JP2016213105A - Active material mold manufacturing method, electrode composite manufacturing method, and lithium battery manufacturing method - Google Patents

Active material mold manufacturing method, electrode composite manufacturing method, and lithium battery manufacturing method Download PDF

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Tsutomu Teraoka
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an active material mold manufacturing method by which an active material mold enabling the materialization of a high-output and high-capacity lithium battery into reality can be manufactured efficiently; an electrode composite manufacturing method by which an electrode composite enabling the materialization of the above lithium battery can be manufactured efficiently; and a lithium battery manufacturing method by which the above lithium battery can be manufactured efficiently.SOLUTION: An active material mold manufacturing method comprises the steps of: preparing a laminate board 8 arranged by laminating a sacrificing layer 7 having a first concave part 711 and a second concave part 721, an upper substrate 81 (first lid part), and a lower substrate 82 (second lid part); deforming the sacrificing layer 7 by evacuating an external space S where the laminate board 8 is placed to expand the first concave part 711 and the second concave part 721 respectively; putting an active material forming material in the first concave part 711; and decomposing and removing the sacrificing layer 7 by heating the sacrificing layer 7 and the active material forming material respectively, thereby obtaining an active material mold.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、活物質成形体の製造方法、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 active material molded body, a method for producing an electrode composite, 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).

ところが、各電気機器の消費電力の増大に伴って、これらの全固体型リチウム電池のみならず、非固体型リチウム電池においても、さらなる高出力化および高容量化が求められている。   However, as the power consumption of each electric device increases, not only these all solid-state lithium batteries but also non-solid-state lithium batteries are required to have higher output and higher capacity.

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、高出力かつ高容量を有するリチウム電池を実現し得る活物質成形体を効率よく製造可能な活物質成形体の製造方法、前記リチウム電池を実現し得る電極複合体を効率よく製造可能な電極複合体の製造方法、および、前記リチウム電池を効率よく製造可能な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 active material molded body capable of efficiently producing an active material molded body capable of realizing a lithium battery having high output and high capacity, and an electrode composite capable of realizing the lithium battery. It is providing the manufacturing method of the electrode complex which can manufacture efficiently, and the manufacturing method of the lithium battery which can manufacture the said lithium battery efficiently.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の活物質成形体の製造方法は、互いに対向する第1の面および第2の面と、前記第1の面に開口する複数の第1の凹部と、前記第2の面に開口する複数の第2の凹部と、を有する犠牲層と、
前記第1の凹部の開口を塞ぐ第1の蓋部と、
前記第2の凹部の開口を塞ぐ第2の蓋部と、を用意する準備工程と、
前記犠牲層が置かれた空間を減圧し、前記第1の凹部の体積および前記第2の凹部の体積をそれぞれ膨張させることにより、前記犠牲層を変形させる減圧工程と、
前記第1の凹部内に活物質の形成材料を入れる充填工程と、
前記犠牲層および前記活物質の形成材料をそれぞれ加熱することにより、前記犠牲層を分解、除去し、かつ、活物質成形体を得る加熱工程と、
を含むことを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The manufacturing method of the active material molded body of the present invention includes a first surface and a second surface facing each other, a plurality of first recesses opened in the first surface, and an opening in the second surface. A sacrificial layer having a plurality of second recesses;
A first lid for closing the opening of the first recess;
A preparation step of preparing a second lid portion that closes the opening of the second recess;
Decompressing the sacrificial layer by deforming the sacrificial layer by decompressing the space in which the sacrificial layer is placed and expanding the volume of the first recess and the volume of the second recess, respectively;
A filling step of placing an active material forming material in the first recess;
A heating step of decomposing and removing the sacrificial layer by heating the sacrificial layer and the active material forming material, and obtaining an active material molded body;
It is characterized by including.

これにより、第1の凹部によって形成材料を成形しつつ、活物質成形体を製造することができるので、例えば微細で複雑な形状の活物質成形体であっても効率よく製造することができる。したがって、高出力かつ高容量を有するリチウム電池を実現し得る活物質成形体を効率よく製造することができる。   Thereby, since an active material molded object can be manufactured, shaping | molding a forming material with a 1st recessed part, even if it is a fine and complicated shape active material molded object, it can manufacture efficiently. Accordingly, an active material molded body that can realize a lithium battery having high output and high capacity can be efficiently produced.

本発明の活物質成形体の製造方法では、前記第2の面を透視しつつ前記第1の面を平面視したとき、前記第1の凹部と前記第2の凹部とが互いにずれていることが好ましい。   In the method for producing an active material molded body of the present invention, the first recess and the second recess are displaced from each other when the first surface is viewed in plan while seeing through the second surface. Is preferred.

これにより、第1の凹部および第2の凹部がそれぞれ犠牲層の厚さ方向に体積膨張したとき、その膨張が互いに阻害され難くなる。その結果、体積膨張後の第1の凹部および第2の凹部は、それぞれ樹脂層の厚さに近い長さを有する細長いものとなり、第1の凹部および第2の凹部の各アスペクト比をより大きくすることができるので、最終的には、高出力かつ高容量を有するリチウム電池を実現可能な活物質成形体を得ることができる。   As a result, when the first recess and the second recess each expand in volume in the thickness direction of the sacrificial layer, the expansion is hardly inhibited from each other. As a result, the first concave portion and the second concave portion after volume expansion are each elongated with a length close to the thickness of the resin layer, and the aspect ratios of the first concave portion and the second concave portion are increased. Therefore, finally, an active material molded body capable of realizing a lithium battery having high output and high capacity can be obtained.

本発明の活物質成形体の製造方法では、前記第2の面を透視しつつ前記第1の面を平面視したとき、前記第1の凹部および前記第2の凹部は、それぞれ規則的に配置されていることが好ましい。   In the method for producing an active material molded body of the present invention, when the first surface is viewed in plan while seeing through the second surface, the first recess and the second recess are regularly arranged, respectively. It is preferable that

これにより、単位体積当たりの第1の凹部の体積を容易に大きくすることができ、かつ、第1の凹部に隣り合う第2の凹部の体積も同時に大きくすることが容易になるので、この犠牲層を用いることによって、活物質成形体の充填率を高めつつ、活物質成形体と固体電解質層との接触面積を大きくすることができる。したがって、このような犠牲層を用いることにより、高出力かつ高容量を有するリチウム電池を実現可能な活物質成形体を得ることができる。   As a result, the volume of the first recess per unit volume can be easily increased, and the volume of the second recess adjacent to the first recess can be easily increased at the same time. By using the layer, the contact area between the active material molded body and the solid electrolyte layer can be increased while increasing the filling rate of the active material molded body. Therefore, by using such a sacrificial layer, an active material molded body capable of realizing a lithium battery having high output and high capacity can be obtained.

本発明の活物質成形体の製造方法では、前記充填工程において、前記第1の蓋部を前記犠牲層から外した後、前記各第1の凹部内に前記活物質の形成材料を入れ、隣り合う2つの前記第1の凹部内に入れた前記活物質の形成材料同士を繋げることが好ましい。   In the method for producing an active material molded body of the present invention, in the filling step, after the first lid portion is removed from the sacrificial layer, the active material forming material is placed in each of the first recesses. It is preferable that the active material forming materials placed in the two matching first recesses are connected to each other.

これにより、リチウム電池に用いられたとき、集電体に対して十分に広い接触面積を有し、集電体との電子伝導性を高め得る活物質成形体が得られる。   Thereby, when used in a lithium battery, an active material molded body having a sufficiently wide contact area with the current collector and capable of enhancing the electron conductivity with the current collector is obtained.

本発明の活物質成形体の製造方法では、前記犠牲層の構成材料は、樹脂材料を含むことが好ましい。
これにより、分解性が高く、適度な柔軟性を有する犠牲層が得られる。
In the method for producing an active material molded body of the present invention, the constituent material of the sacrificial layer preferably includes a resin material.
Thereby, a sacrificial layer having high decomposability and moderate flexibility can be obtained.

