assembly and the manufacturing method of the lithium battery according to the present invention will be described.

まず、本発明に係る電極複合体の製造方法およびリチウム電池の製造方法を適用して製造されたリチウム二次電池100について説明する。図1は、リチウム二次電池100の縦断面図である。   First, a lithium secondary battery 100 manufactured by applying an electrode composite manufacturing method and a lithium battery manufacturing method according to the present invention will be described. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a lithium secondary battery 100.

リチウム二次電池100は、積層体10と、積層体10上に接合された電極20とを有している。このリチウム二次電池100は、いわゆる全固体型リチウム(イオン)二次電池である。   The lithium secondary battery 100 includes a stacked body 10 and an electrode 20 joined on the stacked body 10. The lithium secondary battery 100 is a so-called all solid-state lithium (ion) secondary battery.

積層体10は、集電体1と、活物質成形体2と、固体電解質層3と、を備えている。なお、以下では、活物質成形体2と固体電解質層3とを合わせた構成を、電極複合体4と称することとする。この電極複合体4は、集電体1と電極20との間に位置して、対向する一対の面4a、4bにおいて、これらに対して互いに接合している。したがって、積層体10は、集電体1と電極複合体4とが積層された構成を有する。   The laminated body 10 includes a current collector 1, an active material molded body 2, and a solid electrolyte layer 3. Hereinafter, the combined structure of the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 is referred to as an electrode composite 4. The electrode assembly 4 is located between the current collector 1 and the electrode 20 and is bonded to each other on a pair of opposing surfaces 4a and 4b. Therefore, the laminate 10 has a configuration in which the current collector 1 and the electrode assembly 4 are laminated.

集電体1は、電池反応により生成された電流を取り出すための電極であり、電極複合体4の一面4aにおいて活物質成形体2に接して設けられている。   The current collector 1 is an electrode for taking out the current generated by the battery reaction, and is provided in contact with the active material molded body 2 on the one surface 4 a of the electrode composite 4.

この集電体1は、活物質成形体2が正極活物質で構成される場合、正極として機能し、活物質成形体2が負極活物質で構成される場合、負極として機能する。   The current collector 1 functions as a positive electrode when the active material molded body 2 is composed of a positive electrode active material, and functions as a negative electrode when the active material molded body 2 is composed of a negative electrode active material.

また、集電体1の形成材料(構成材料)としては、例えば、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)およびパラジウム(Pd)からなる群から選ばれる1種の金属(金属単体)や、この群から選ばれる2種以上の金属元素を含む合金等が挙げられる。   Moreover, as a forming material (component material) of the current collector 1, for example, copper (Cu), magnesium (Mg), titanium (Ti), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc ( One metal selected from the group consisting of Zn), aluminum (Al), germanium (Ge), indium (In), gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag) and palladium (Pd) And alloys containing two or more metal elements selected from this group.

集電体1の形状は、特に限定されず、例えば、板状、箔状、網状等をなすものが挙げられる。また、集電体1における電極複合体4との接合面は、平滑なものであってもよく、凹凸が形成されていてもよいが、電極複合体4との接触面積が最大となるように形成されるのが好ましい。   The shape of the current collector 1 is not particularly limited, and examples thereof include a plate shape, a foil shape, and a net shape. Further, the joint surface of the current collector 1 with the electrode composite 4 may be smooth or uneven, but the contact area with the electrode composite 4 is maximized. Preferably it is formed.

活物質成形体2は、形成材料として活物質を含有する粒子状の活物質粒子21を含み、複数の活物質粒子21の各々が3次元的に連結して形成された多孔質の成形体である。   The active material molded body 2 is a porous molded body that includes particulate active material particles 21 containing an active material as a forming material, and each of the plurality of active material particles 21 is three-dimensionally connected. is there.

多孔質の成形体である活物質成形体2は複数の細孔を有する。当該複数の細孔における空間が活物質成形体2の空隙である。当該複数の細孔が、活物質成形体2の内部で互いに網目状に連通した部分が連通孔を形成する。この連通孔に固体電解質層3が入り込むことにより、活物質成形体2と固体電解質層3との間で広い接触面積を確保することができる。   The active material molded body 2 which is a porous molded body has a plurality of pores. Spaces in the plurality of pores are voids of the active material molded body 2. A portion in which the plurality of pores communicate with each other in a mesh shape inside the active material molded body 2 forms a communication hole. When the solid electrolyte layer 3 enters the communication hole, a wide contact area can be secured between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3.

活物質粒子21は、活物質の形成材料の種類を適宜選択することにより、集電体1は、正極にも負極にもなり得る。集電体1を正極とする場合、活物質粒子21の形成材料には、例えば、正極活物質として公知のリチウム酸化物を用いることができ、特にリチウム複酸化物を好ましく用いることができる。   The active material particles 21 can be either a positive electrode or a negative electrode by appropriately selecting the type of active material forming material. When the current collector 1 is used as a positive electrode, for example, a known lithium oxide can be used as a material for forming the active material particles 21 as the positive electrode active material, and in particular, a lithium double oxide can be preferably used.

なお、本明細書において「リチウム複酸化物」とは、リチウムを必ず含み、かつ全体として2種以上の金属イオンを含む酸化物であって、オキソ酸イオンの存在が認められないものを言う。   In the present specification, the “lithium double oxide” refers to an oxide that always contains lithium and contains two or more kinds of metal ions as a whole and in which the presence of oxo acid ions is not recognized.

このようなリチウム複酸化物としては、例えば、LiCoO、LiNiO、LiMn、LiMn、LiFePO、LiFeP、LiMnPO、LiFeBO、Li(PO、LiCuO、LiFeF、LiFeSiO、LiMnSiO等が挙げられる。また、本明細書においては、これらのリチウム複酸化物の結晶内の一部原子が他の遷移金属、典型金属、アルカリ金属、アルカリ希土類、ランタノイド、カルコゲナイド、ハロゲン等で置換された固溶体もリチウム複酸化物に含むものとし、これら固溶体も正極活物質として用いることができる。 Examples of such lithium double oxides include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , Li 2 Mn 2 O 3 , LiFePO 4 , Li 2 FeP 2 O 7 , LiMnPO 4 , LiFeBO 3 , Li 3 V 2. (PO 4) 3, Li 2 CuO 2, LiFeF 3, Li 2 FeSiO 4, Li 2 MnSiO 4 , and the like. In this specification, solid solutions in which some atoms in the crystal of these lithium double oxides are substituted with other transition metals, typical metals, alkali metals, alkali rare earths, lanthanoids, chalcogenides, halogens, etc. These solid solutions can be used as the positive electrode active material.

さらに、集電体1を負極とする場合、活物質成形体2の形成材料には、例えば、負極活物質として、LiTi12、LiTi等のリチウム複酸化物を用いることができる。 Further, when the current collector 1 is a negative electrode, the active material molded body 2 is made of, for example, a lithium composite oxide such as Li 4 Ti 5 O 12 or Li 2 Ti 3 O 7 as a negative electrode active material. Can be used.

このようなリチウム酸化物を含むことで、活物質粒子21は、複数の活物質粒子21同士で電子の受け渡しを行い、活物質粒子21と固体電解質層3との間でリチウムイオンの受け渡しを行い、活物質成形体2としての機能を良好に発揮する。   By including such a lithium oxide, the active material particles 21 transfer electrons between the plurality of active material particles 21, and transfer lithium ions between the active material particles 21 and the solid electrolyte layer 3. The function as the active material molded body 2 is exhibited well.

活物質粒子21の平均粒径は、300nm以上5μm以下が好ましく、450nm以上3μm以下がより好ましく、500nm以上1μm以下がさらに好ましい。このような平均粒径の活物質を用いると、得られる活物質成形体2の空隙率を、好ましい範囲内に設定することができる。これにより、活物質成形体2の細孔内の表面積を広げ、かつ活物質成形体2と固体電解質層3との接触面積を広げやすくなり、積層体10を用いたリチウム電池を高容量にしやすくなる。   The average particle diameter of the active material particles 21 is preferably 300 nm to 5 μm, more preferably 450 nm to 3 μm, and further preferably 500 nm to 1 μm. When an active material having such an average particle diameter is used, the porosity of the obtained active material molded body 2 can be set within a preferable range. As a result, the surface area in the pores of the active material molded body 2 can be increased, and the contact area between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 can be easily expanded, and the lithium battery using the laminate 10 can be easily increased in capacity. Become.

ここで、空隙率とは、例えば、(1)活物質成形体2の外形寸法から得られる、細孔を含めた活物質成形体2の体積(見かけ体積)と、(2)活物質成形体2の質量と、(3)活物質成形体2を構成する活物質の密度とから下記の式(I)に基づいて測定される値である。   Here, the porosity is, for example, (1) the volume (apparent volume) of the active material molded body 2 including pores obtained from the outer dimensions of the active material molded body 2 and (2) the active material molded body. 2 is a value measured based on the following formula (I) from the mass of 2 and (3) the density of the active material constituting the active material molded body 2.

Figure 2016207326
Figure 2016207326

空隙率が10%以上50%以下であることが好ましく、30%以上50%以下であることがより好ましい。活物質成形体2がこのような空隙率を有することにより、活物質成形体2の細孔内の表面積を広げ、かつ活物質成形体2と固体電解質層3との接触面積を広げやすくなり、積層体10を用いたリチウム電池を高容量にしやすくなる。   The porosity is preferably 10% or more and 50% or less, and more preferably 30% or more and 50% or less. Since the active material molded body 2 has such a porosity, the surface area in the pores of the active material molded body 2 is increased, and the contact area between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 is easily expanded. It becomes easy to increase the capacity of the lithium battery using the laminate 10.

活物質粒子21の平均粒径が上記の下限値未満であると、固体電解質層3の形成材料の種類によっては、形成される活物質成形体の細孔の半径が数十nmの微小なものになり易く、細孔の内部に無機固体電解質の前駆体を含む液体材料を浸入させることが困難となり、その結果、細孔の内部の表面に接する固体電解質層3を形成しにくくなるおそれがある。   When the average particle size of the active material particles 21 is less than the above lower limit, depending on the type of the forming material of the solid electrolyte layer 3, the active material molded body has a fine pore radius of several tens of nm. It is difficult to allow the liquid material containing the inorganic solid electrolyte precursor to enter the pores, and as a result, it may be difficult to form the solid electrolyte layer 3 that contacts the surface inside the pores. .

また、活物質粒子21の平均粒径が上記の上限値を超えると、形成される活物質成形体2の単位質量当たりの表面積である比表面積が小さくなり、活物質成形体2と固体電解質層3との接触面積が小さくなるおそれがある。そのため、リチウム二次電池100において、充分な出力が得られなくなるおそれがある。また、活物質粒子21の内部から固体電解質層3までのイオン拡散距離が長くなるため、活物質粒子21において中心付近のリチウム酸化物は電池の機能に寄与しにくくなるおそれがある。   Moreover, when the average particle diameter of the active material particles 21 exceeds the above upper limit, the specific surface area, which is the surface area per unit mass, of the formed active material molded body 2 becomes small, and the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer The contact area with 3 may be reduced. Therefore, there is a possibility that sufficient output cannot be obtained in the lithium secondary battery 100. Moreover, since the ion diffusion distance from the inside of the active material particle 21 to the solid electrolyte layer 3 becomes long, the lithium oxide near the center in the active material particle 21 may hardly contribute to the function of the battery.

なお、活物質粒子21の平均粒径は、例えば、活物質粒子21をn−オクタノールに0.1質量%以上10質量%以下の範囲の濃度となるように分散させた後、光散乱式粒度分布測定装置(日機装社製、ナノトラックUPA−EX250)を用いて、メジアン径を求めることにより測定することができる。   The average particle diameter of the active material particles 21 is, for example, after dispersing the active material particles 21 in n-octanol so as to have a concentration in the range of 0.1% by mass to 10% by mass, and then the light scattering particle size. It can measure by calculating | requiring a median diameter using a distribution measuring apparatus (the Nikkiso Co., Ltd. make, nano track UPA-EX250).

また、詳しくは後述するが、活物質成形体2の空隙率は、活物質成形体2を形成する工程において、粒子状の有機物で構成される造孔材を用いることで制御可能である。   Moreover, although mentioned later in detail, the porosity of the active material molded object 2 is controllable by using the pore making material comprised in a particulate organic substance in the process of forming the active material molded object 2. FIG.

固体電解質層3は、固体電解質を形成材料(構成材料)とし、活物質成形体2の細孔(空隙)内を含む活物質成形体2の表面に接して設けられている。   The solid electrolyte layer 3 is formed in contact with the surface of the active material molded body 2 including the inside of the pores (voids) of the active material molded body 2 using the solid electrolyte as a forming material (constituent material).

固体電解質としては、SiO−P−LiO、SiO−P−LiCl、LiO−LiCl−B、Li3.40.6Si0.4、Li14ZnGe16、Li3.60.4Ge0.6、Li1.3Ti1.7Al0.3(PO、Li2.88PO3.730.14、LiNbO、Li0.35La0.55TiO、LiLaZr12、LiS−SiS、LiS−SiS−LiI、LiS−SiS−P、LiPON、LiN、LiI、LiI−CaI、LiI−CaO、LiAlCl、LiAlF、LiI−Al、LiF−Al、LiBr−Al、LiO−TiO、La−LiO−TiO、LiNI、LiN−LiI−LiOH、LiN−LiCl、LiNBr、LiSO、LiSiO、LiPO−LiSiO、LiGeO−LiVO、LiSiO−LiVO、LiGeO−ZnGeO、LiSiO−LiMoO、LiSiO−LiZrO等の酸化物、硫化物、ハロゲン化物、窒化物が挙げられる。なお、固体電解質は、結晶質であっても非晶質(アモルファス)であってもよい。また、本明細書においては、これらの組成物の一部原子が他の遷移金属、典型金属、アルカリ金属、アルカリ希土類、ランタノイド、カルコゲナイド、ハロゲン等で置換された固溶体も、固体電解質として用いることができる。 The solid electrolyte, SiO 2 -P 2 O 5 -Li 2 O, SiO 2 -P 2 O 5 -LiCl, Li 2 O-LiCl-B 2 O 3, Li 3.4 V 0.6 Si 0.4 O 4 , Li 14 ZnGe 4 O 16 , Li 3.6 V 0.4 Ge 0.6 O 4 , Li 1.3 Ti 1.7 Al 0.3 (PO 4 ) 3 , Li 2.88 PO 3. 73 N 0.14 , LiNbO 3 , Li 0.35 La 0.55 TiO 3 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 2 S—SiS 2 , Li 2 S—SiS 2 —LiI, Li 2 S—SiS 2 -P 2 S 5, LiPON, Li 3 N, LiI, LiI-CaI 2, LiI-CaO, LiAlCl 4, LiAlF 4, LiI-Al 2 O 3, LiF-Al 2 O 3, LiBr-Al 2 O 3 , i 2 O-TiO 2, La 2 O 3 -Li 2 O-TiO 2, Li 3 NI 2, Li 3 N-LiI-LiOH, Li 3 N-LiCl, Li 6 NBr 3, LiSO 4, Li 4 SiO 4 , Li 3 PO 4 -Li 4 SiO 4, Li 4 GeO 4 -Li 3 VO 4, Li 4 SiO 4 -Li 3 VO 4, Li 4 GeO 4 -Zn 2 GeO 2, Li 4 SiO 4 -LiMoO 4, LiSiO Examples include oxides such as 4- Li 4 ZrO 4 , sulfides, halides, and nitrides. The solid electrolyte may be crystalline or amorphous. Further, in the present specification, solid solutions in which some atoms of these compositions are substituted with other transition metals, typical metals, alkali metals, alkali rare earths, lanthanoids, chalcogenides, halogens, and the like may be used as solid electrolytes. it can.

この固体電解質層3の構成材料である固体電解質は、固体電解質の前駆体を焼成(加熱)することにより生成される。この焼成の際に、生成された固体電解質は、その一次粒子が造粒することで形成された二次粒子からなる粒状体31を構成する。そのため、固体電解質層3は、活物質成形体2の空隙内を含む活物質成形体2の表面に接して設けられるが、かかる粒状体31の集合体で構成されることから、固体電解質層3も、活物質成形体2と同様に、多孔質体で構成される。   The solid electrolyte that is a constituent material of the solid electrolyte layer 3 is generated by firing (heating) a precursor of the solid electrolyte. At the time of firing, the generated solid electrolyte constitutes a granular body 31 composed of secondary particles formed by granulating the primary particles. Therefore, although the solid electrolyte layer 3 is provided in contact with the surface of the active material molded body 2 including the inside of the voids of the active material molded body 2, the solid electrolyte layer 3 is configured by an aggregate of the granular bodies 31. As with the active material molded body 2, it is also composed of a porous body.

固体電解質層3のイオン伝導率は、5×10−5S/cm以上であることが好ましく、1×10−5S/cm以上であることがより好ましい。固体電解質層3がこのようなイオン伝導率を有することにより、活物質成形体2の表面から離れた位置の固体電解質層3に含まれるイオンも、活物質成形体2の表面に達し、活物質成形体2における電池反応に寄与することが可能となる。そのため、活物質成形体2における活物質の利用率が向上し、容量を大きくすることができる。このとき、イオン伝導率が上記の下限値未満であると、固体電解質層3の種類によっては、活物質成形体2において対極と相対する面の表層近辺の活物質しか電池反応に寄与せず、容量が低下するおそれがある。 The ionic conductivity of the solid electrolyte layer 3 is preferably 5 × 10 −5 S / cm or more, and more preferably 1 × 10 −5 S / cm or more. Since the solid electrolyte layer 3 has such ionic conductivity, ions contained in the solid electrolyte layer 3 at a position away from the surface of the active material molded body 2 reach the surface of the active material molded body 2, and the active material It becomes possible to contribute to the battery reaction in the molded body 2. Therefore, the utilization factor of the active material in the active material molded body 2 is improved, and the capacity can be increased. At this time, if the ionic conductivity is less than the above lower limit, depending on the type of the solid electrolyte layer 3, only the active material in the vicinity of the surface layer on the surface facing the counter electrode in the active material molded body 2 contributes to the battery reaction. Capacity may be reduced.

なお、「固体電解質層3のイオン伝導率」とは、固体電解質層3を構成する上述の無機電解質自身の伝導率である「バルク伝導率」と、無機電解質が結晶質である場合における結晶の粒子間の伝導率である「粒界イオン伝導率」と、の総和である「総イオン伝導率」のことを言う。   The “ionic conductivity of the solid electrolyte layer 3” refers to the “bulk conductivity” that is the conductivity of the inorganic electrolyte itself that constitutes the solid electrolyte layer 3, and the crystal in the case where the inorganic electrolyte is crystalline. It refers to the “total ionic conductivity” which is the sum of the “grain boundary ionic conductivity” which is the conductivity between particles.

なお、固体電解質層3のイオン伝導率は、例えば、固体電解質粉末を624MPaで錠剤型にプレス成形したものを大気雰囲気下700℃で8時間焼結し、次いで、スパッタリングにより、プレス成形体の両面に、直径0.5cm、厚み100nmのプラチナ電極を形成して被検体とし、その後、交流インピーダンス法によって測定される。測定装置には、例えば、インピーダンスアナライザー(ソーラトロン社製、型番SI1260)を用いる。   The ionic conductivity of the solid electrolyte layer 3 is determined by, for example, pressing a solid electrolyte powder into a tablet shape at 624 MPa and sintering it at 700 ° C. for 8 hours in an air atmosphere. In addition, a platinum electrode having a diameter of 0.5 cm and a thickness of 100 nm is formed as a specimen, and then measured by an AC impedance method. For example, an impedance analyzer (manufactured by Solartron, model number SI1260) is used as the measuring device.

なお、積層体10には、活物質同士をつなぎ合わせるバインダーや、活物質成形体2の導電性を担保するための導電助剤などの有機物が含まれていてもよいが、本実施形態では、活物質成形体2を成形する際に、バインダーや導電助剤等を用いることなく成形されており、ほぼ無機物のみで構成されている。具体的には、本実施形態においては、電極複合体4(活物質成形体2および固体電解質層3)を400℃で30分加熱したときの質量減少率が、5質量%以下となっている。また、質量減少率は、3質量%以下がより好ましく、1質量%以下がさらに好ましく、質量減少が観測されない、または誤差範囲であることが特に好ましい。電極複合体4がこのような質量減少率を有するため、電極複合体4には、所定の加熱条件で蒸発する溶媒や吸着水等の物質や、所定の加熱条件で燃焼または酸化されて気化する有機物が、構成全体に対して5質量%以下しか含まれないこととなる。   The laminate 10 may contain an organic material such as a binder that joins the active materials and a conductive aid for ensuring the conductivity of the active material molded body 2, but in this embodiment, When the active material molded body 2 is molded, the active material molded body 2 is molded without using a binder, a conductive auxiliary agent, or the like, and is substantially composed of only an inorganic substance. Specifically, in this embodiment, the mass reduction rate when the electrode assembly 4 (the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3) is heated at 400 ° C. for 30 minutes is 5% by mass or less. . The mass reduction rate is more preferably 3% by mass or less, further preferably 1% by mass or less, and particularly preferably no mass reduction is observed or an error range. Since the electrode composite 4 has such a mass reduction rate, the electrode composite 4 is vaporized by being burned or oxidized under a predetermined heating condition or a substance such as a solvent or adsorbed water that evaporates under a predetermined heating condition. An organic matter will be contained only 5 mass% or less with respect to the whole structure.

なお、電極複合体4の質量減少率は、示差熱−熱重量同時測定装置(TG−DTA)を用い、電極複合体4を所定の加熱条件で加熱することで、所定の加熱条件による加熱後の電極複合体4の質量を測定し、加熱前の質量と加熱後の質量との比から算出することができる。   The mass reduction rate of the electrode assembly 4 is determined by heating the electrode assembly 4 under predetermined heating conditions by using a differential thermal-thermogravimetric simultaneous measurement device (TG-DTA), and heating the electrode assembly 4 under predetermined heating conditions. The mass of the electrode assembly 4 can be measured and calculated from the ratio of the mass before heating to the mass after heating.

本実施形態の積層体10においては、活物質成形体2において、複数の細孔が内部で網目状に連通する連通孔を構成しており、活物質成形体2の固体部分も網目構造を形成している。例えば、正極活物質であるLiCoOは、結晶の電子伝導性に異方性があることが知られている。そのため、LiCoOを形成材料として活物質成形体を形成しようとすると、細孔を機械加工で形成するような、特定の方向に細孔が延在して設けられているような構成では、結晶の電子伝導性を示す方向によっては、内部で電子伝導しにくいことが考えられる。しかしながら、活物質成形体2のように細孔が網目状に連通し、活物質成形体2の固体部分が網目構造を有していると、結晶の電子伝導性またはイオン伝導性の異方性によらず、電気化学的に滑性な連続表面を形成することができる。そのため、用いる活物質の種類によらず、良好な電子伝導を担保することができる。 In the laminate 10 of the present embodiment, the active material molded body 2 has communication holes in which a plurality of pores communicate with each other in a mesh shape, and the solid portion of the active material molded body 2 also forms a network structure. doing. For example, LiCoO 2 that is a positive electrode active material is known to have anisotropy in the electronic conductivity of crystals. Therefore, when trying to form an active material molded body using LiCoO 2 as a forming material, a structure in which pores are extended in a specific direction, such as forming pores by machining, Depending on the direction of the electron conductivity, it may be difficult to conduct electrons inside. However, if the pores are connected in a network shape like the active material molded body 2 and the solid portion of the active material molded body 2 has a network structure, the anisotropy of the electron conductivity or ion conductivity of the crystal Regardless, an electrochemically lubricious continuous surface can be formed. Therefore, good electronic conduction can be ensured regardless of the type of active material used.

また、本実施形態の積層体10においては、電極複合体4が上述のような構成であるため、電極複合体4に含まれるバインダーや導電助剤の添加量を抑制することができ、バインダーや導電助剤を用いる場合と比べて、積層体10の単位体積あたりの容量密度が向上する。   Moreover, in the laminated body 10 of this embodiment, since the electrode assembly 4 is the above structures, the addition amount of the binder and conductive support agent contained in the electrode composite 4 can be suppressed, The capacity density per unit volume of the laminate 10 is improved as compared with the case where a conductive additive is used.

これらのことから、積層体10を有するリチウム二次電池100は、積層体10を有さない他のリチウム二次電池に比較して、単位体積あたりの容量が向上しており、かつ高出力となっている。   Therefore, the lithium secondary battery 100 having the stacked body 10 has an improved capacity per unit volume and higher output than other lithium secondary batteries not having the stacked body 10. It has become.