本発明の電極複合体の製造方法は、互いに対向する第1の面および第2の面と、前記第1の面に開口する第1の凹部と、前記第2の面に開口する第2の凹部と、を有する犠牲層と、
前記第1の凹部の開口を塞ぐ第1の蓋部と、
前記第2の凹部の開口を塞ぐ第2の蓋部と、を用意する準備工程と、
前記犠牲層が置かれた空間を減圧し、前記第1の凹部の体積および前記第2の凹部の体積をそれぞれ膨張させることにより、前記犠牲層を変形させる減圧工程と、
前記第1の凹部内に活物質の形成材料を入れ、前記第2の凹部内に電解質の形成材料を入れる充填工程と、
前記犠牲層、前記活物質の形成材料および前記電解質の形成材料をそれぞれ加熱することにより、前記犠牲層を分解、除去し、かつ、活物質成形体および固体電解質層を得る加熱工程と、
を含むことを特徴とする。
The method for manufacturing an electrode assembly of the present invention includes a first surface and a second surface facing each other, a first recess opening in the first surface, and a second surface opening in the second surface. A sacrificial layer having a recess,
A first lid for closing the opening of the first recess;
A preparation step of preparing a second lid portion that closes the opening of the second recess;
Decompressing the sacrificial layer by deforming the sacrificial layer by decompressing the space in which the sacrificial layer is placed and expanding the volume of the first recess and the volume of the second recess, respectively;
A filling step of placing an active material forming material in the first recess and an electrolyte forming material in the second recess;
Heating the sacrificial layer, the active material forming material, and the electrolyte forming material, respectively, to decompose and remove the sacrificial layer and obtain an active material molded body and a solid electrolyte layer;
It is characterized by including.

これにより、第1の凹部によって活物質の形成材料を成形しつつ、活物質成形体を製造し、第2の凹部によって電解質の形成材料を成形しつつ、固体電解質層を製造することができるので、例えばアスペクト比の大きい部分を含む活物質成形体や固体電解質層であってもそれぞれ効率よく製造することができる。したがって、高出力かつ高容量を有するリチウム電池を実現し得る電極複合体を効率よく製造することができる。   As a result, an active material molded body can be manufactured while the active material forming material is molded by the first recess, and a solid electrolyte layer can be manufactured while the electrolyte forming material is molded by the second recess. For example, even an active material molded body or a solid electrolyte layer including a portion having a large aspect ratio can be efficiently produced. Therefore, an electrode assembly capable of realizing a lithium battery having high output and high capacity can be efficiently manufactured.

本発明の電極複合体の製造方法は、前記第2の面を透視しつつ前記第1の面を平面視したとき、前記第1の凹部と前記第2の凹部とが互いにずれていることが好ましい。   In the method for manufacturing an electrode assembly of the present invention, when the first surface is viewed in plan while seeing through the second surface, the first concave portion and the second concave portion are displaced from each other. preferable.

これにより、第1の凹部および第2の凹部がそれぞれ犠牲層の厚さ方向に体積膨張したとき、その膨張が互いに阻害され難くなる。その結果、体積膨張後の第1の凹部および第2の凹部は、それぞれ樹脂層の厚さに近い長さを有する細長いものとなり、第1の凹部および第2の凹部の各アスペクト比をより大きくすることができるので、最終的には、高出力かつ高容量を有するリチウム電池を実現可能な電極複合体を得ることができる。   As a result, when the first recess and the second recess each expand in volume in the thickness direction of the sacrificial layer, the expansion is hardly inhibited from each other. As a result, the first concave portion and the second concave portion after volume expansion are each elongated with a length close to the thickness of the resin layer, and the aspect ratios of the first concave portion and the second concave portion are increased. Therefore, finally, an electrode composite capable of realizing a lithium battery having high output and high capacity can be obtained.

本発明の電極複合体の製造方法は、前記第2の面を透視しつつ前記第1の面を平面視したとき、前記第1の凹部および前記第2の凹部は、それぞれ規則的に配置されていることが好ましい。   In the method for manufacturing an electrode assembly according to the present invention, when the first surface is viewed in plan while seeing through the second surface, the first recess and the second recess are regularly arranged. It is preferable.

これにより、単位体積当たりの第1の凹部の体積を容易に大きくすることができ、かつ、第1の凹部に隣り合う第2の凹部の体積も同時に大きくすることが容易になるので、この犠牲層を用いることによって、活物質成形体および固体電解質層の充填率を高めつつ、活物質成形体と固体電解質層との接触面積を大きくすることができる。したがって、このような犠牲層を用いることにより、高出力かつ高容量を有するリチウム電池を実現可能な活物質成形体を得ることができる。   As a result, the volume of the first recess per unit volume can be easily increased, and the volume of the second recess adjacent to the first recess can be easily increased at the same time. By using the layer, the contact area between the active material molded body and the solid electrolyte layer can be increased while increasing the filling rate of the active material molded body and the solid electrolyte layer. Therefore, by using such a sacrificial layer, an active material molded body capable of realizing a lithium battery having high output and high capacity can be obtained.

本発明の電極複合体の製造方法は、前記充填工程において、
前記第1の蓋部を前記犠牲層から外した後、前記各第1の凹部内に前記活物質の形成材料を入れ、隣り合う2つの前記第1の凹部内に入れた前記活物質の形成材料同士を繋げるとともに、
前記第2の蓋部を前記犠牲層から外した後、前記各第2の凹部内に前記電解質の形成材料を入れ、隣り合う2つの前記第2の凹部内に入れた前記電解質の形成材料同士を繋げることが好ましい。
The method for producing an electrode composite according to the present invention includes the filling step,
After removing the first lid from the sacrificial layer, the active material forming material is placed in each of the first recesses, and the active material is formed in two adjacent first recesses. While connecting materials together,
After the second lid portion is removed from the sacrificial layer, the electrolyte forming material is put into each of the second recesses, and the electrolyte forming materials are put into two adjacent second recesses. It is preferable to connect.

これにより、リチウム電池に用いられたとき、集電体に対して十分に広い接触面積を有する活物質成形体と、電極に対して十分に広い接触面積を有する固体電解質層と、を有する電極複合体が得られる。   Thereby, when used in a lithium battery, an electrode composite having an active material molded body having a sufficiently large contact area with respect to the current collector and a solid electrolyte layer having a sufficiently large contact area with respect to the electrode The body is obtained.

本発明の電極複合体の製造方法は、前記犠牲層の構成材料は、樹脂材料を含むことが好ましい。
これにより、分解性が高く、適度な柔軟性を有する犠牲層が得られる。
In the electrode composite manufacturing method of the present invention, it is preferable that the constituent material of the sacrificial layer includes a resin material.
Thereby, a sacrificial layer having high decomposability and moderate flexibility can be obtained.

本発明のリチウム電池の製造方法は、本発明の活物質成形体の製造方法により製造された活物質成形体に接するように電解質層を設ける工程と、
前記活物質成形体と接するように集電体を設ける工程と、
前記電解質層と接するように電極を設ける工程と、
を含むことを特徴とする。
The method for producing a lithium battery of the present invention includes a step of providing an electrolyte layer in contact with the active material molded body produced by the method for producing an active material molded body of the present invention,
Providing a current collector in contact with the active material molded body;
Providing an electrode in contact with the electrolyte layer;
It is characterized by including.

これにより、高出力かつ高容量を有する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 having high output and high capacity can be manufactured efficiently.

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設ける工程と、
前記電極複合体の他方の面に、電極構成物を設ける工程と、
を含むことを特徴とする。
The lithium battery manufacturing method of the present invention includes a step of providing a current collector on one surface of the electrode composite manufactured by the electrode composite manufacturing method of the present invention so as to be in contact with the active material molded body,
Providing an electrode composition on the other surface of the electrode composite;
It is characterized by including.

これにより、高出力かつ高容量を有する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 having high output and high capacity can be manufactured efficiently.

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. 図1に示すリチウム二次電池の第1製造方法における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 the electrode complex in the 1st manufacturing method of the lithium secondary battery shown in FIG. 図1に示すリチウム二次電池の第1製造方法における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 the electrode complex in the 1st manufacturing method of the lithium secondary battery shown in FIG. 図1に示すリチウム二次電池の第1製造方法における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 the electrode complex in the 1st manufacturing method of the lithium secondary battery shown in FIG. 図1に示すリチウム二次電池の第1製造方法における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 the electrode complex in the 1st manufacturing method of the lithium secondary battery shown in FIG. 図1に示すリチウム二次電池の第1製造方法における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 the electrode complex in the 1st manufacturing method of the lithium secondary battery shown in FIG. 図1に示すリチウム二次電池の第1製造方法における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 the electrode complex in the 1st manufacturing method of the lithium secondary battery shown in FIG. 図1に示すリチウム二次電池の第1製造方法における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 the electrode complex in the 1st manufacturing method of the lithium secondary battery shown in FIG. 図1に示すリチウム二次電池の第1製造方法における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 the electrode complex in the 1st manufacturing method of the lithium secondary battery shown in FIG. 図1に示すリチウム二次電池の第1製造方法における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 the electrode complex in the 1st manufacturing method of the lithium secondary battery shown in FIG. 図1に示すリチウム二次電池の第1製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st manufacturing method of the lithium secondary battery shown in FIG. 図1に示すリチウム二次電池の第2製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd manufacturing method of the lithium secondary battery shown in FIG. 図1に示すリチウム二次電池の第2製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd manufacturing method of the lithium secondary battery shown in FIG. 第2実施形態における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 in 2nd Embodiment. 第3実施形態における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 in 3rd Embodiment. 第4実施形態における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 in 4th Embodiment. 他の構成例に係る犠牲層の上面(第1の面)側から下面(第2の面)側を透視した平面図である。It is the top view which saw through the lower surface (2nd surface) side from the upper surface (1st surface) side of the sacrificial layer which concerns on the other structural example.

以下、本発明に係る活物質成形体の製造方法、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。   Hereinafter, a method for producing an active material molded body, a method for producing an electrode composite, and a method for producing a lithium battery according to the present invention will be described with reference to the drawings.

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「下」と言う。   In the drawings used for the description, the dimensions, ratios, and the like of the respective components are appropriately changed for easy understanding of the drawings and for easy understanding of the drawings, but this is for convenience. For convenience of explanation, the upper side of the description is referred to as “upper” and the lower side “lower”.

(第1実施形態)
本実施形態では、本発明に係る活物質成形体の製造方法、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、本発明に係る活物質成形体の製造方法、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, an active material molded body manufacturing method, an electrode composite manufacturing method, and a lithium battery manufacturing method according to the present invention will be described. In addition, a description will be given of a lithium secondary battery manufactured by applying the method for manufacturing an active material molded body, the method for manufacturing an electrode composite, and the method for manufacturing a lithium battery according to the present invention.

まず、本発明に係る活物質成形体の製造方法、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 description will be given of a lithium secondary battery 100 manufactured by applying an active material molded body manufacturing method, an electrode composite manufacturing method, and a lithium battery manufacturing method according to the present invention. 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孔が活物質成形体2の空隙である。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. The pores in the plurality of pores are voids of the active material molded body 2. Portions of the active material molded body 2 that communicate with each other in a mesh form form communication holes. 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.

また、本実施形態の積層体10(電極複合体4)は、後に詳述するが、活物質成形体2の形成材料および固体電解質層3の形成材料が互いに隔てられた空間(凹部)によって成形され、その後、この空間を画成している型(犠牲層)ごと、加熱されることによって形成された活物質成形体2および固体電解質層3を有している。このため、活物質成形体2および固体電解質層3は、型の形状に基づいて、それぞれ所望の成形パターンでかつ高精度に成形されたものとなり、双方の成形パターン次第で、両者の接触面積を最大限に確保することが可能である。このため、活物質成形体2と固体電解質層3との界面におけるインピーダンスを低減させ、界面における良好な電荷移動が可能になる。   Moreover, the laminated body 10 (electrode assembly 4) of this embodiment is formed by a space (concave portion) in which the forming material of the active material molded body 2 and the forming material of the solid electrolyte layer 3 are separated from each other, as will be described in detail later. Thereafter, each mold (sacrificial layer) defining this space has an active material molded body 2 and a solid electrolyte layer 3 formed by heating. For this reason, the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 are each molded with a desired molding pattern and high precision based on the shape of the mold, and the contact area between the two depends on the molding pattern of both. It is possible to ensure the maximum. For this reason, the impedance at the interface between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 is reduced, and favorable charge transfer at the interface becomes possible.

ここで、本実施形態では、複数個の活物質粒子21同士が凝集して活物質凝集体25を形成している。そして、このような活物質凝集体25が複数個、層状に並ぶことによって活物質成形体2が形成されている。   Here, in the present embodiment, a plurality of active material particles 21 are aggregated to form an active material aggregate 25. The active material molded body 2 is formed by arranging a plurality of such active material aggregates 25 in layers.

本実施形態に係る活物質凝集体25は、それぞれ図1に示すように、集電体1と電極20とを結ぶ方向に長軸を有する柱状をなしている。そして、活物質成形体2には、複数の活物質凝集体25が含まれており、これらが互いに所定の距離を隔てて並んでいる。   As shown in FIG. 1, each of the active material aggregates 25 according to the present embodiment has a columnar shape having a major axis in the direction connecting the current collector 1 and the electrode 20. The active material molded body 2 includes a plurality of active material aggregates 25 that are arranged at a predetermined distance from each other.

さらに、活物質凝集体25同士の間には、後述する柱状に成形された固体電解質層3(電解質凝集体35)が介挿されている。したがって、本実施形態に係る電極複合体4では、活物質凝集体25と電解質凝集体35との間でより広い接触面積を確保することができる。   Further, between the active material aggregates 25, a solid electrolyte layer 3 (electrolyte aggregate 35) formed in a columnar shape, which will be described later, is interposed. Therefore, in the electrode assembly 4 according to this embodiment, a wider contact area can be ensured between the active material aggregate 25 and the electrolyte aggregate 35.

加えて、集電体1と電極20とを結ぶ方向に長軸を有する活物質凝集体25は、この方向における電荷移動をより促進することができる。これにより、リチウム二次電池100の出力をより高めることができる。   In addition, the active material aggregate 25 having a long axis in the direction connecting the current collector 1 and the electrode 20 can further promote charge transfer in this direction. Thereby, the output of the lithium secondary battery 100 can be further increased.

活物質粒子21は、活物質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。   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.

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。   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)に基づいて測定することができる。   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. And (3) the density of the active material constituting the active material molded body 2 can be measured based on the following formula (I).

Figure 2016213105
Figure 2016213105

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、細孔の内部に固体電解質層3の形成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 diameter of the active material particles 21 is less than the lower limit, depending on the type of the forming material of the solid electrolyte layer 3, the formed active material molded body has a fine pore radius of several tens of nanometers. This makes it difficult to allow the material for forming the solid electrolyte layer 3 to enter the pores, and as a result, it may be difficult to form the solid electrolyte layer 3 in contact with the surface inside the pores.

また、活物質粒子21の平均粒径が上記上限値を超えると、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 upper limit, the specific surface area, which is the surface area per unit mass, of the formed active material molded body 2 is reduced, and the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 are reduced. There is a risk that the contact area with the surface becomes small. 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.

一方、本実施形態に係る活物質凝集体25は、前述したように、複数個の活物質粒子21同士が凝集することによって形成されている。   On the other hand, the active material aggregate 25 according to the present embodiment is formed by aggregating a plurality of active material particles 21 as described above.

活物質凝集体25の長軸の平均長さは、5μm以上500μm以下が好ましく、10μm以上300μm以下がより好ましい。このような長軸長さの活物質凝集体25を用いると、活物質凝集体25のアスペクト比(短軸の長さに対する長軸の長さの比)を大きくし易い。このため、このような活物質凝集体25を用いることにより、長軸方向の電荷移動度を高めつつ、活物質成形体2と固体電解質層3との接触面積をより広げやすくなる。その結果、リチウム二次電池100の高容量化と高出力化とを両立させることができる。   The average length of the major axis of the active material aggregate 25 is preferably 5 μm or more and 500 μm or less, and more preferably 10 μm or more and 300 μm or less. When the active material aggregate 25 having such a major axis length is used, the aspect ratio of the active material aggregate 25 (ratio of the length of the major axis to the length of the minor axis) can be easily increased. For this reason, using such an active material aggregate 25 makes it easier to increase the contact area between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 while increasing the charge mobility in the long axis direction. As a result, it is possible to achieve both high capacity and high output of the lithium secondary battery 100.

なお、活物質凝集体25の長軸の平均長さは、例えば、活物質凝集体25を電子顕微鏡等で観察し、観察像における最大長さを求めるとともに、10個以上の測定値を平均することによって求められる。   In addition, the average length of the long axis of the active material aggregate 25 is obtained by, for example, observing the active material aggregate 25 with an electron microscope or the like to obtain the maximum length in the observation image and averaging 10 or more measured values. Is required.