また、リチウム二次電池100では、電極複合体4の他面4bに電極20が接合されている。電極20は、活物質成形体2に接することなく固体電解質層3に接して設けられている。かかる構成とすることで、リチウム二次電池100において、電極20と集電体1とが活物質成形体2を介して接続されるのを防止すること、すなわち短絡を防止することができる。したがって、固体電解質層3は、リチウム二次電池100における短絡の発生を防止する短絡防止層としての機能をも発揮する。   In the lithium secondary battery 100, the electrode 20 is bonded to the other surface 4 b of the electrode assembly 4. The electrode 20 is provided in contact with the solid electrolyte layer 3 without being in contact with the active material molded body 2. With such a configuration, in the lithium secondary battery 100, the electrode 20 and the current collector 1 can be prevented from being connected via the active material molded body 2, that is, a short circuit can be prevented. Therefore, the solid electrolyte layer 3 also functions as a short-circuit prevention layer that prevents the occurrence of a short circuit in the lithium secondary battery 100.

なお、電極20は、活物質成形体2が正極活物質で構成される場合、負極として機能し、活物質成形体2が負極活物質で構成される場合、正極として機能する。   The electrode 20 functions as a negative electrode when the active material molded body 2 is composed of a positive electrode active material, and functions as a positive electrode when the active material molded body 2 is composed of a negative electrode active material.

電極20の形成材料(構成材料)としては、電極20が負極の場合、例えば、リチウム(Li)が挙げられ、電極20が正極の場合、例えば、アルミニウム(Al)が挙げられる。   As a forming material (constituent material) of the electrode 20, for example, lithium (Li) may be used when the electrode 20 is a negative electrode, and for example, aluminum (Al) may be used when the electrode 20 is a positive electrode.

電極20の厚さは、特に限定されないが、例えば、1μm以上100μm以下であることが好ましく、20μm以上50μm以下であることがより好ましい。   Although the thickness of the electrode 20 is not specifically limited, For example, it is preferable that they are 1 micrometer or more and 100 micrometers or less, and it is more preferable that they are 20 micrometers or more and 50 micrometers or less.

次に、電極複合体4の製造方法について説明する。
まず、活物質成形体2を形成する工程(第1の工程)について説明する。複数の粒子状をなす活物質粒子21を加熱することで、これらを3次元的に連結させて、多孔質体からなる活物質成形体2を得る。
Next, the manufacturing method of the electrode assembly 4 will be described.
First, the process (1st process) which forms the active material molded object 2 is demonstrated. By heating the active material particles 21 in the form of a plurality of particles, they are three-dimensionally connected to obtain an active material molded body 2 made of a porous body.

この活物質成形体2は、例えば、図2に示すように、形成すべき活物質成形体2の形状に対応した空間を備える成形型Fを用いて複数の活物質粒子21の混合物を圧縮して成形し(図2(a)参照)、その後、得られた圧縮成形物を熱処理することにより得ることができる(図2(b)参照)。   For example, as shown in FIG. 2, the active material molded body 2 compresses a mixture of a plurality of active material particles 21 using a molding die F having a space corresponding to the shape of the active material molded body 2 to be formed. (See FIG. 2 (a)), and then the obtained compression-molded product can be obtained by heat treatment (see FIG. 2 (b)).

第1の工程における熱処理は、850℃以上であって、用いるリチウム酸化物の融点未満の処理温度で行うことが好ましい。これにより、活物質粒子21同士を焼結させて一体化された成形体を確実に得ることができる。このような温度範囲で熱処理を行うことにより、導電助剤を添加しなくても、得られる活物質成形体2の抵抗率を好ましくは700Ω/cm以下とすることができる。これにより、得られるリチウム二次電池100は、充分な出力を備えるものとなる。   The heat treatment in the first step is preferably performed at a processing temperature of 850 ° C. or higher and lower than the melting point of the lithium oxide to be used. Thereby, the molded object integrated by sintering the active material particles 21 can be obtained reliably. By performing heat treatment in such a temperature range, the resistivity of the obtained active material molded body 2 can be preferably 700 Ω / cm or less without adding a conductive auxiliary. Thereby, the obtained lithium secondary battery 100 is provided with sufficient output.

このとき、処理温度が850℃未満であると、用いるリチウム酸化物の種類によっては、充分に焼結が進行しないばかりか、活物質の結晶内の電子伝導性自体が低下するため、得られるリチウム二次電池100に、所望の出力が得られなくなるおそれがある。   At this time, if the treatment temperature is less than 850 ° C., depending on the type of lithium oxide used, not only does the sintering proceed sufficiently, but the electron conductivity itself in the crystal of the active material itself decreases, so that the obtained lithium The secondary battery 100 may not be able to obtain a desired output.

また、処理温度がリチウム酸化物の融点を上回ると、リチウム酸化物の結晶内からリチウムイオンが過剰に揮発し、リチウム酸化物の電子伝導性が低下することに起因して、得られる電極複合体4の容量が低下するおそれがある。   Further, when the treatment temperature exceeds the melting point of the lithium oxide, lithium ions are excessively volatilized from within the crystal of the lithium oxide, resulting in a decrease in the electronic conductivity of the lithium oxide, resulting in an electrode composite. The capacity of 4 may be reduced.

したがって、適切な出力と容量を得るためには上記処理温度が850℃以上リチウム酸化物の融点未満であることが好ましく、875℃以上1000℃以下であることがより好ましく、900℃以上920℃以下であることがさらに好ましい。   Therefore, in order to obtain an appropriate output and capacity, the treatment temperature is preferably 850 ° C. or higher and lower than the melting point of the lithium oxide, more preferably 875 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, and 900 ° C. or higher and 920 ° C. or lower. More preferably.

また、第1の工程における熱処理は、5分以上36時間以下行うことが好ましく、4時間以上14時間以下行うことがより好ましい。   The heat treatment in the first step is preferably performed for 5 minutes to 36 hours, more preferably 4 hours to 14 hours.

上記のような熱処理を施すことで、活物質粒子21内の粒界の成長や、活物質粒子21間の焼結が進行するため、得られる活物質成形体2が形状を保持しやすくなり、活物質成形体2のバインダーの添加量を低減することができる。また、焼結により活物質粒子21間に結合が形成され、活物質粒子21間の電子の移動経路が形成されるため、導電助剤の添加量も抑制できる。   By performing the heat treatment as described above, the growth of grain boundaries in the active material particles 21 and the sintering between the active material particles 21 proceed, so that the resulting active material molded body 2 can easily maintain its shape, The amount of binder added to the active material molded body 2 can be reduced. Moreover, since a bond is formed between the active material particles 21 by sintering and an electron transfer path between the active material particles 21 is formed, the amount of the conductive additive added can also be suppressed.

なお、活物質粒子21の形成材料としては、LiCoOを好適に用いることができる。これにより、前記効果をより顕著に発揮させることができる。すなわち、活物質粒子21同士を焼結させて一体化された活物質成形体2をより確実に得ることができる。 As a material for forming the active material particles 21, LiCoO 2 can be suitably used. Thereby, the said effect can be exhibited more notably. That is, the active material molded body 2 integrated by sintering the active material particles 21 can be obtained more reliably.

また、得られる活物質成形体2は、複数の細孔が活物質成形体2の内部で互いに網目状に連通した連通孔で構成されたものとなる。   In addition, the obtained active material molded body 2 is constituted by communication holes in which a plurality of pores communicate with each other in a mesh shape inside the active material molded body 2.

また、活物質粒子21の形成に用いる形成材料には、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)やポリビニルアルコール(PVA)などの有機高分子化合物をバインダーとして添加してもよい。これらのバインダーは、第1の工程の熱処理において、燃焼または酸化され、量が低減する。   Further, an organic polymer compound such as polyvinylidene fluoride (PVdF) or polyvinyl alcohol (PVA) may be added to the forming material used for forming the active material particles 21 as a binder. These binders are combusted or oxidized in the heat treatment in the first step, and the amount thereof is reduced.

また、用いる形成材料には、圧粉成形時に細孔の鋳型として高分子や炭素粉末を形成材料とする粒子状の造孔材を添加することが好ましい。これらの造孔材が混入することにより、活物質成形体2の空隙率を制御することが容易となる。このような造孔材は、熱処理時に燃焼や酸化により分解除去され、得られる活物質成形体2では量が低減する。
造孔材の平均粒径は、好ましくは0.5μm以上10μm以下である。
In addition, it is preferable to add a particulate pore-forming material using a polymer or carbon powder as a forming material for pores at the time of compacting. By mixing these pore formers, it becomes easy to control the porosity of the active material molded body 2. Such a pore former is decomposed and removed by combustion or oxidation during heat treatment, and the amount of the resulting active material molded body 2 is reduced.
The average particle diameter of the pore former is preferably 0.5 μm or more and 10 μm or less.

さらに、造孔材は、潮解性を有する物質を形成材料とする粒子(第1粒子)を含むことが好ましい。第1粒子が潮解することにより第1粒子の周囲に生じる水が、粒子状のリチウム酸化物をつなぎ合わせるバインダーとして機能するため、粒子状のリチウム酸化物を圧縮成形して熱処理するまでの間、形状を維持することが可能となる。そのため、他のバインダーを添加することなく、またはバインダーの添加量を低減させながら活物質成形体を得ることができ、容易に高容量な電極複合体とすることができる。   Furthermore, the pore former preferably includes particles (first particles) whose material is a deliquescent material. Since the water generated around the first particles by deliquescent of the first particles functions as a binder that joins the particulate lithium oxide, until the particulate lithium oxide is compression-molded and heat-treated, The shape can be maintained. Therefore, an active material molded body can be obtained without adding another binder or while reducing the amount of the binder added, and a high-capacity electrode composite can be easily obtained.

このような第1粒子としては、ポリアクリル酸を形成材料とする粒子を挙げることができる。   As such 1st particle | grains, the particle | grains which use polyacrylic acid as a forming material can be mentioned.

また、造孔材は、潮解性を有さない物質を形成材料とする粒子(第2粒子)をさらに含むと好ましい。このような第2粒子を含む造孔材は、取り扱いが容易となる。また、第1粒子のみであると、造孔材の周囲の水分量に応じて、活物質成形体の空隙率が所望の設定値から乖離することがあるが、造孔材として潮解しない第2粒子を同時に含むことで、空隙率の乖離を抑制することが可能となる。   Moreover, it is preferable that the pore former further includes particles (second particles) whose material is a material having no deliquescence. The pore former containing such second particles is easy to handle. Moreover, although it is only 1st particle | grains, the porosity of an active material molded object may deviate from a desired setting value according to the moisture content around a pore forming material, but it does not deliquesce as a pore forming material. By including the particles at the same time, it is possible to suppress a gap in porosity.

なお、第1の工程は、他の方法で行うこともできる。一例として、スラリーを用いる方法を図7を用いて説明する。   Note that the first step can also be performed by other methods. As an example, a method using a slurry will be described with reference to FIG.

まず、溶媒中にバインダーを溶解させ、そこに活物質粒子21を分散させスラリー26を調製する。なお、スラリー26中には、オレイルアミンのような分散剤が含まれていてもよい。   First, a binder is dissolved in a solvent, and active material particles 21 are dispersed therein to prepare a slurry 26. The slurry 26 may contain a dispersant such as oleylamine.

その後、凹部F25を備える底部F21と蓋部F22とを有する成形型F2を用意し、凹部F25に、スラリー26を滴下した後、底部F21を蓋部F22で蓋をする。   Thereafter, a mold F2 having a bottom F21 having a recess F25 and a lid F22 is prepared, and after slurry 26 is dropped into the recess F25, the bottom F21 is covered with the lid F22.

スラリー26中における活物質粒子21の合計の含有量は、10質量%以上60質量%以下であるのが好ましく、30質量%以上50質量%以下であるのがより好ましい。これにより好ましい空隙率を有する活物質成形体2が得られることとなる。   The total content of the active material particles 21 in the slurry 26 is preferably 10% by mass to 60% by mass, and more preferably 30% by mass to 50% by mass. Thereby, the active material molded object 2 which has a preferable porosity will be obtained.

バインダーとしては、特に限定されないが、ポリカーボネートの他、セルロース系バインダー、アクリル系バインダー、ポリビニルアルコール系バインダー、ポリビニルブチラール系バインダー等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。   Although it does not specifically limit as a binder, A cellulose type binder, an acrylic binder, a polyvinyl alcohol type binder, a polyvinyl butyral type binder, etc. other than a polycarbonate are mentioned, Among these, it uses combining 1 type, or 2 or more types. Can do.

また、溶媒としては、特に限定されないが、例えば、非プロトン性の溶媒であることが好ましい、これにより、溶媒との接触による活物質粒子21の劣化を低減することができる。   Further, the solvent is not particularly limited, but is preferably an aprotic solvent, for example, whereby deterioration of the active material particles 21 due to contact with the solvent can be reduced.