また、活物質凝集体25の平均アスペクト比は、1.5以上100以下が好ましく、5以上50以下がより好ましい。このような平均アスペクト比の活物質凝集体25を用いると、活物質凝集体25の表面積を十分に確保しつつ、短軸を十分に短くすることができるので、短軸方向には活物質凝集体25を高密度に並べることが可能になる。このため、表面積の大きい活物質凝集体25を高密度に配置することによって、活物質凝集体25の長軸方向における高い電荷移動度と、単位体積当たりの活物質の高充填化とを両立させ、高出力かつ高容量のリチウム二次電池100を実現可能な電極複合体4を得ることができる。   The average aspect ratio of the active material aggregate 25 is preferably 1.5 or more and 100 or less, and more preferably 5 or more and 50 or less. When the active material aggregate 25 having such an average aspect ratio is used, the short axis can be sufficiently shortened while sufficiently securing the surface area of the active material aggregate 25. It becomes possible to arrange the aggregates 25 with high density. For this reason, by arranging the active material aggregates 25 having a large surface area at a high density, it is possible to achieve both high charge mobility in the major axis direction of the active material aggregates 25 and high packing of the active material per unit volume. In addition, the electrode assembly 4 capable of realizing the lithium secondary battery 100 having a high output and a high capacity can be obtained.

なお、活物質凝集体25の平均アスペクト比は、例えば、電子顕微鏡等による活物質凝集体25の観察像において、最大長さの径を長軸とし、長軸に直交する方向の最大長さの径を短軸としたとき、短軸の長さに対する長軸の長さの比を求め、10個以上の測定値を平均することによって求められる。   The average aspect ratio of the active material aggregate 25 is, for example, the maximum length in the direction orthogonal to the long axis, with the diameter of the maximum length as the major axis in the observation image of the active material aggregate 25 by an electron microscope or the like. When the diameter is the short axis, the ratio of the length of the long axis to the length of the short axis is obtained, and it is obtained by averaging 10 or more measured values.

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の表面に接して設けられている。   The solid electrolyte layer 3 is provided in contact with the surface of the active material molded body 2 using a solid electrolyte as a forming material (constituent material).

また、本実施形態に係る固体電解質層3では、複数個の粒状体31同士が凝集することによって電解質凝集体35が形成されている。そして、このような電解質凝集体35が複数個、層状に並ぶことによって固体電解質層3が形成されている。   Further, in the solid electrolyte layer 3 according to the present embodiment, the electrolyte aggregate 35 is formed by aggregating the plurality of granular bodies 31 with each other. The solid electrolyte layer 3 is formed by arranging a plurality of such electrolyte aggregates 35 in layers.

本実施形態に係る電解質凝集体35は、それぞれ、図1に示すように、集電体1と電極20とを結ぶ方向に長軸を有する柱状をなしている。そして、固体電解質層3には、複数の電解質凝集体35が含まれており、これらが互いに所定の距離を隔てて並んでいる。   As shown in FIG. 1, each of the electrolyte aggregates 35 according to the present embodiment has a columnar shape having a major axis in the direction connecting the current collector 1 and the electrode 20. The solid electrolyte layer 3 includes a plurality of electrolyte aggregates 35 that are arranged at a predetermined distance from each other.

さらに、電解質凝集体35同士の間には、前述した活物質凝集体25が介挿されている。したがって、本実施形態に係る電極複合体4では、電解質凝集体35と活物質凝集体25との間でより広い接触面積を確保することができ、リチウム二次電池100の高出力化を図ることができる。また、単位体積当たりの固体電解質の充填率を高めることができ、リチウム二次電池100の高容量化を図ることができる。   Further, the active material aggregate 25 described above is interposed between the electrolyte aggregates 35. Therefore, in the electrode assembly 4 according to the present embodiment, a wider contact area can be secured between the electrolyte aggregate 35 and the active material aggregate 25, and the output of the lithium secondary battery 100 can be increased. Can do. Moreover, the filling rate of the solid electrolyte per unit volume can be increased, and the capacity of the lithium secondary battery 100 can be increased.

加えて、集電体1と電極20とを結ぶ方向に長軸を有する電解質凝集体35は、この方向における電荷移動をより促進することができる。これにより、リチウム二次電池100の出力をより高めることができる。   In addition, the electrolyte aggregate 35 having a long axis in the direction connecting the current collector 1 and the electrode 20 can further promote charge transfer in this direction. Thereby, the output of the lithium secondary battery 100 can be further increased.

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.

また、固体電解質としては、特に、下記式(II)で表されるリチウム複酸化物が好ましく用いられる。   Further, as the solid electrolyte, a lithium double oxide represented by the following formula (II) is particularly preferably used.

Li7-xLa3(Zr2-x,Mx)O12 ・・・ (II)
[式中、Mは、Nb、Sc、Ti、V、Y、Hf、Ta、Al、Si、Ga、Ge、Sn、およびSbのうちの少なくとも1種を表し、Xは0以上2以下の実数を表す。]
Li 7-x La 3 (Zr 2-x , M x ) O 12 (II)
[Wherein M represents at least one of Nb, Sc, Ti, V, Y, Hf, Ta, Al, Si, Ga, Ge, Sn, and Sb, and X is a real number of 0 or more and 2 or less Represents. ]

なお、上記式のMは、特に、Nb(ニオブ)およびTa(タンタル)のうちの少なくとも1種であることが好ましい。これにより、得られる固体電解質のリチウムイオン伝導性をより高めることができ、かつ、固体電解質の機械的強度をより高めることができる。   Note that M in the above formula is preferably at least one of Nb (niobium) and Ta (tantalum). Thereby, the lithium ion conductivity of the obtained solid electrolyte can be further increased, and the mechanical strength of the solid electrolyte can be further increased.

また、上記式のX、すなわち、金属Mの置換率は、1以上2以下であるのが好ましく、1.4以上2以下であるのがより好ましい。前記Xが小さ過ぎると、金属Mの種類等によっては、固体電解質において、前述した機能を十分に発揮させることができないおそれがある。   In addition, X in the above formula, that is, the substitution rate of the metal M is preferably 1 or more and 2 or less, and more preferably 1.4 or more and 2 or less. If the X is too small, depending on the type of the metal M or the like, the solid electrolyte may not be able to fully exhibit the above-described functions.

また、上記式で表されるリチウム複酸化物は、立方晶または正方晶のいずれの結晶構造を有するものであってもよいが、立方晶のガーネット型結晶構造を有することが好ましい。これにより、固体電解質のイオン導電率のさらなる向上が図られる。
また、より具体的には、Li6.8La3Zr1.8Nb0.212が特に好ましく用いられる。
The lithium double oxide represented by the above formula may have a cubic or tetragonal crystal structure, but preferably has a cubic garnet crystal structure. Thereby, the further improvement of the ionic conductivity of a solid electrolyte is achieved.
More specifically, Li 6.8 La 3 Zr 1.8 Nb 0.2 O 12 is particularly preferably used.

本実施形態に係る固体電解質層3の構成材料である固体電解質は、固体電解質の前駆体(電解質の形成材料)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。
なお、固体電解質層3は、必ずしも多孔質体でなくてもよく、緻密体であってもよい。
The solid electrolyte that is a constituent material of the solid electrolyte layer 3 according to the present embodiment is generated by firing (heating) a solid electrolyte precursor (electrolyte forming material). 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 made of a porous body.
The solid electrolyte layer 3 is not necessarily a porous body, and may be a dense 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 lower limit value, 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. May decrease.

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.

また、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。   Further, 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 for 8 hours at 700 ° C. in an air atmosphere, and then sputtering to form both surfaces of the press-formed body. 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.

一方、本実施形態に係る電解質凝集体35は、前述したように、複数個の粒状体31同士が凝集することによって形成されている。   On the other hand, as described above, the electrolyte aggregate 35 according to the present embodiment is formed by aggregating a plurality of granular bodies 31.

電解質凝集体35の長軸の平均長さは、5μm以上500μm以下が好ましく、10μm以上300μm以下がより好ましい。このような長軸長さの電解質凝集体35を用いると、電解質凝集体35のアスペクト比を大きくし易い。このため、このような電解質凝集体35を用いることにより、長軸方向の電荷移動度を高めつつ、固体電解質層3と活物質成形体2との接触面積をより広げやすくなる。その結果、リチウム二次電池100の高容量化と高出力化とを両立させることができる。   The average length of the major axis of the electrolyte aggregate 35 is preferably 5 μm or more and 500 μm or less, and more preferably 10 μm or more and 300 μm or less. When the electrolyte aggregate 35 having such a long axis length is used, the aspect ratio of the electrolyte aggregate 35 can be easily increased. For this reason, by using such an electrolyte aggregate 35, it becomes easier to increase the contact area between the solid electrolyte layer 3 and the active material molded body 2 while increasing the charge mobility in the long axis direction. As a result, it is possible to achieve both high capacity and high output of the lithium secondary battery 100.