このような非プロトン性溶媒としては、具体的には、例えば、ブタノール、エタノール、プロパノール、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレン等が挙げられ、この単溶媒または混合溶媒を溶媒として使用することができる。   Specific examples of such an aprotic solvent include butanol, ethanol, propanol, methyl isobutyl ketone, toluene, xylene and the like, and this single solvent or mixed solvent can be used as a solvent.

次に、活物質粒子21を含有するスラリー26を加熱する。これにより、スラリー26を乾燥させるとともに、スラリー26中に含まれる活物質粒子21同士を焼結させることができ、活物質成形体2を得る。   Next, the slurry 26 containing the active material particles 21 is heated. Thereby, while drying the slurry 26, the active material particles 21 contained in the slurry 26 can be sintered, and the active material molded object 2 is obtained.

スラリー26を加熱する際の加熱温度は、前述した圧縮成形物を熱処理する際の条件と同様に設定される。   The heating temperature for heating the slurry 26 is set in the same manner as the conditions for heat-treating the compression-molded product described above.

さらに、このスラリー26の加熱は、段階的に温度条件が上昇する多段階で行うことが好ましく、具体的には、室温で乾燥させた後、室温から300℃まで2時間、350℃まで0.5時間、1000℃まで2時間を掛けて昇温させ、その後、凹部F25を蓋部F22で蓋をし、1000℃、8時間で焼成することが好ましい。このような条件で昇温することで、溶媒中に含まれるバインダーを確実に焼き飛ばすことができる。   Furthermore, the heating of the slurry 26 is preferably performed in multiple stages where the temperature condition is increased stepwise. Specifically, after drying at room temperature, the slurry 26 is heated from room temperature to 300 ° C. for 2 hours, to 350 ° C. for 0.5 hour. It is preferable that the temperature is raised to 1000 ° C. for 5 hours over 2 hours, and then the concave portion F25 is covered with the lid portion F22 and fired at 1000 ° C. for 8 hours. By raising the temperature under such conditions, the binder contained in the solvent can be surely burned off.

以上のような工程を経ることによりスラリーを用いて活物質成形体2を得ることができる。   The active material molded object 2 can be obtained using a slurry by passing through the above processes.

次に、上述した第1の工程で形成した活物質成形体2を用いて電極複合体4を形成する工程(第2の工程)について説明する。   Next, the process (2nd process) which forms the electrode composite 4 using the active material molded object 2 formed at the 1st process mentioned above is demonstrated.

まず、耐圧容器5を用意する。圧容器5は、筒状をなす筒状体51と、フィルター52と、筒状体51の軸線に沿って摺動可能なピストン53と、を備え、これらで画成される内部空間54の圧力を大気圧より高い状態で維持し得る容器である。   First, the pressure vessel 5 is prepared. The pressure vessel 5 includes a tubular body 51 having a tubular shape, a filter 52, and a piston 53 slidable along the axis of the tubular body 51, and the pressure of the internal space 54 defined by these. Is a container that can be maintained in a state higher than atmospheric pressure.

耐圧容器5は、活物質成形体2と、固体電解質の形成材料を含む液状材料3Xと、を収容し、活物質成形体2中に液状材料3Xを含浸させる処理に用いられる。この処理により、液状材料3Xから形成される固体電解質層3は、最終的に、活物質成形体2の空隙内を含む活物質成形体2の表面に接するように形成されることとなる。   The pressure vessel 5 is used for a process in which the active material molded body 2 and a liquid material 3X containing a solid electrolyte forming material are accommodated and the active material molded body 2 is impregnated with the liquid material 3X. By this treatment, the solid electrolyte layer 3 formed from the liquid material 3X is finally formed so as to be in contact with the surface of the active material molded body 2 including the inside of the voids of the active material molded body 2.

本実施形態に係る耐圧容器5は、構造が簡単であることから、本製造方法を低コストで行うことができる。   Since the pressure vessel 5 according to this embodiment has a simple structure, the manufacturing method can be performed at low cost.

筒状体51は、図3の上下方向に軸線を有する筒状をなしており、この軸線の下端側に開口511を備え、上端側に開口512を備えている。したがって、開口511と開口512とは、軸線に沿う方向において互いに対向している。   The cylindrical body 51 has a cylindrical shape having an axis in the vertical direction in FIG. 3, and includes an opening 511 on the lower end side of the axis and an opening 512 on the upper end side. Therefore, the opening 511 and the opening 512 are opposed to each other in the direction along the axis.

筒状体51の形状は、筒状である他は特に限定されない。例えば、軸線に直交する断面の形状が円形である筒状や、断面の形状が多角形である筒状でよい。   The shape of the cylindrical body 51 is not particularly limited except that it is cylindrical. For example, a cylindrical shape having a circular cross section perpendicular to the axis or a cylindrical shape having a polygonal cross section may be used.

筒状体51の構成材料は、内部空間54に加えられる圧力に耐え得る気密性と機械的強度とを有する材料であれば、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼、アルミニウムのような金属材料、アルミナのようなセラミックス材料、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂のような樹脂材料等が挙げられる。   The constituent material of the cylindrical body 51 is not particularly limited as long as it is a material having airtightness and mechanical strength that can withstand the pressure applied to the internal space 54. For example, a metal material such as stainless steel or aluminum, Examples thereof include a ceramic material such as alumina, a resin material such as an acrylic resin, and an epoxy resin.

フィルター52は、筒状体51の開口511を塞ぐように設けられている。これにより、フィルター52と筒状体51の内壁との隙間は、液密性を有している。   The filter 52 is provided so as to close the opening 511 of the cylindrical body 51. Thereby, the clearance gap between the filter 52 and the inner wall of the cylindrical body 51 has liquid-tightness.

また、フィルター52は、耐圧容器5の内部空間54と外部空間55との間で、内部空間54に入れられた気体および液状材料3Xを通過可能に構成されている。これにより、内部空間54に残留する余分な気体を外部空間55に排出することができる。その結果、活物質成形体2の空隙内に存在する気体を、液状材料3Xで効率よく置換することができる。   The filter 52 is configured to allow the gas and the liquid material 3 </ b> X contained in the internal space 54 to pass between the internal space 54 and the external space 55 of the pressure-resistant container 5. Thereby, excess gas remaining in the internal space 54 can be discharged to the external space 55. As a result, the gas present in the voids of the active material molded body 2 can be efficiently replaced with the liquid material 3X.

さらに、フィルター52が液状材料3Xを透過させることによって、活物質成形体2の空隙内を液状材料3Xで充填することができたか否かを、容易に判断することが可能になる。すなわち、フィルター52に接する状態で活物質成形体2が位置している場合、活物質成形体2の空隙内に液状材料3Xが充填されると、その液状材料3Xの一部がフィルター52を透過して外部空間55に漏れ出ることとなる。したがって、フィルター52から液状材料3Xが漏れ出るのを確認することによって、活物質成形体2の空隙内の少なくとも一部に液状材料3Xが充填されたことを間接的に確認することができる。その結果、液状材料3Xの含浸作業をより効率よく行うことができる。   Further, it is possible to easily determine whether or not the voids of the active material molded body 2 can be filled with the liquid material 3X by allowing the filter 52 to pass through the liquid material 3X. That is, when the active material molded body 2 is positioned in contact with the filter 52, when the liquid material 3X is filled in the gap of the active material molded body 2, a part of the liquid material 3X permeates the filter 52. As a result, it leaks into the external space 55. Therefore, by confirming that the liquid material 3X leaks from the filter 52, it can be indirectly confirmed that at least a part of the gap in the active material molded body 2 is filled with the liquid material 3X. As a result, the impregnation operation of the liquid material 3X can be performed more efficiently.

フィルター52の構成材料は、特に限定されないが、例えば、多孔質体、織布、不織布、網、粉粒体等が挙げられる。このうち、多孔質体を含むフィルター52が好ましく用いられる。多孔質体は、比較的サイズの揃った連通孔を有するとともに、機械的強度の高いものが多い。このため、フィルター52として多孔質体を含むものを用いることにより、内部空間54に入れられた液状材料3Xに大気圧よりも高い圧力が加えられた場合でも、その圧力を保持した状態で液状材料3Xを透過可能なフィルター52が実現される。   Although the constituent material of the filter 52 is not specifically limited, For example, a porous body, a woven fabric, a nonwoven fabric, a net | network, a granular material etc. are mentioned. Among these, the filter 52 containing a porous body is preferably used. Many porous bodies have communication holes with relatively uniform sizes and high mechanical strength. For this reason, even when a pressure higher than the atmospheric pressure is applied to the liquid material 3X placed in the internal space 54 by using a filter containing a porous body, the liquid material is maintained in a state in which the pressure is maintained. A filter 52 capable of transmitting 3X is realized.

また、フィルター52は、セラミックス材料を含むものがより好ましく用いられる。セラミックス材料は、機械的強度および耐薬品性が特に高いため、後述する工程において、耐圧容器5の内部空間54に対して十分に高い圧力を加えることができ、また、液状材料3Xに侵され難い。このため、この高い圧力を駆動力にして、内部空間54に収容された活物質成形体2の空隙内に対して液状材料3Xを効率よく押し込むことができる。その結果、活物質成形体2の空隙内の隅々まで液状材料3Xを行き渡らせる確率を高めることができる。   The filter 52 is more preferably one containing a ceramic material. Since the ceramic material has particularly high mechanical strength and chemical resistance, a sufficiently high pressure can be applied to the internal space 54 of the pressure vessel 5 in the process described later, and it is difficult to be attacked by the liquid material 3X. . For this reason, this high pressure can be used as a driving force to efficiently push the liquid material 3X into the voids of the active material molded body 2 accommodated in the internal space 54. As a result, it is possible to increase the probability that the liquid material 3X is distributed to every corner in the gap of the active material molded body 2.

なお、セラミックス材料としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、シリカのような各種酸化物系セラミックス、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化ボロンのような各種窒化物系セラミックス、炭化アルミニウム、炭化チタンのような各種炭化物系セラミックス等が挙げられる。   Examples of ceramic materials include various oxide ceramics such as alumina, zirconia, titania, magnesia, and silica, various nitride ceramics such as aluminum nitride, titanium nitride, and boron nitride, aluminum carbide, and titanium carbide. Such various carbide-based ceramics can be mentioned.

また、ピストン53は、筒状体51の開口512を塞ぐように設けられており、筒状体51の内壁面に沿って摺動可能な部材である。   The piston 53 is a member that is provided so as to close the opening 512 of the cylindrical body 51 and is slidable along the inner wall surface of the cylindrical body 51.

したがって、フィルター52に対してピストン53を近づけるように摺動することによって、耐圧容器5の内部空間54の容積を小さくすることができる。これにより、内部空間54の圧力を上昇させることができる。   Therefore, the volume of the internal space 54 of the pressure vessel 5 can be reduced by sliding the piston 53 closer to the filter 52. Thereby, the pressure of the internal space 54 can be raised.

一方、フィルター52からピストン53を遠ざけるように摺動することによって、耐圧容器5の内部空間54の容積を大きくすることができる。これにより、内部空間54の圧力を低下させることができる。   On the other hand, by sliding the piston 53 away from the filter 52, the volume of the internal space 54 of the pressure vessel 5 can be increased. Thereby, the pressure of the internal space 54 can be reduced.

なお、ピストン53と筒状体51の内壁面との隙間は、気密性および液密性を有している。   Note that the gap between the piston 53 and the inner wall surface of the cylindrical body 51 has air tightness and liquid tightness.

このようにピストン53を用いて内部空間54の容積を変化させることにより、内部空間54の圧力を簡単に変化させることができる。このため、活物質成形体2の空隙内に液状材料3Xを含浸させる作業を、簡単かつ低コストの装置で、効率よく行うことができる。また、ピストン53を操作することによって、内部空間54の圧力を所望の値に調整することができる。   Thus, by changing the volume of the internal space 54 using the piston 53, the pressure of the internal space 54 can be easily changed. For this reason, the operation | work which impregnates the liquid material 3X in the space | gap of the active material molded object 2 can be efficiently performed with a simple and low-cost apparatus. Further, by operating the piston 53, the pressure in the internal space 54 can be adjusted to a desired value.

ピストン53の構成材料は、内部空間54に加えられる圧力に耐え得る気密性と機械的強度とを有する材料であれば、特に限定されないが、例えば、筒状体51と同様の材料が用いられる。   The material of the piston 53 is not particularly limited as long as it is a material having airtightness and mechanical strength that can withstand the pressure applied to the internal space 54. For example, the same material as that of the cylindrical body 51 is used.

なお、耐圧容器5の構成は、上述したものに限定されず、活物質成形体2と液状材料3Xとを収容し得る耐圧容器であれば、いかなるものであってもよい。   The configuration of the pressure vessel 5 is not limited to that described above, and any pressure vessel may be used as long as it can accommodate the active material molded body 2 and the liquid material 3X.

図3(a)に示すように、耐圧容器5の内部空間54に、活物質成形体2と、固体電解質の形成材料を含む液状材料3Xとを入れる。このように内部空間54に活物質成形体2と液状材料3Xとを併存させることにより、例えば毛細管現象を駆動力にして、ある程度の量の液状材料3Xは活物質成形体2の空隙(連通孔)内に含浸させることができる。しかしながら、活物質成形体2の空隙内の隅々にまで液状材料3Xを含浸させることは難しい。このため、後述する工程において、圧力を加えることにより、強制的に含浸させることが好ましい。   As shown in FIG. 3A, the active material molded body 2 and the liquid material 3X containing the solid electrolyte forming material are placed in the internal space 54 of the pressure vessel 5. In this way, by allowing the active material molded body 2 and the liquid material 3X to coexist in the internal space 54, for example, a certain amount of the liquid material 3X can be formed in the gap (communication hole) of the active material molded body 2 by using a capillary phenomenon as a driving force. ). However, it is difficult to impregnate the liquid material 3X into every corner of the gap of the active material molded body 2. For this reason, in the process mentioned later, it is preferable to forcibly impregnate by applying a pressure.

液状材料3Xは、固体電解質の前駆体の他に、固体電解質の前駆体を可溶な溶媒を含んでもよい。液状材料3Xが溶媒を含む場合には、本工程後、焼成の前に、適宜溶媒を除去するとよい。溶媒の除去は、加熱、減圧、送風など通常知られた方法の1種、または2種以上を組み合わせた方法を採用することができる。   In addition to the solid electrolyte precursor, the liquid material 3X may include a solvent in which the solid electrolyte precursor is soluble. When the liquid material 3X contains a solvent, the solvent may be appropriately removed after this step and before firing. For the removal of the solvent, a method known in the art such as heating, reduced pressure, and air blowing, or a method combining two or more types can be employed.

このように、流動性を有する液状材料3Xを用いて固体電解質層3を形成することから、微細な活物質成形体2の細孔の内部表面にも固体電解質層3が形成される。そのため、活物質成形体2と固体電解質層3との接触面積を拡大することができ、リチウム二次電池100の高出力化が図られる。   Thus, since the solid electrolyte layer 3 is formed using the fluid material 3X having fluidity, the solid electrolyte layer 3 is also formed on the inner surfaces of the pores of the fine active material molded body 2. Therefore, the contact area between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 can be increased, and the output of the lithium secondary battery 100 can be increased.

固体電解質の前駆体としては、例えば、以下の(A)(B)(C)が挙げられる。
(A)無機固体電解質が有する金属原子を無機固体電解質の組成式に従った割合で含み、酸化により無機固体電解質となる塩を有する組成物
Examples of the solid electrolyte precursor include the following (A), (B), and (C).
(A) A composition having a metal atom contained in an inorganic solid electrolyte in a proportion according to the composition formula of the inorganic solid electrolyte and having a salt that becomes an inorganic solid electrolyte by oxidation

(B)無機固体電解質が有する金属原子を無機固体電解質の組成式に従った割合で含む金属アルコキシドを有する組成物 (B) The composition which has a metal alkoxide which contains the metal atom which an inorganic solid electrolyte has in the ratio according to the composition formula of an inorganic solid electrolyte

(C)無機固体電解質微粒子、または無機固体電解質が有する金属原子を無機固体電解質の組成式に従った割合で含む微粒子ゾルを溶媒、または(A)もしくは(B)に分散させた分散液 (C) Inorganic solid electrolyte fine particles, or a dispersion in which fine particle sol containing metal atoms of inorganic solid electrolyte in a proportion according to the composition formula of the inorganic solid electrolyte is dispersed in a solvent, or (A) or (B)

なお、(A)に含まれる塩には、金属錯体を含む。また、(B)は、いわゆるゾルゲル法を用いて無機固体電解質を形成する場合の前駆体である。(A)および(B)では、前駆体の反応によって粒状体31が生成され、また、(C)では、分散媒が除去されることによって粒状体31が生成される。   In addition, the salt contained in (A) contains a metal complex. Moreover, (B) is a precursor in the case of forming an inorganic solid electrolyte using a so-called sol-gel method. In (A) and (B), the granular material 31 is produced | generated by reaction of a precursor, and in (C), the granular material 31 is produced | generated by removing a dispersion medium.

また、内部空間54には、活物質成形体2および液状材料3Xの他に、空気や各種ガス等が入っていてもよい。   In addition to the active material molded body 2 and the liquid material 3X, the internal space 54 may contain air, various gases, or the like.

次に、図3(b)に示すように、フィルター52に対してピストン53を近づけるように、ピストン53を動かす。これにより、内部空間54に大気圧より大きな圧力が加わる。   Next, as shown in FIG. 3B, the piston 53 is moved so that the piston 53 comes close to the filter 52. Thereby, a pressure larger than the atmospheric pressure is applied to the internal space 54.

液状材料3Xにも大気圧超の圧力が加わるため、液状材料3Xは、活物質成形体2の空隙内の空気の抜けや収縮に伴って、空隙内に浸入していく。そして、空隙内の空気は、液状材料3Xに押し出されるようにして、活物質成形体2の空隙から排出される。これにより、液状材料3Xを空隙内に含浸させた活物質成形体2が得られる(図4(a)参照)。   Since a pressure exceeding atmospheric pressure is also applied to the liquid material 3X, the liquid material 3X enters into the gap as the air escapes and contracts in the gap of the active material molded body 2. And the air in a space | gap is discharged | emitted from the space | gap of the active material molded object 2 so that it may be extruded by the liquid material 3X. Thereby, the active material molded object 2 which impregnated the liquid material 3X in the space | gap is obtained (refer Fig.4 (a)).

なお、本実施形態では、このように大気圧超の圧力を加えながら液状材料3Xを含浸させるため、従来よりも内径が小さい空隙を含む活物質成形体2に対しても液状材料3Xを効率よく含浸させることが可能になる。このため、本実施形態によれば、活物質成形体2と固体電解質層3との接触面積を拡大しやすくなり、リチウム二次電池100の高出力化を図ることができる。さらには、固体電解質層3を活物質成形体2の空隙の隅々まで行き渡らせることができるので、リチウム二次電池100の高容量化も図ることができる。   In the present embodiment, since the liquid material 3X is impregnated while applying a pressure exceeding the atmospheric pressure in this way, the liquid material 3X is also efficiently applied to the active material molded body 2 including a void having a smaller inner diameter than the conventional one. It can be impregnated. For this reason, according to this embodiment, it becomes easy to enlarge the contact area of the active material molded object 2 and the solid electrolyte layer 3, and the high output of the lithium secondary battery 100 can be achieved. Furthermore, since the solid electrolyte layer 3 can be spread to every corner of the gap of the active material molded body 2, the capacity of the lithium secondary battery 100 can be increased.

また、本実施形態に係る耐圧容器5は、フィルター52を備えているので、活物質成形体2の空隙内の空気は、このフィルター52を介して外部空間55へと排出される。このため、空隙内の空気を液状材料3Xで容易に置換することができる。その結果、活物質成形体2の空隙内の隅々まで液状材料3Xを行き渡らせる確率を高めることができる。   In addition, since the pressure resistant container 5 according to the present embodiment includes the filter 52, the air in the gap of the active material molded body 2 is discharged to the external space 55 through the filter 52. For this reason, the air in the gap can be easily replaced with the liquid material 3X. As a result, it is possible to increase the probability that the liquid material 3X is distributed to every corner in the gap of the active material molded body 2.

なお、耐圧容器5内における活物質成形体2と液状材料3Xとの位置関係は、特に限定されないものの、好ましくはフィルター52に対して活物質成形体2が接するような位置に設定する。これにより、本工程において、内部空間54が加圧され、活物質成形体2の空隙内に液状材料3Xが浸入するとともに、空隙内から押し出された空気が、活物質成形体2と接しているフィルター52へ効率よく移行することができる。その結果、液状材料3X中に空気が混入するのを抑制しつつ、フィルター52を介して外部空間55へと空気を効率よく排出することができる。   The positional relationship between the active material molded body 2 and the liquid material 3X in the pressure vessel 5 is not particularly limited, but is preferably set at a position where the active material molded body 2 is in contact with the filter 52. Thereby, in this process, the internal space 54 is pressurized, the liquid material 3X enters into the gap of the active material molded body 2, and the air pushed out from the gap is in contact with the active material molded body 2. The filter 52 can be efficiently transferred. As a result, air can be efficiently discharged to the external space 55 via the filter 52 while suppressing air from being mixed into the liquid material 3X.

また、本実施形態に係るフィルター52は、空気のみならず、液状材料3Xも透過させる。このため、活物質成形体2の空隙内に浸入した液状材料3Xは、空隙を通過し、さらにフィルター52を介して外部空間55へと排出される。したがって、フィルター52から液状材料3Xが排出されるのを確認することによって、活物質成形体2の空隙を通過するように液状材料3Xが充填されたことを間接的に確認することができる。その結果、液状材料3Xの含浸作業をより効率よく行うことができる。   In addition, the filter 52 according to the present embodiment transmits not only air but also the liquid material 3X. For this reason, the liquid material 3 </ b> X that has entered the gap of the active material molded body 2 passes through the gap and is discharged to the external space 55 through the filter 52. Therefore, by confirming that the liquid material 3X is discharged from the filter 52, it can be indirectly confirmed that the liquid material 3X is filled so as to pass through the voids of the active material molded body 2. As a result, the impregnation operation of the liquid material 3X can be performed more efficiently.

なお、上記観点から、フィルター52の孔径は、大気圧以下の圧力のときには液状材料3Xが透過しない一方、大気圧超の圧力が加わったときに液状材料3Xが透過し得る孔径に設定されるのが好ましい。これにより、内部空間54に圧力を加える前は、液状材料3Xを貯留することができ、圧力を加えた後には、液状材料3Xを透過可能なフィルター52を実現することができる。   From the above viewpoint, the pore size of the filter 52 is set to a pore size that allows the liquid material 3X not to pass through when the pressure is lower than atmospheric pressure, but allows the liquid material 3X to pass through when a pressure higher than atmospheric pressure is applied. Is preferred. Thus, the liquid material 3X can be stored before pressure is applied to the internal space 54, and the filter 52 that can transmit the liquid material 3X can be realized after pressure is applied.

このような孔径は、液状材料3Xの組成、フィルター52の構成材料等に応じて適宜調整されるため、一概には言えないものの、一例として、3nm以上10μm以下程度とされる。   Since such a pore diameter is appropriately adjusted according to the composition of the liquid material 3X, the constituent material of the filter 52, and the like, it cannot be generally specified, but is, for example, about 3 nm to 10 μm.

また、内部空間54に加える圧力は、大気圧より大きければ特に限定されないが、好ましくは大気圧の101%以上2000%以下に設定され、より好ましくは大気圧の110%以上1000%以下に設定される。   The pressure applied to the internal space 54 is not particularly limited as long as it is greater than atmospheric pressure, but is preferably set to 101% to 2000% of atmospheric pressure, more preferably 110% to 1000% of atmospheric pressure. The

なお、大気圧を100kPaとすると、内部空間54に加える圧力は、好ましくは10.1MPa以上200MPa以下に設定され、より好ましくは11MPa以上100MPa以下に設定される。   When the atmospheric pressure is 100 kPa, the pressure applied to the internal space 54 is preferably set to 10.1 MPa to 200 MPa, more preferably 11 MPa to 100 MPa.

内部空間54に加える圧力を上記の範囲内に設定することにより、活物質成形体2の空隙内に比較的短時間で液状材料3Xを含浸させつつ、耐圧容器5の耐圧力を必要以上に高めることを避けることができる。   By setting the pressure applied to the internal space 54 within the above range, the pressure resistance of the pressure vessel 5 is increased more than necessary while the liquid material 3X is impregnated in the gap of the active material molded body 2 in a relatively short time. You can avoid that.