なお、電解質凝集体35の長軸の平均長さは、例えば、電解質凝集体35を電子顕微鏡等で観察し、観察像における最大長さを求めるとともに、10個以上の測定値を平均することによって求められる。   The average length of the major axis of the electrolyte aggregate 35 is obtained by, for example, observing the electrolyte aggregate 35 with an electron microscope or the like to obtain the maximum length in the observation image and averaging ten or more measured values. Desired.

また、電解質凝集体35の平均アスペクト比は、1.5以上100以下が好ましく、5以上50以下がより好ましい。このような平均アスペクト比の電解質凝集体35を用いると、電解質凝集体35の表面積を十分に確保しつつ、短軸を十分に短くすることができるので、短軸方向には電解質凝集体35を高密度に並べることが可能になる。このため、表面積の大きい電解質凝集体35を高密度に配置することによって、リチウム二次電池100の高容量化と高出力化とを両立させることができる。   The average aspect ratio of the electrolyte aggregate 35 is preferably 1.5 or more and 100 or less, and more preferably 5 or more and 50 or less. When the electrolyte aggregate 35 having such an average aspect ratio is used, the short axis can be sufficiently shortened while sufficiently securing the surface area of the electrolyte aggregate 35. Therefore, the electrolyte aggregate 35 is formed in the short axis direction. It becomes possible to arrange in high density. For this reason, the high capacity | capacitance and high output of the lithium secondary battery 100 can be made compatible by arrange | positioning the electrolyte aggregate 35 with a large surface area with high density.

なお、電解質凝集体35の平均アスペクト比は、例えば、電解質凝集体35を電子顕微鏡等で観察し、観察像における最大長さの径を長軸とし、長軸に直交する方向の最大長さの径を短軸としたとき、短軸の長さに対する長軸の長さの比を求め、10個以上の測定値を平均することによって求められる。   The average aspect ratio of the electrolyte aggregate 35 is, for example, that the electrolyte aggregate 35 is observed with an electron microscope or the like, the diameter of the maximum length in the observation image is the long axis, and the maximum length in the direction perpendicular to the long axis is When the diameter is the short axis, the ratio of the length of the long axis to the length of the short axis is obtained, and it is obtained by averaging 10 or more measured values.

また、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。   In addition, the laminate 10 may contain an organic substance such as a binder that joins the active materials and a conductive aid for ensuring the conductivity of the active material molded body 2. 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.

また、本実施形態の積層体10(電極複合体4)の製造にあたっては、前述したように、活物質成形体2の形成材料および固体電解質層3の形成材料がそれぞれを収容可能な凹部によって成形され、この凹部を画成している犠牲層ごと、形成材料が加熱されることによって活物質成形体2および固体電解質層3が製造されている。このため、活物質成形体2および固体電解質層3は、それぞれ所望の成形パターンでかつ高精度に成形されたものとなり、双方の成形パターン次第で、両者の接触面積を最大限に確保することができる。このため、活物質成形体2と固体電解質層3との界面におけるインピーダンスを低減させ、界面における良好な電荷移動が可能になる。   Further, in manufacturing the laminate 10 (electrode assembly 4) of the present embodiment, as described above, the forming material of the active material molded body 2 and the forming material of the solid electrolyte layer 3 are formed by recesses that can accommodate each of them. Then, the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 are manufactured by heating the forming material for each sacrificial layer that defines the recess. For this reason, each of the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 has a desired molding pattern and is molded with high accuracy, and the contact area between the two can be maximized depending on the molding pattern of both. it can. For this reason, the impedance at the interface between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 is reduced, and favorable charge transfer at the interface becomes possible.

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、図1に示すリチウム二次電池100を製造する方法の実施形態を2つに分けて説明する。   Next, an embodiment of a method for manufacturing the lithium secondary battery 100 shown in FIG. 1 will be described in two parts.

まず、本発明のリチウム二次電池の第1製造方法、およびそれに含まれる本発明の活物質成形体の製造方法の実施形態について説明する。   First, an embodiment of a first method for producing a lithium secondary battery of the present invention and a method for producing an active material molded body of the present invention contained therein will be described.

図2〜11は、図1に示すリチウム二次電池の第1製造方法を説明するための図である。なお、図2および図6(b)では、犠牲層の凹部にドットを付している。   2-11 is a figure for demonstrating the 1st manufacturing method of the lithium secondary battery shown in FIG. In FIG. 2 and FIG. 6B, dots are added to the concave portions of the sacrificial layer.

リチウム二次電池100の第1製造方法は、[1]上面71(第1の面)に開口する第1の凹部711および下面72(第2の面)に開口する第2の凹部721を有する犠牲層7と、第1の凹部711を塞ぐように犠牲層7に重ねられた上基板81(第1の蓋部)と、第2の凹部721を塞ぐように犠牲層7に重ねられた下基板82(第2の蓋部)と、を備える積層基板8を用意する工程と、[2]積層基板8が置かれた空間を減圧する工程と、[3]第1の凹部711内に活物質の形成材料を含む第1液状材料201を入れる工程と、[4]犠牲層7および第1液状材料201をそれぞれ加熱することにより、犠牲層7を分解、除去し、かつ、活物質成形体2を得る工程と、[5]活物質成形体2に接するように固体電解質層3を形成する工程と、[6]活物質成形体2と接するように集電体1を設ける工程と、[7]固体電解質層3と接するように電極20を設ける工程と、を有する。   The first manufacturing method of the lithium secondary battery 100 includes: [1] a first recess 711 that opens to the upper surface 71 (first surface) and a second recess 721 that opens to the lower surface 72 (second surface). The sacrificial layer 7, the upper substrate 81 (first lid) that is stacked on the sacrificial layer 7 so as to close the first recess 711, and the lower layer that is stacked on the sacrificial layer 7 so as to close the second recess 721 A step of preparing a multilayer substrate 8 including a substrate 82 (second lid), [2] a step of decompressing a space in which the multilayer substrate 8 is placed, and [3] active in the first recess 711. A step of adding a first liquid material 201 containing a material forming material, and [4] heating the sacrificial layer 7 and the first liquid material 201 to decompose and remove the sacrificial layer 7, and to form an active material 2 and [5] forming the solid electrolyte layer 3 so as to be in contact with the active material molded body 2 It has a degree, a step of providing a current collector 1 in contact with [6] active material molded body 2, and a step of providing an electrode 20 in contact with [7] the solid electrolyte layer 3.

以下、各工程について順次説明する。
[1]まず、図2〜4に示すように、上面71(第1の面)に開口する複数の第1の凹部711および下面72(第2の面)に開口する複数の第2の凹部721を有する犠牲層7を用意する。なお、図2は、犠牲層7を上面71側から見た平面図であり、図3は、図2に示す犠牲層7の上面71側から下面72側を透視した斜視図であり、図4は、図2のA−A線断面図である。
Hereinafter, each process will be described sequentially.
[1] First, as shown in FIGS. 2 to 4, a plurality of first recesses 711 opened on the upper surface 71 (first surface) and a plurality of second recesses opened on the lower surface 72 (second surface). A sacrificial layer 7 having 721 is prepared. 2 is a plan view of the sacrificial layer 7 as viewed from the upper surface 71 side, and FIG. 3 is a perspective view of the sacrificial layer 7 shown in FIG. These are the sectional views on the AA line of FIG.

犠牲層7は、表裏の関係にある上面71と下面72とを有するシート状の樹脂層70を備えている。このうち、上面71には複数の第1の凹部711が開口しており、下面72には複数の第2の凹部721が開口している。   The sacrificial layer 7 includes a sheet-like resin layer 70 having an upper surface 71 and a lower surface 72 that are in a front-back relationship. Among these, a plurality of first recesses 711 are opened on the upper surface 71, and a plurality of second recesses 721 are opened on the lower surface 72.