なお、本工程は、必要に応じて複数回行うようにしてもよい。すなわち、本工程を行って活物質成形体2の空隙内に液状材料3Xを含浸させた後、活物質成形体2を耐圧容器5から取り出して液状材料3Xを乾燥させ、再び、この活物質成形体2と液状材料3Xとを内部空間54に入れて本工程を行うようにしてもよい。   In addition, you may be made to perform this process in multiple times as needed. That is, after performing this process and impregnating the liquid material 3X in the voids of the active material molded body 2, the active material molded body 2 is taken out from the pressure vessel 5 and the liquid material 3X is dried. You may make it perform this process by putting the body 2 and the liquid material 3X in the internal space 54.

次に、液状材料3Xを焼成させるための熱処理を施す。これにより、液状材料3Xが乾燥し、焼成され、粒状体31が生成される。複数の粒状体31同士が焼結しまたは連結して固体電解質層3が形成される(図4(b)参照)。   Next, heat treatment for firing the liquid material 3X is performed. Thereby, the liquid material 3X is dried and fired, and the granular material 31 is generated. The plurality of granular bodies 31 are sintered or connected to form the solid electrolyte layer 3 (see FIG. 4B).

液状材料3Xをの焼成は、大気雰囲気下、上述した活物質成形体2を得るための熱処理よりも低い温度で行うのが好ましい。具体的には、焼成温度は300℃以上700℃以下の温度範囲で行うとよい。焼成により前駆体から無機固体電解質が生成され、固体電解質層3が形成される。なお、固体電解質層の形成材料としては、特にLi0.35La0.55TiOを好適に用いることができる。 The firing of the liquid material 3X is preferably performed at a temperature lower than the heat treatment for obtaining the active material molded body 2 described above in an air atmosphere. Specifically, the baking temperature is preferably in the temperature range of 300 ° C. or higher and 700 ° C. or lower. By firing, an inorganic solid electrolyte is produced from the precursor, and the solid electrolyte layer 3 is formed. In particular, Li 0.35 La 0.55 TiO 3 can be suitably used as a material for forming the solid electrolyte layer.

このような温度範囲で焼成することにより、活物質成形体2と固体電解質層3との界面において、それぞれを構成する元素の相互拡散による固相反応が生じ、電気化学的に不活性な副生物が生成することを抑制することができる。また、無機固体電解質の結晶性が向上し、固体電解質層3のイオン伝導性を向上させることができる。加えて、活物質成形体2と固体電解質層3と密着性がより高くなり、活物質成形体2と固体電解質層3との界面における電荷移動が容易となる。これにより、電極複合体4を用いたリチウム電池の容量や出力が向上する。   By baking in such a temperature range, a solid-phase reaction occurs due to mutual diffusion of the elements constituting each at the interface between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3, and an electrochemically inactive byproduct. Can be suppressed. Further, the crystallinity of the inorganic solid electrolyte is improved, and the ionic conductivity of the solid electrolyte layer 3 can be improved. In addition, the adhesion between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 becomes higher, and charge transfer at the interface between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 becomes easy. Thereby, the capacity | capacitance and output of a lithium battery using the electrode assembly 4 are improved.

なお、焼成は、1度の熱処理で行うこととしてもよく、前駆体を活物質成形体2の表面に被着させる第1の熱処理と、第1の熱処理の処理温度以上700℃以下の温度条件で加熱する第2の熱処理と、に分けて行うこととしてもよい。このような段階的な熱処理で焼成を行うことにより、活物質成形体2と固体電解質層3との界面における電荷移動性をより高めることができる。   The firing may be performed by a single heat treatment, and the first heat treatment for depositing the precursor on the surface of the active material molded body 2 and the temperature condition of the first heat treatment to 700 ° C. or higher. It is good also as performing by dividing into the 2nd heat processing heated by. By performing firing by such stepwise heat treatment, the charge mobility at the interface between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 can be further enhanced.

以上のようにして、活物質成形体2と固体電解質層3とを備える電極複合体4が得られる。   As described above, an electrode assembly 4 including the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 is obtained.

続いて、電極複合体4を用いたリチウム二次電池100の製造方法について説明する。
まず、電極複合体4を用いて積層体10を形成する。積層体10は、電極複合体4に集電体1を接合することで形成することができる。積層体10は、電池の一方の電極側の構成物として使用することができる。
Then, the manufacturing method of the lithium secondary battery 100 using the electrode assembly 4 is demonstrated.
First, the laminate 10 is formed using the electrode assembly 4. The laminate 10 can be formed by bonding the current collector 1 to the electrode assembly 4. The laminate 10 can be used as a component on one electrode side of the battery.

電極複合体4と集電体1との接合は、次のようにして行うことができる。
電極複合体4の一面4aを研削・研磨することで、この一面4aから、活物質成形体2と固体電解質層3との双方を露出させる(図5(b)参照)。
The electrode composite 4 and the current collector 1 can be joined as follows.
By grinding and polishing one surface 4a of the electrode assembly 4, both the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 are exposed from the one surface 4a (see FIG. 5B).

なお、前記工程において、電極複合体4を形成した際に、一面4aから活物質成形体2と固体電解質層3との双方が露出することがある。この場合は、電極複合体4の一面4aにおける研削・研磨、すなわち本工程を省略することもできる。   In addition, in the said process, when the electrode composite 4 is formed, both the active material molded object 2 and the solid electrolyte layer 3 may be exposed from the one surface 4a. In this case, grinding / polishing on the one surface 4a of the electrode assembly 4, that is, this step can be omitted.

次に、図6(a)に示すように、電極複合体4の一面4aに対して集電体1を接合する(第3の工程)。これにより、活物質成形体2と固体電解質層3と集電体1とを備える積層体10が形成される。   Next, as shown in FIG. 6A, the current collector 1 is joined to the one surface 4a of the electrode assembly 4 (third step). Thereby, the laminated body 10 provided with the active material molded object 2, the solid electrolyte layer 3, and the electrical power collector 1 is formed.

なお、集電体1の接合は、別体として形成した集電体を電極複合体4の一面4aに接合することによって行ってもよく、電極複合体4の一面4aに上述した集電体1の形成材料を成膜し、電極複合体4の一面4aにおいて集電体1を形成することとしてもよい。   The current collector 1 may be joined by joining a current collector formed as a separate body to the one surface 4a of the electrode assembly 4, or the current collector 1 described above on the one surface 4a of the electrode composite 4. The current collector 1 may be formed on the one surface 4 a of the electrode assembly 4 by forming the current forming material.

また、集電体1の成膜方法としては、各種の物理気相成長法(PVD)および化学気相成長法(CVD)を用いることができる。   Moreover, as a film-forming method of the electrical power collector 1, various physical vapor deposition methods (PVD) and chemical vapor deposition methods (CVD) can be used.

次に、積層体10を用いてリチウム二次電池100を形成する。
上述したように積層体10は電池の一方の電極として使用することができる構成物であり、積層体10に含まれる電極複合体4の他面4bに他方の電極構成物を接合することで電池を形成することが可能となる。本実施形態における電池はリチウム二次電池である。上述した工程の後に下記の工程を経ることで、リチウム二次電池100が形成される。
Next, the lithium secondary battery 100 is formed using the stacked body 10.
As described above, the laminate 10 is a component that can be used as one electrode of the battery, and the battery is obtained by joining the other electrode component to the other surface 4b of the electrode composite 4 included in the laminate 10. Can be formed. The battery in this embodiment is a lithium secondary battery. The lithium secondary battery 100 is formed through the following steps after the above-described steps.

図6(b)に示すように、電極複合体4の他面4bに、他方の電極構成物である電極20を接合する(第4の工程)。   As shown in FIG.6 (b), the electrode 20 which is the other electrode structure is joined to the other surface 4b of the electrode composite 4 (4th process).

電極20の接合は、別体として形成した電極を電極複合体4の他面4bに接合することによって行ってもよく、電極複合体4の他面4bに上述した電極20の形成材料を成膜し、電極複合体4の他面4bにおいて電極20を形成することとしてもよい。   The electrode 20 may be joined by joining a separately formed electrode to the other surface 4b of the electrode assembly 4, and the electrode 20 forming material is formed on the other surface 4b of the electrode assembly 4. In addition, the electrode 20 may be formed on the other surface 4 b of the electrode assembly 4.

なお、電極20の成膜方法は、前記工程において、集電体1の成膜方法で挙げたのと同様の方法を用いることができる。
以上のような工程を経ることで、リチウム二次電池100が製造される。
The electrode 20 can be formed by the same method as described in the method of forming the current collector 1 in the above step.
Through the steps as described above, the lithium secondary battery 100 is manufactured.

(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態とは異なる構造のリチウム二次電池およびその製造方法について説明する。なお、本実施形態を含め以降の実施形態において、第1実施形態における構成要素と同様の構成要素について同一の番号を付与し、その説明を省略する場合がある。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, a lithium secondary battery having a structure different from that of the first embodiment and a manufacturing method thereof will be described. In the following embodiments including this embodiment, the same number is assigned to the same component as the component in the first embodiment, and the description thereof may be omitted.

図8は、本実施形態におけるリチウム二次電池100Aの縦断面図である。
リチウム二次電池100Aでは、電極複合体4とは構成が異なる電極複合体4Aが集電体1と電極20とに接合して設けられている。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the lithium secondary battery 100A in the present embodiment.
In the lithium secondary battery 100 </ b> A, an electrode composite 4 </ b> A having a configuration different from that of the electrode composite 4 is provided to be joined to the current collector 1 and the electrode 20.

固体電解質層3を形成するための液体材料3Xは、加熱による焼成過程において、その体積が縮小する場合があり、その結果として電極複合体4には活物質成形体2が有していた空隙とは異なる形状の新たな空隙が存在する場合がある。電極複合体4Aは、当該新たな空隙に充填層30を充填したものである。   The volume of the liquid material 3X for forming the solid electrolyte layer 3 may be reduced in the firing process by heating. As a result, the electrode composite 4 has a gap between the active material molded body 2 and the liquid material 3X. There may be new voids of different shapes. The electrode assembly 4A is obtained by filling the new void with the filling layer 30.

充填層30は、リチウムイオンを伝導し、室温で非晶質(ガラス質、アモルファス)である固体電解質で形成されている。充填層30は、例えば、リチウムイオン伝導性を備える、SiまたはBを含むリチウム複酸化物により形成される。具体的には、充填層30は、Li2SiO3およびLi6SiO5の少なくとも一方を含んでもよい。 The filling layer 30 is formed of a solid electrolyte that conducts lithium ions and is amorphous (glassy or amorphous) at room temperature. The filling layer 30 is formed of, for example, a lithium double oxide containing Si or B having lithium ion conductivity. Specifically, the filling layer 30 may include at least one of Li 2 SiO 3 and Li 6 SiO 5 .

このような充填層30は、例えば、流動性を備える前駆体溶液、すなわち、室温で非晶質である固体電解質の前駆体溶液を、上記の新たな空隙に含浸させた後、加熱する方法を用いて形成することができる。   Such a packed bed 30 may be formed by, for example, impregnating the above-mentioned new voids with a precursor solution having fluidity, that is, a precursor solution of a solid electrolyte that is amorphous at room temperature, followed by heating. Can be formed.

また、充填層30としては、室温で固体(非晶質)であり、前駆体を焼成する際の体積収縮が固体電解質層3よりも少ない材料を用いることが好ましい。また、充填層30は、固体電解質層3と同程度またはそれより低温で形成できるものであることが好ましい。これは、固体電解質層3と充填層30との相互拡散を抑制するためである。例えば固体電解質層3としてLi0.35La0.55TiOを、充填層30としてLiSiOを用いた場合を考える。この場合、固体電解質層3を形成する際の焼成温度は700℃程度であるが、充填層30を形成する際の形成温度が800℃を超えると、固体電解質層3と充填層30とで相互拡散が発生してしまうおそれがある。この条件を満たした上で、充填層30の前駆体としては固体電解質層3の前駆体と同様に(A)〜(C)のいずれかが挙げられる。これを溶媒(例えばアルコール系の化合物)で希釈して前駆体溶液を得る。この前駆体溶液を、上記の新たな空隙に含浸させる。前駆体溶液を含浸させる方法は、固体電解質層3について説明したものと同様である。 In addition, as the filling layer 30, it is preferable to use a material that is solid (amorphous) at room temperature and has a volume shrinkage smaller than that of the solid electrolyte layer 3 when the precursor is fired. Moreover, it is preferable that the filling layer 30 can be formed at the same level as or lower than the solid electrolyte layer 3. This is to suppress mutual diffusion between the solid electrolyte layer 3 and the filling layer 30. For example, Li 0.35 La 0.55 TiO 3 as the solid electrolyte layer 3, a case of using the Li 2 SiO 3 as the filling layer 30. In this case, the firing temperature at the time of forming the solid electrolyte layer 3 is about 700 ° C., but if the formation temperature at the time of forming the filling layer 30 exceeds 800 ° C., the solid electrolyte layer 3 and the filling layer 30 mutually Diffusion may occur. After satisfying this condition, the precursor of the filling layer 30 may be any one of (A) to (C) as in the precursor of the solid electrolyte layer 3. This is diluted with a solvent (for example, an alcohol compound) to obtain a precursor solution. The precursor solution is impregnated in the new void. The method for impregnating the precursor solution is the same as that described for the solid electrolyte layer 3.

また、上記の新たな空隙に充填された前駆体溶液を加熱する加熱温度は、例えば300℃以上450℃以下に設定される。   Moreover, the heating temperature which heats the precursor solution with which said new space | gap was filled is set to 300 to 450 degreeC, for example.

(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態および第2実施形態とは異なる構造のリチウム二次電池およびその製造方法について説明する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a lithium secondary battery having a structure different from that of the first embodiment and the second embodiment and a manufacturing method thereof will be described.

図9は、本実施形態におけるリチウム二次電池100Bの縦断面図である。
リチウム二次電池100Bでは、電極複合体4とは構成が異なる電極複合体4Bが集電体1と電極20とに接合して設けられている。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the lithium secondary battery 100B in the present embodiment.
In the lithium secondary battery 100 </ b> B, an electrode composite 4 </ b> B having a configuration different from that of the electrode composite 4 is provided to be joined to the current collector 1 and the electrode 20.

すなわち、第3実施形態のリチウム二次電池100Bにおいて、電極複合体4Bは、活物質成形体2と、固体電解質層3と、固体電解質層3の形成により残存する空隙に充填された電解液36と、固体電解質層3と電極20との間にこれらの双方と接合する電解液含浸層35と、を有している。換言すれば、電極複合体4Bは、前記第1実施形態の電極複合体4に残存している空隙に充填して設けられた電解液36と、電極複合体4と電極20との間に設けられた電解液含浸層35とを、さらに有している。   That is, in the lithium secondary battery 100B of the third embodiment, the electrode assembly 4B includes the active material molded body 2, the solid electrolyte layer 3, and the electrolytic solution 36 filled in the voids remaining due to the formation of the solid electrolyte layer 3. And an electrolyte-impregnated layer 35 bonded to both of the solid electrolyte layer 3 and the electrode 20. In other words, the electrode assembly 4 </ b> B is provided between the electrode assembly 4 and the electrode 20, and the electrolytic solution 36 provided by filling the voids remaining in the electrode assembly 4 of the first embodiment. The electrolyte solution impregnated layer 35 is further provided.

この電極複合体4Bでは、電極複合体4と電極20との間に電解液含浸層35が設けられており、この電解液含浸層35から残存する空隙に電解液36が供給されることで充填される。これにより、空隙において、活物質成形体2と固体電解質層3との接触面積が低下するのを防止し、活物質成形体2と固体電解質層3との間での抵抗が増大することに起因して活物質成形体2と固体電解質層3との間におけるイオン伝導率が低下するのを確実に防止することができる。   In this electrode complex 4B, an electrolyte solution impregnated layer 35 is provided between the electrode complex 4 and the electrode 20, and the electrolyte solution 36 is supplied to the remaining space from the electrolyte solution impregnated layer 35 to fill the electrode complex 4B. Is done. As a result, the contact area between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 is prevented from decreasing in the gap, and the resistance between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 is increased. Thus, it is possible to reliably prevent the ion conductivity between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 from being lowered.

また、通常、リチウム二次電池において充放電サイクルを繰り返すと、活物質成形体または固体電解質層の体積が変動する場合がある。これに対して、本実施形態では、例えば、体積が収縮して空隙が広がったとしても、電解液含浸層35からさらに電解液が浸み出し、空隙が電解液36で充填される。一方、体積が拡大して空隙が狭くなったとしても、空隙の電解液36が電解液含浸層35に浸み込まれる。このように、電極複合体4Bの空隙は体積変動を吸収する緩衝空間となり、電荷の伝導経路の確保につながる。すなわち、高出力の電池を得ることができる。   In general, when the charge / discharge cycle is repeated in the lithium secondary battery, the volume of the active material molded body or the solid electrolyte layer may vary. On the other hand, in the present embodiment, for example, even when the volume shrinks and the voids expand, the electrolytic solution further oozes out from the electrolytic solution impregnated layer 35 and the voids are filled with the electrolytic solution 36. On the other hand, even if the volume is increased and the gap is narrowed, the electrolyte solution 36 in the gap is immersed in the electrolyte-impregnated layer 35. As described above, the gap of the electrode assembly 4B becomes a buffer space that absorbs the volume fluctuation, and leads to securing of a charge conduction path. That is, a high output battery can be obtained.

なお、電解液36(電解液含浸層中のイオン液体)は少量かつ不揮発性であるため、液漏れおよび燃焼の問題はない。   Note that since the electrolytic solution 36 (ionic liquid in the electrolytic solution-impregnated layer) is small and non-volatile, there is no problem of liquid leakage and combustion.

電解液含浸層35は、耐リチウム膜およびポリマーゲル電解質の供給元として機能する膜である。この電解液含浸層35は、リチウムイオンを伝導する電解液を含浸させたフィルムである。すなわち、電解液含浸層35は、支持体と、ポリマーゲル電解質(電解液)とを含む。   The electrolyte solution impregnated layer 35 is a film that functions as a supply source of a lithium-resistant film and a polymer gel electrolyte. The electrolytic solution impregnated layer 35 is a film impregnated with an electrolytic solution that conducts lithium ions. That is, the electrolytic solution impregnated layer 35 includes a support and a polymer gel electrolyte (electrolytic solution).

支持体は、電解液含浸層(PEGフィルム)35の構造を物理的に支えるためのものである。支持体は、不純物を析出せず、ポリマーゲル電解質等の他の材料と反応せず、イオン液体+Li塩+モノマーとの濡れ性が高いものが好ましい。不純物を析出したり化学反応を起こしてしまうと特性が変化してしまうおそれがある。また、濡れ性が悪いと支持体に高分子が均一に形成できないおそれがある。なお、支持体を用いずにポリマーゲル電解質中のポリマー成分の比率を上げて強度を改善することもできるが、ポリマー成分の比率を上げるとLiの伝導率の低下を招くので支持体を用いることが好ましい。支持体としては、例えば、長繊維セルロースや、疎水性のPVDF(ポリフッ化ビニリデン)が用いられる。   The support is for physically supporting the structure of the electrolyte solution impregnated layer (PEG film) 35. The support preferably does not precipitate impurities, does not react with other materials such as a polymer gel electrolyte, and has high wettability with ionic liquid + Li salt + monomer. If impurities are deposited or a chemical reaction occurs, the characteristics may change. Further, when the wettability is poor, there is a possibility that the polymer cannot be formed uniformly on the support. It is possible to improve the strength by increasing the ratio of the polymer component in the polymer gel electrolyte without using the support, but increasing the ratio of the polymer component causes a decrease in the conductivity of Li, so use the support. Is preferred. As the support, for example, long fiber cellulose or hydrophobic PVDF (polyvinylidene fluoride) is used.

ポリマーゲル電解質は、Liに対して化学的に安定で、ゲル化して電解液を抱えることができる特性を有することが要求される。通常のPEG(ポリエチレングリコール)系フィルムは、還元を抑える耐リチウム還元層になり電池動作の確認はできる。しかし、PEGフィルムではイオン伝導度の改善が見込めず、電池としての実用的な出力は得られないおそれがある。電池として実用的な出力を得るには、Liの伝導性の向上が必要である。そこで本実施形態では、電解液が揮発しないゲルポリマー電解質を用いている。   The polymer gel electrolyte is required to have a property that is chemically stable to Li and can be gelled to hold an electrolytic solution. A normal PEG (polyethylene glycol) film becomes a lithium-resistant reduction layer that suppresses reduction, and battery operation can be confirmed. However, the PEG film cannot be expected to improve ion conductivity, and there is a possibility that a practical output as a battery cannot be obtained. In order to obtain a practical output as a battery, it is necessary to improve the conductivity of Li. Therefore, in this embodiment, a gel polymer electrolyte that does not volatilize the electrolyte is used.

このような電極複合体4Bは、例えば、空隙が残存する活物質成形体2と固体電解質層3との複合体の一面に、電解液含浸層35を貼り付け、これにより、電解液含浸層35から電解液を空隙に供給させる方法を用いて形成することができる。   In such an electrode composite 4B, for example, an electrolyte-impregnated layer 35 is attached to one surface of the composite of the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 in which voids remain, whereby the electrolyte-impregnated layer 35 is obtained. The electrolyte solution can be formed using a method of supplying the electrolyte solution to the gap.

電解液含浸層35は、例えば、支持体(基材)に電解液およびモノマーを含む前駆体溶液を含浸させ、これを光重合させることにより作製する。電解液は、イオン液体およびリチウム塩を含む。イオン液体としては、例えばP13−TFSI(N−メチル−N−プロピルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)が用いられる。リチウム塩としては、Li−TFSI(リチウムN,N−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)が用いられる。モノマーとしては、例えばポリエチレングリコールジアクリレート(TEGDA)が用いられる。以上の電解液に重合開始剤および炭酸エチレンを混合し、PGE作製溶液を得る。重合開始剤としては、例えばラジカル型光重合開始剤(例えば、BASF社製IRGACURE651、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン)を用いる。重合開始剤は、例えば重量比で6:1の混合比率で混合される。炭酸エチレンは、SEI(Solid Electrolyte Interface)形成材料として用いられる。SEIは、Li電極表面を不活性化・安定化させる被膜である。SEIは電解液の還元的分解反応によって生成しており、最初のサイクルにおいて炭酸エチレンの分解反応で電荷が消費されることが確認されている。炭酸エチレンは、混合比率1で混合される。このPGE作製溶液を、支持体に含浸させる。支持体としては、例えば、MILLIPORE社製の疎水性PVDFメンブレンフィルターを用いる。PGE作製溶液を含浸させた支持体に所定の波長帯の光(例えば紫外光)を照射してモノマーを光重合させてポリマー化し、電解液含浸層35を得る。電解液含浸層35に含まれる電解液が、残存する空隙に充填されて電解液36として機能する。   The electrolytic solution impregnated layer 35 is produced, for example, by impregnating a support (base material) with a precursor solution containing an electrolytic solution and a monomer and photopolymerizing the precursor solution. The electrolytic solution includes an ionic liquid and a lithium salt. As the ionic liquid, for example, P13-TFSI (N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) is used. As the lithium salt, Li-TFSI (lithium N, N-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) is used. For example, polyethylene glycol diacrylate (TEGDA) is used as the monomer. A polymerization initiator and ethylene carbonate are mixed in the above electrolytic solution to obtain a PGE preparation solution. As the polymerization initiator, for example, a radical photopolymerization initiator (for example, IRGACURE651,2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one manufactured by BASF) is used. The polymerization initiator is mixed at a mixing ratio of, for example, 6: 1 by weight. Ethylene carbonate is used as a SEI (Solid Electrolyte Interface) forming material. SEI is a coating that inactivates and stabilizes the surface of the Li electrode. SEI is produced by a reductive decomposition reaction of the electrolytic solution, and it has been confirmed that charges are consumed by the decomposition reaction of ethylene carbonate in the first cycle. Ethylene carbonate is mixed at a mixing ratio of 1. The support is impregnated with this PGE preparation solution. As the support, for example, a hydrophobic PVDF membrane filter manufactured by MILLIPORE is used. The support impregnated with the PGE preparation solution is irradiated with light of a predetermined wavelength band (for example, ultraviolet light) to photopolymerize the monomer and polymerize to obtain the electrolyte solution impregnated layer 35. The electrolytic solution contained in the electrolytic solution-impregnated layer 35 is filled in the remaining gap and functions as the electrolytic solution 36.

この電解液含浸層35に含まれる電解液は、固体電解質(Li0.35La0.55TiO)への濡れ性が良好であり、固体電解質層3を伝わって残存する空隙内に浸み渡って行き、これにより、電解液36が空隙内に充填される。 The electrolyte contained in the electrolyte-impregnated layer 35 has good wettability to the solid electrolyte (Li 0.35 La 0.55 TiO 3 ), and soaks in the remaining voids along the solid electrolyte layer 3. As a result, the electrolyte solution 36 is filled in the gap.

(第4実施形態)
本実施形態では、第1〜3実施形態とは異なる構造のリチウム二次電池およびその製造方法について説明する。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, a lithium secondary battery having a structure different from those in the first to third embodiments and a method for manufacturing the lithium secondary battery will be described.