樹脂層70は、後述する工程において分解、除去されるため、その構成材料は分解性に優れたものが好ましく用いられる。加えて、樹脂層70は、後述する工程において第1の凹部711および第2の凹部721が体積膨張するのに伴って伸張することが求められる。このため、樹脂層70の構成材料には、分解性のみでなく、適度な柔軟性も求められる。   Since the resin layer 70 is decomposed and removed in a process to be described later, a material having excellent decomposability is preferably used. In addition, the resin layer 70 is required to expand as the first concave portion 711 and the second concave portion 721 expand in volume in a process described later. For this reason, the constituent material of the resin layer 70 is required to have not only decomposability but also appropriate flexibility.

樹脂層70の構成材料としては、例えば、天然ゴムラテックスや合成ゴムラテックス等を含むゴム類(エラストマー類)の他、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリ乳酸、セルロース等が挙げられる。また、樹脂層70の構成材料は、2種類以上の成分が混合した複合材料であってもよい。さらに、樹脂層70の構成材料には、このような樹脂材料の他に、樹脂材料よりも少ない量の非樹脂材料が含まれていてもよい。   Examples of the constituent material of the resin layer 70 include rubbers (elastomers) including natural rubber latex and synthetic rubber latex, polyethylene, polystyrene, polypropylene, polyester, (meth) acrylic resin, polycarbonate, polylactic acid, A cellulose etc. are mentioned. The constituent material of the resin layer 70 may be a composite material in which two or more kinds of components are mixed. Furthermore, the constituent material of the resin layer 70 may include a non-resin material in an amount smaller than that of the resin material in addition to such a resin material.

樹脂層70の厚さは、後述する工程において第1の凹部711および第2の凹部721が体積膨張するのに伴って樹脂層70が伸張する際、その伸張量を左右する。このため、第1の凹部711や第2の凹部721の厚さ(体積膨張量)を大きくするときには、樹脂層70の厚さを厚くすることによって第1の凹部711および第2の凹部721が体積膨張する際の樹脂層70の伸張量を十分に確保することができる。   The thickness of the resin layer 70 affects the amount of expansion when the resin layer 70 expands as the first recess 711 and the second recess 721 expand in volume in a process described later. Therefore, when the thickness (volume expansion amount) of the first recess 711 or the second recess 721 is increased, the first recess 711 and the second recess 721 are formed by increasing the thickness of the resin layer 70. A sufficient amount of expansion of the resin layer 70 at the time of volume expansion can be ensured.

したがって、伸張前の樹脂層70の厚さは、体積膨張前後の第1の凹部711および第2の凹部721の厚さ(高さ)に応じて適宜設定されるが、一例として、30μm以上3mm以下であるのが好ましく、50μm以上2mm以下であるのがより好ましい。これにより、体積膨張前においては、上面71側に第1の凹部711を形成し、下面72側に第2の凹部721を形成してもそれらの形状を維持し得る程度の機械的強度を樹脂層70に付与することができる。また、体積膨張の際には、樹脂層70に対して十分な伸張量を付与することができる。   Therefore, the thickness of the resin layer 70 before stretching is appropriately set according to the thickness (height) of the first recess 711 and the second recess 721 before and after volume expansion. As an example, the thickness is 30 μm or more and 3 mm. Or less, more preferably 50 μm or more and 2 mm or less. Thus, before the volume expansion, the resin has a mechanical strength enough to maintain the shape even if the first recess 711 is formed on the upper surface 71 side and the second recess 721 is formed on the lower surface 72 side. It can be applied to the layer 70. In addition, a sufficient extension amount can be imparted to the resin layer 70 during volume expansion.

次いで、第1の凹部711を塞ぐように、樹脂層70の上面71に対して上基板81を重ねる。これにより、第1の凹部711内は閉空間となる。このとき、樹脂層70の上面71と上基板81との接触界面は、気密性を有するように構成される。その結果、第1の凹部711内は、気密性を有する閉空間となり、外部空間から独立したものとなる。   Next, the upper substrate 81 is overlaid on the upper surface 71 of the resin layer 70 so as to close the first recess 711. Thereby, the inside of the 1st recessed part 711 becomes a closed space. At this time, the contact interface between the upper surface 71 of the resin layer 70 and the upper substrate 81 is configured to have airtightness. As a result, the inside of the first recess 711 becomes a closed space having airtightness and becomes independent from the external space.

一方、第2の凹部721を塞ぐように、樹脂層70の下面72に対して下基板82を重ねる。これにより、第2の凹部721内も閉空間となる。このとき、樹脂層70の下面72と下基板82との接触界面も、気密性を有するように構成される。その結果、第2の凹部721内は、気密性を有する閉空間となり、外部空間から独立したものとなる。   On the other hand, the lower substrate 82 is overlaid on the lower surface 72 of the resin layer 70 so as to close the second recess 721. Thereby, the inside of the 2nd recessed part 721 also becomes a closed space. At this time, the contact interface between the lower surface 72 of the resin layer 70 and the lower substrate 82 is also configured to have airtightness. As a result, the inside of the second recess 721 becomes a closed space having airtightness and becomes independent from the external space.

上基板81の構成材料および下基板82の構成材料は、それぞれ気密性を有する材料であれば特に限定されないが、例えば、樹脂材料、金属材料、セラミックス材料等が挙げられる。   The constituent material of the upper substrate 81 and the constituent material of the lower substrate 82 are not particularly limited as long as each material has airtightness, and examples thereof include a resin material, a metal material, and a ceramic material.

樹脂層70と上基板81との接着方法および樹脂層70と下基板82との接着方法は、それぞれ特に限定されないが、例えば接着剤による接着、接着シートによる接着等が挙げられる。   The bonding method between the resin layer 70 and the upper substrate 81 and the bonding method between the resin layer 70 and the lower substrate 82 are not particularly limited, and examples thereof include bonding with an adhesive and bonding with an adhesive sheet.

以上のようにして、下基板82と樹脂層70と上基板81とがこの順で積層されてなる積層基板8が得られる(準備工程)。   As described above, a laminated substrate 8 is obtained in which the lower substrate 82, the resin layer 70, and the upper substrate 81 are laminated in this order (preparation step).

[2]次に、図5(a)に示すように、積層基板8が置かれた空間、すなわち積層基板8の外部空間Sを減圧する(減圧工程)。これにより、第1の凹部711と外部空間Sとの間および第2の凹部721と外部空間Sとの間には、それぞれ外部空間Sの減圧分に相当する圧力差が生じる。   [2] Next, as shown in FIG. 5A, the space in which the multilayer substrate 8 is placed, that is, the external space S of the multilayer substrate 8 is decompressed (decompression step). As a result, a pressure difference corresponding to the reduced pressure of the external space S is generated between the first recess 711 and the external space S and between the second recess 721 and the external space S, respectively.

この圧力差に基づいて第1の凹部711および第2の凹部721は、それぞれ体積膨張を伴う。体積が膨張する際には、樹脂層70が主に厚さ方向に引き伸ばされる。その結果、第1の凹部711および第2の凹部721は、それぞれ図5の上下方向に細長い内部空間を有するものとなる。   Based on this pressure difference, the first recess 711 and the second recess 721 are each accompanied by volume expansion. When the volume expands, the resin layer 70 is stretched mainly in the thickness direction. As a result, the first recess 711 and the second recess 721 each have an elongated internal space in the vertical direction of FIG.

すなわち、第1の凹部711が体積膨張する際には、上述したように、主に、図4の下方に向かって膨張する。また、第2の凹部721が体積膨張する際にも、主に、図4の上方に向かって膨張する。   That is, when the first recess 711 expands in volume, as described above, it mainly expands downward in FIG. Also, when the second recess 721 expands in volume, it mainly expands upward in FIG.

一方、第1の凹部711および第2の凹部721は、図4の左右方向(樹脂層70の面内方向)にも膨張するが、一定量膨張したときに、互いに隣り合う第1の凹部711同士および互いに隣り合う第2の凹部721同士が互いに干渉し合うことになるため、それらの中間点までしか膨張できない。同様に、第1の凹部711および第2の凹部721も、一定量膨張したところで互いに干渉し合う。このため、図4の左右方向における膨張量は自ずと制限される。   On the other hand, the first recess 711 and the second recess 721 expand in the left-right direction in FIG. 4 (in-plane direction of the resin layer 70), but are adjacent to each other when expanded by a certain amount. Since the second concave portions 721 adjacent to each other interfere with each other, they can expand only to their midpoint. Similarly, the first recess 711 and the second recess 721 also interfere with each other when expanded by a certain amount. For this reason, the expansion amount in the left-right direction in FIG. 4 is naturally limited.