図10は、本実施形態におけるリチウム二次電池100Cの縦断面図である。リチウム電池100Cは、集電体1と電極20との間に、電極複合体4とは構成が異なる電極複合体4Cを有している。   FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a lithium secondary battery 100C in the present embodiment. The lithium battery 100 </ b> C includes an electrode composite 4 </ b> C having a configuration different from that of the electrode composite 4 between the current collector 1 and the electrode 20.

電極複合体4Cは、活物質粒子21と貴金属粒子22とを有する活物質成形体2Cと、固体電解質層3とを有している。貴金属粒子22は粒子状であり、互いに連結する複数の活物質粒子21の表面に付着したり、活物質粒子21同士の間に介在したりする。   The electrode composite 4 </ b> C includes an active material molded body 2 </ b> C having active material particles 21 and noble metal particles 22, and a solid electrolyte layer 3. The noble metal particles 22 are in the form of particles, and are attached to the surfaces of a plurality of active material particles 21 connected to each other or interposed between the active material particles 21.

これにより、複数の活物質粒子21同士における電子の受け渡し、および、活物質粒子21と固体電解質層3との間におけるリチウムイオンの受け渡しに、貴金属粒子22が介在し、これらをより円滑に行うことができるようになる。さらに、複数の活物質粒子21同士における電子の受け渡し、および、活物質粒子21と固体電解質層3との間におけるリチウムイオンの受け渡しが、長期に亘って安定的に維持されることとなる。そのため、かかる構成の電極複合体4Cをリチウム二次電池100Cに適用することで、リチウム二次電池100Cは、長期に亘って安定的に、高出力かつ高容量を維持するものとなる。貴金属粒子22は、1000℃以上の融点を有する貴金属を形成材料(構成材料)として含有していることが好ましい。   Thereby, the noble metal particles 22 are interposed in the transfer of electrons between the plurality of active material particles 21 and the transfer of lithium ions between the active material particles 21 and the solid electrolyte layer 3, and these can be performed more smoothly. Will be able to. Furthermore, the transfer of electrons between the plurality of active material particles 21 and the transfer of lithium ions between the active material particles 21 and the solid electrolyte layer 3 are stably maintained over a long period of time. Therefore, by applying the electrode assembly 4C having such a configuration to the lithium secondary battery 100C, the lithium secondary battery 100C can stably maintain a high output and a high capacity over a long period of time. The noble metal particles 22 preferably contain a noble metal having a melting point of 1000 ° C. or higher as a forming material (constituent material).

1000℃以上の融点を有する貴金属としては、特に限定されないが、金(Au;融点1061℃)、白金(Pt;融点1768℃)、パラジウム(Pd;融点1554℃)、ロジウム(Rh;融点1964℃)、イリジウム(Ir;融点2466℃)、ルテニウム(Ru;融点2334℃)、オスミウム(Os;融点3033℃)が挙げられ、これらの金属を単独で用いることもできるし、これら金属の合金を用いるようにしてもよい。これらの中でも、白金およびパラジウムのうちの少なくとも1種であることが好ましい。これらの貴金属は、貴金属の中では比較的安価で取り扱いが容易であるとともに、リチウムイオンおよび電子の伝導性に優れるものである。そのため、貴金属粒子22の構成材料として用いることで、複数の活物質粒子21同士における電子の受け渡し、および、活物質粒子21と固体電解質層3との間におけるリチウムイオンの受け渡しを、より円滑に行うことができるようにするとともに、長期に亘ってより安定的に維持することが可能なものとする。   The noble metal having a melting point of 1000 ° C. or higher is not particularly limited, but gold (Au; melting point 1061 ° C.), platinum (Pt; melting point 1768 ° C.), palladium (Pd; melting point 1554 ° C.), rhodium (Rh; melting point 1964 ° C.) ), Iridium (Ir; melting point 2466 ° C.), ruthenium (Ru; melting point 2334 ° C.), osmium (Os; melting point 3033 ° C.), and these metals can be used alone, or alloys of these metals are used. You may do it. Among these, at least one of platinum and palladium is preferable. These noble metals are relatively inexpensive and easy to handle among the noble metals, and are excellent in lithium ion and electron conductivity. Therefore, by using it as a constituent material of the noble metal particles 22, the transfer of electrons between the plurality of active material particles 21 and the transfer of lithium ions between the active material particles 21 and the solid electrolyte layer 3 are performed more smoothly. And capable of being more stably maintained over a long period of time.

また、貴金属粒子22は、その平均粒径が0.1μm以上10μm以下であることが好ましく、0.1μm以上5μm以下であることがより好ましい。なお、貴金属粒子22の平均粒径は、活物質粒子21の平均粒径を測定したのと同様の方法を用いて測定することができる。   The noble metal particles 22 preferably have an average particle size of 0.1 μm to 10 μm, and more preferably 0.1 μm to 5 μm. The average particle diameter of the noble metal particles 22 can be measured using the same method as that for measuring the average particle diameter of the active material particles 21.

さらに、活物質成形体2Cにおける貴金属粒子22の含有率は、0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましく、1質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。   Furthermore, the content of the noble metal particles 22 in the active material molded body 2C is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less.

貴金属粒子22の平均粒径および含有率を、それぞれ、前記範囲内に設定することにより、貴金属粒子22を、より確実に活物質粒子21の表面に付着させたり、活物質粒子21同士の間に介在させたりすることができるようになる。その結果、複数の活物質粒子21同士における電子の受け渡し、および、活物質粒子21と固体電解質層3との間におけるリチウムイオンの受け渡しを、より円滑に行うことができるとともに、長期に亘ってより安定的に維持することが可能となる。   By setting the average particle size and content of the noble metal particles 22 within the above ranges, the noble metal particles 22 can be more reliably attached to the surface of the active material particles 21 or between the active material particles 21. It becomes possible to intervene. As a result, the transfer of electrons between the plurality of active material particles 21 and the transfer of lithium ions between the active material particles 21 and the solid electrolyte layer 3 can be performed more smoothly, and over a long period of time. It becomes possible to maintain it stably.

このような活物質成形体2Cは、例えば、前述したリチウム二次電池の製造方法において、活物質粒子21とともに貴金属粒子22を添加することにより製造することができる。   Such an active material molded body 2C can be manufactured, for example, by adding the noble metal particles 22 together with the active material particles 21 in the above-described method for manufacturing a lithium secondary battery.

以上、本発明の電極複合体の製造方法およびリチウム電池の製造方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の電極複合体の製造方法およびリチウム電池の製造方法には、1または2以上の任意の工程が追加されていてもよい。また、本発明のリチウム電池の製造方法は、前記各実施形態で説明したリチウム二次電池の製造の他、一次電池の製造にも適用できる。また、本発明の電極複合体の製造方法で製造される電極複合体は、前述した各実施形態で製造された電極複合体の2つ以上の構成を任意に組み合わせた構成を有するものであってもよい。
なお、本発明は、本発明の主旨を逸脱しない限りにおいて、広く適用が可能である。
As mentioned above, although the manufacturing method of the electrode composite_body | complex of this invention and the manufacturing method of a lithium battery were demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this. For example, one or two or more arbitrary steps may be added to the method for producing an electrode assembly and the method for producing a lithium battery of the present invention. Moreover, the manufacturing method of the lithium battery of this invention is applicable also to manufacture of a primary battery other than manufacture of the lithium secondary battery demonstrated in the said each embodiment. Moreover, the electrode composite manufactured by the method for manufacturing an electrode composite of the present invention has a configuration in which two or more configurations of the electrode composite manufactured in each embodiment described above are arbitrarily combined. Also good.
Note that the present invention can be widely applied without departing from the gist of the present invention.

1 集電体
2 活物質成形体
2C 活物質成形体
3 固体電解質層
3X 液状材料
4 電極複合体
4A 電極複合体
4B 電極複合体
4C 電極複合体
4a 一面
4b 他面
5 耐圧容器
10 積層体
20 電極
21 活物質粒子
22 貴金属粒子
26 スラリー
30 充填層
31 粒状体
35 電解液含浸層
36 電解液
51 筒状体
52 フィルター
53 ピストン
54 内部空間
55 外部空間
100 リチウム二次電池
100A リチウム二次電池
100B リチウム二次電池
100C リチウム二次電池
511 開口
512 開口
F 成形型
F2 成形型
F21 底部
F22 蓋部
F25 凹部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Current collector 2 Active material molded object 2C Active material molded object 3 Solid electrolyte layer 3X Liquid material 4 Electrode complex 4A Electrode complex 4B Electrode complex 4C Electrode complex 4a One side 4b Other side 5 Pressure-resistant container 10 Laminate 20 Electrode 21 Active Material Particles 22 Precious Metal Particles 26 Slurry 30 Packing Layer 31 Granule 35 Electrolyte Impregnated Layer 36 Electrolyte 51 Tubular Body 52 Filter 53 Piston 54 Internal Space 55 External Space 100 Lithium Secondary Battery 100A Lithium Secondary Battery 100B Lithium Secondary Secondary battery 100C Lithium secondary battery 511 Opening 512 Opening F Molding die F2 Molding die F21 Bottom F22 Lid F25 Recess

Claims (8)

空隙を有する活物質成形体を形成する第1の工程と、
前記活物質成形体と固体電解質の形成材料を含む液体材料とを耐圧容器に入れ、前記耐圧容器内部の圧力を大気圧より高くする第2の工程と、
を含むことを特徴とする電極複合体の製造方法。
A first step of forming an active material molded body having voids;
A second step of placing the active material molded body and a liquid material containing a solid electrolyte forming material in a pressure resistant container, and setting the pressure inside the pressure resistant container to be higher than atmospheric pressure;
A method for producing an electrode composite comprising:
前記耐圧容器の内部の容積を変化させることで、前記耐圧容器内部の圧力を変化させることを特徴とする請求項1に記載の電極複合体の製造方法。   The method for producing an electrode assembly according to claim 1, wherein the pressure inside the pressure vessel is changed by changing the volume inside the pressure vessel. 前記耐圧容器は、前記液体材料が透過可能なフィルターを備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の電極複合体の製造方法。   The method for producing an electrode assembly according to claim 1, wherein the pressure vessel includes a filter that allows the liquid material to pass therethrough. 前記フィルターは、多孔質体を含むことを特徴とする請求項3に記載の電極複合体の製造方法。   The said filter contains a porous body, The manufacturing method of the electrode composite_body | complex of Claim 3 characterized by the above-mentioned. 前記フィルターは、セラミックス材料を含むことを特徴とする請求項3または4に記載の電極構造体の製造方法。   The method for manufacturing an electrode structure according to claim 3, wherein the filter includes a ceramic material. 前記耐圧容器内部の圧力の変化は、前記活物質成形体と前記フィルターとが接している状態で行われることを特徴とする請求項3ないし5のいずれか1項に記載の電極複合体の製造方法。   The production of the electrode assembly according to any one of claims 3 to 5, wherein the pressure inside the pressure vessel is changed while the active material molded body and the filter are in contact with each other. Method. 前記耐圧容器は、
軸線に沿って互いに対向する2つの開口を備える筒状体と、
前記2つの開口の一方を塞いで設けられた、前記フィルターと、
前記2つの開口の他方を塞いで設けられた、前記軸線に沿って摺動可能なピストンと、
を備えていることを特徴とする請求項3ないし6のいずれか1項に記載の電極複合体の製造方法。
The pressure vessel is
A cylindrical body having two openings facing each other along an axis;
The filter provided by closing one of the two openings;
A piston provided by closing the other of the two openings and slidable along the axis;
The method for producing an electrode assembly according to any one of claims 3 to 6, further comprising:
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の電極複合体の製造方法により製造された電極複合体の一方の面に、前記活物質成形体と接するように集電体を接合する第3の工程と、
前記電極複合体の他方の面に、電極構成物を設ける第4の工程と、
を含み、
前記他方の面は、前記活物質成形体が露出していないことを特徴とするリチウム電池の製造方法。
A current collector joined to one surface of an electrode composite manufactured by the method for manufacturing an electrode composite according to any one of claims 1 to 7 so as to be in contact with the active material molded body. 3 steps,
A fourth step of providing an electrode composition on the other surface of the electrode composite;
Including
The method of manufacturing a lithium battery, wherein the active material molded body is not exposed on the other surface.
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JP2017010805A (en) * 2015-06-23 2017-01-12 三洋化成工業株式会社 Lithium-ion battery and manufacturing method therefor
JP2020080285A (en) * 2018-11-14 2020-05-28 トヨタ自動車株式会社 Active material

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