そして、樹脂層70が伸び切る限界まで第1の凹部711および第2の凹部721が膨張した時点で、膨張が停止する。この結果、第1の凹部711と第2の凹部721との間は、薄い樹脂層70を隔てた状態になる。   And when the 1st recessed part 711 and the 2nd recessed part 721 expand | swell to the limit which the resin layer 70 can extend, expansion | swelling stops. As a result, the thin resin layer 70 is separated between the first recess 711 and the second recess 721.

同様に、第1の凹部711も、樹脂層70の下面72近くまで膨張し、薄い樹脂層70を隔てた状態となり、第2の凹部721も、樹脂層70の上面71近くまで膨張し、薄い樹脂層70を隔てた状態となる。   Similarly, the first recess 711 also expands to the vicinity of the lower surface 72 of the resin layer 70 so as to separate the thin resin layer 70, and the second recess 721 also expands to the vicinity of the upper surface 71 of the resin layer 70 and is thin. The resin layer 70 is separated.

以上のことから、第1の凹部711および第2の凹部721は、それぞれ図6(a)に示すように、上下方向(犠牲層7の厚さ方向)に細長い内部空間を有することとなる。   From the above, the first recess 711 and the second recess 721 each have an elongated internal space in the vertical direction (thickness direction of the sacrificial layer 7), as shown in FIG. 6A.

なお、第1の凹部711および第2の凹部721の膨張は、等方的に進むため、実際には図6(a)のような等幅形状にはなり難い。   In addition, since the expansion of the first recess 711 and the second recess 721 proceeds isotropically, it is difficult to actually have an equal width shape as shown in FIG.

図6(b)は、体積膨張後の第1の凹部711および第2の凹部721の平面視形状の一例であって、図6(a)に示す犠牲層7を上面71側から見たときの平面図である。   FIG. 6B is an example of a plan view shape of the first recess 711 and the second recess 721 after volume expansion, and the sacrificial layer 7 shown in FIG. 6A is viewed from the upper surface 71 side. FIG.

第1の凹部711は、等方的に膨張するため、膨張前よりも開口が大きくなっている。そして、隣り合う第1の凹部711同士の間は、樹脂層70を介して離間している。   Since the first recess 711 expands isotropically, the opening is larger than before expansion. The adjacent first recesses 711 are separated from each other via the resin layer 70.

一方、第2の凹部721は、上面71の直下まで膨張しているが、その膨張端(図6(a)に図示している部位)は、第1の凹部711の膨張開始よりも遅れて形成されるため、第2の凹部721の平面視の大きさは、第1の凹部711の平面視の大きさよりも小さくなると考えられる。   On the other hand, the second recess 721 is expanded to a position directly below the upper surface 71, but its expansion end (portion shown in FIG. 6A) is delayed from the start of expansion of the first recess 711. Therefore, it is considered that the size of the second recess 721 in plan view is smaller than the size of the first recess 711 in plan view.

なお、図6(b)は、一例であり、体積膨張前の第1の凹部711および第2の凹部721の形状や、樹脂層70の構成材料等によって異なる。   FIG. 6B is an example, and differs depending on the shape of the first recess 711 and the second recess 721 before volume expansion, the constituent material of the resin layer 70, and the like.

以上のように、第1の凹部711および第2の凹部721は、それぞれ主に樹脂層70の厚さ方向に沿って体積膨張する。したがって、図6(a)に示すように、第1の凹部711および第2の凹部721をそれぞれ細長い形状にするためには、本工程に供される前の犠牲層7の平面視において第1の凹部711と第2の凹部721とが互いに重なっていないことが好ましい。換言すれば、本工程に供される前の犠牲層7について、その下面72を透視しつつ上面71を平面視したとき、第1の凹部711と第2の凹部721とが互いにずれていることが好ましい。これにより、第1の凹部711および第2の凹部721がそれぞれ樹脂層70の厚さ方向に体積膨張した場合、その膨張が互いに阻害され難くなる。その結果、体積膨張後の第1の凹部711および第2の凹部721は、それぞれ樹脂層70の厚さに近い長さを有する細長いものとなり、第1の凹部711および第2の凹部721の各アスペクト比をより大きくすることができる。   As described above, the first recess 711 and the second recess 721 each expand in volume mainly along the thickness direction of the resin layer 70. Therefore, as shown in FIG. 6A, in order to make each of the first recess 711 and the second recess 721 have an elongated shape, the first sacrificial layer 7 in plan view before being subjected to this step is used. It is preferable that the concave portion 711 and the second concave portion 721 do not overlap each other. In other words, the first recess 711 and the second recess 721 are displaced from each other when the sacrificial layer 7 before being subjected to this process is viewed through the lower surface 72 while the upper surface 71 is viewed in plan. Is preferred. Thereby, when the 1st recessed part 711 and the 2nd recessed part 721 each expand | swelled in the thickness direction of the resin layer 70, the expansion | swelling becomes difficult to mutually inhibit. As a result, the first concave portion 711 and the second concave portion 721 after volume expansion become long and narrow having a length close to the thickness of the resin layer 70, and each of the first concave portion 711 and the second concave portion 721 The aspect ratio can be increased.

このような第1の凹部711は、後述する工程において、活物質の形成材料を含む第1液状材料201を細長い形状(アスペクト比が大きい形状)に成形し得る成形型となる。このような第1の凹部711を含む犠牲層7を用いることによって、最終的には、高出力かつ高容量を有するリチウム二次電池100を実現可能な活物質成形体2を得ることができる。   Such a first recess 711 serves as a mold that can mold the first liquid material 201 containing the active material forming material into an elongated shape (a shape with a large aspect ratio) in a process described later. By using the sacrificial layer 7 including the first recess 711 as described above, it is possible to finally obtain the active material molded body 2 capable of realizing the lithium secondary battery 100 having high output and high capacity.

なお、第1の凹部711および第2の凹部721の各配置は、上述したものに限定されず、例えば第1の凹部711の一部と第2の凹部721の一部とが重なっていてもよい。   In addition, each arrangement | positioning of the 1st recessed part 711 and the 2nd recessed part 721 is not limited to what was mentioned above, For example, even if a part of 1st recessed part 711 and a part of 2nd recessed part 721 overlap. Good.

また、第1の凹部711および第2の凹部721は、それぞれランダムに配置されていてもよいが、好ましくは規則的に配置される。これにより、単位体積当たりの第1の凹部711の体積を容易に大きくすることができ、かつ、第1の凹部711に隣り合う第2の凹部721の体積も同時に大きくすることが容易になる。換言すれば、これらの体積を理論的な最大値に近づけることが容易になる。また、第1の凹部711と第2の凹部721の体積比を容易に調整することができるようになる。その結果、最終的には、活物質成形体2の充填率を高めつつ、活物質成形体2と固体電解質層3との接触面積も大きくすることができ、リチウム二次電池100の高容量化と高出力化とを両立させることができる。   The first recess 711 and the second recess 721 may be randomly arranged, but are preferably regularly arranged. Thereby, the volume of the first recess 711 per unit volume can be easily increased, and the volume of the second recess 721 adjacent to the first recess 711 can be easily increased at the same time. In other words, it becomes easy to bring these volumes close to the theoretical maximum value. In addition, the volume ratio between the first recess 711 and the second recess 721 can be easily adjusted. As a result, the contact area between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 can finally be increased while increasing the filling rate of the active material molded body 2, and the capacity of the lithium secondary battery 100 can be increased. And high output.

なお、第1の凹部711の平面視形状および第2の凹部721の平面視形状は、上述した形状に限定されず、多角形、円形、異形等、いかなる形状であってもよい。   Note that the planar view shape of the first recess 711 and the planar view shape of the second recess 721 are not limited to the above-described shapes, and may be any shape such as a polygon, a circle, and an irregular shape.

また、複数の第1の凹部711のうち、1つの形状が、他の1つの形状と異なっていてもよい。   Further, one shape of the plurality of first recesses 711 may be different from the other one shape.

同様に、複数の第2の凹部721のうち、1つの形状が、他の1つの形状と異なっていてもよい。   Similarly, one shape of the plurality of second recesses 721 may be different from the other shape.

[3]次に、図7(a)に示すように、体積膨張した第1の凹部711内に、活物質の形成材料を含む第1液状材料201を入れる(充填工程)。   [3] Next, as shown in FIG. 7A, the first liquid material 201 containing the active material forming material is put into the volume-expanded first recess 711 (filling step).

第1液状材料201の供給方法は、特に限定されないが、第1液状材料201を流す方法、ディスペンサー等を利用した方法、インクジェット法、スプレー法、浸漬法等であればよい。   Although the supply method of the 1st liquid material 201 is not specifically limited, What is necessary is just the method of flowing the 1st liquid material 201, the method using dispensers etc., the inkjet method, the spray method, the immersion method etc.

第1液状材料201を供給するときには、上基板81に貫通孔を形成して供給するようにしてもよいが、図7(a)に示すように上基板81を剥離して供給するようにしてもよい。   When supplying the first liquid material 201, a through hole may be formed and supplied to the upper substrate 81. However, as shown in FIG. 7A, the upper substrate 81 is peeled and supplied. Also good.

なお、上基板81を剥離する際には、必要に応じて、カッター等の切断手段を用いて樹脂層70の一部を切断するようにしてもよい。   When the upper substrate 81 is peeled off, a part of the resin layer 70 may be cut using a cutting means such as a cutter, if necessary.

また、上基板81を剥離し易くするために、必要に応じて、上基板81または樹脂層70の上面71に離型剤等を塗布したり、離型層を形成しておいてもよい。   Moreover, in order to make it easy to peel off the upper substrate 81, a release agent or the like may be applied to the upper surface 71 of the upper substrate 81 or the resin layer 70, or a release layer may be formed as necessary.

図7(a)の場合、第1の凹部711は上面71側が開口しているので、第1液状材料201を上面71上に流すことによって、第1液状材料201を複数の第1の凹部711内に簡単に充填することができる。   In the case of FIG. 7A, since the first recess 711 is open on the upper surface 71 side, the first liquid material 201 is allowed to flow on the upper surface 71, thereby causing the first liquid material 201 to flow into the plurality of first recesses 711. It can be filled easily.

なお、この充填作業の際には、必要に応じて、超音波処理、振動処理等を施すようにしてもよい。   In this filling operation, ultrasonic processing, vibration processing, or the like may be performed as necessary.

そして、第1液状材料201を第1の凹部711内に充填した後、本実施形態では、さらに、図7(b)に示すように、第1液状材料201を第1の凹部711からあふれさせている。これにより、隣り合う第1の凹部711内に充填された第1液状材料201同士が互いに繋がることとなる。その結果、図7(b)に示すように、犠牲層7の上面71を覆うように第1液状材料201を塗り広げることができる。   Then, after filling the first liquid material 201 into the first recess 711, in this embodiment, as shown in FIG. 7B, the first liquid material 201 is further overflowed from the first recess 711. ing. Thereby, the first liquid materials 201 filled in the adjacent first recesses 711 are connected to each other. As a result, as shown in FIG. 7B, the first liquid material 201 can be spread so as to cover the upper surface 71 of the sacrificial layer 7.

このように塗り広げられた第1液状材料201は、最終的に、層状の活物質成形体2に転化する。この層状の活物質成形体2は、集電体1との間で十分に広い接触面積を確保し、この間の電子伝導性を高めることに寄与する。   The first liquid material 201 spread in this way is finally converted into a layered active material molded body 2. This layered active material molded body 2 ensures a sufficiently large contact area with the current collector 1 and contributes to increasing the electronic conductivity during this time.

なお、第1液状材料201を供給した後には、必要に応じて、第1液状材料201を乾燥させる工程を付加するようにしてもよい。   In addition, after supplying the 1st liquid material 201, you may make it add the process of drying the 1st liquid material 201 as needed.

第1液状材料201としては、例えば、活物質の前駆体を含む溶液や、活物質粒子21を分散媒に分散させた分散液が挙げられる。このような第1液状材料201では、前駆体を反応させて活物質粒子21を生成したり、分散媒が除去されることによって活物質粒子21を残存させ、目的とする成形パターンの活物質成形体2を容易に製造することができる。   Examples of the first liquid material 201 include a solution containing a precursor of an active material and a dispersion liquid in which active material particles 21 are dispersed in a dispersion medium. In such a first liquid material 201, the precursor is reacted to generate active material particles 21, or the dispersion medium is removed to leave the active material particles 21, thereby forming the active material with a desired molding pattern. The body 2 can be easily manufactured.

第1液状材料201における活物質粒子21の含有量は、10質量%以上80質量%以下であるのが好ましく、30質量%以上70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を得ることができる。   The content of the active material particles 21 in the first liquid material 201 is preferably 10% by mass or more and 80% by mass or less, and more preferably 30% by mass or more and 70% by mass or less. Thereby, the active material molded object 2 which has a preferable porosity can be obtained.

また、第1液状材料201には、必要に応じて、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、後述する熱処理において、燃焼または酸化され、量が低減する。   Moreover, you may add organic polymer compounds, such as a polyvinylidene fluoride (PVdF) and polyvinyl alcohol (PVA), as a binder to the 1st liquid material 201 as needed. These binders are burned or oxidized in the heat treatment described later, and the amount thereof is reduced.

この他、バインダーとしては、例えば、ポリカーボネート、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。   In addition, examples of the binder include polycarbonate, cellulose binder, acrylic binder, polyvinyl alcohol binder, polyvinyl butyral binder, and the like, and one or more of these can be used in combination. .

また、第1液状材料201には、必要に応じて、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してもよい。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。
Moreover, you may add the particulate-form pore-forming material which uses a polymer or carbon powder as a forming material to the 1st liquid material 201 as needed. 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.

また、第1液状材料201には、必要に応じて、光硬化性樹脂が含まれていてもよい。光硬化性樹脂が含まれることにより、第1液状材料201は、光硬化性を有するものとなり、光照射によって保形性を高めることができる。   Further, the first liquid material 201 may contain a photocurable resin as necessary. By including the photocurable resin, the first liquid material 201 has photocurability, and the shape retention can be improved by light irradiation.

光硬化性樹脂は、例えば、重合性化合物と、重合性化合物に重合反応を誘起し得る光重合開始剤と、を含む。   The photocurable resin includes, for example, a polymerizable compound and a photopolymerization initiator that can induce a polymerization reaction in the polymerizable compound.

このうち、重合性化合物としては、光重合開始剤から生じる活性種により重合し得る化合物であればよく、例えば、各種モノマー、各種オリゴマー等が挙げられる。具体的には、例えば、アクリル(メタクリル)類、エポキシ類、オキセタン類、ビニルエーテル類等のモノマーやオリゴマーが挙げられる。   Among these, the polymerizable compound may be any compound that can be polymerized by the active species generated from the photopolymerization initiator, and examples thereof include various monomers and various oligomers. Specific examples include monomers and oligomers such as acrylic (methacrylic) s, epoxies, oxetanes, and vinyl ethers.

第1液状材料201における重合性化合物の含有量は、特に限定されないが、10質量%以上80質量%以下であるのが好ましい。   The content of the polymerizable compound in the first liquid material 201 is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or more and 80% by mass or less.

一方、光重合開始剤としては、光の照射によってラジカルやカチオン等の活性種を生じる化合物であればよく、例えば、芳香族ケトン類、アシルホスフィンオキサイド化合物、芳香族オニウム塩化合物、有機過酸化物、チオ化合物(チオキサントン化合物、チオフェニル基含有化合物等)、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、ケトオキシムエステル化合物、ボレート化合物、アジニウム化合物、メタロセン化合物、活性エステル化合物、炭素ハロゲン結合を有する化合物、アルキルアミン化合物のような光ラジカル重合開始剤、スルホニウム塩、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩のような光カチオン重合開始剤等が挙げられる。   On the other hand, the photopolymerization initiator may be any compound that generates active species such as radicals and cations upon irradiation with light. Examples thereof include aromatic ketones, acylphosphine oxide compounds, aromatic onium salt compounds, and organic peroxides. Thio compounds (thioxanthone compounds, thiophenyl group-containing compounds, etc.), hexaarylbiimidazole compounds, ketoxime ester compounds, borate compounds, azinium compounds, metallocene compounds, active ester compounds, compounds having a carbon halogen bond, alkylamine compounds, etc. And photocationic polymerization initiators such as sulfo radicals, diazonium salts and iodonium salts.

第1液状材料201における光重合開始剤の含有量は、特に限定されないが、0.5質量%以上10質量%以下であるのが好ましい。   Although content of the photoinitiator in the 1st liquid material 201 is not specifically limited, It is preferable that they are 0.5 mass% or more and 10 mass% or less.

なお、第1液状材料201には、必要に応じて、水の他、プロトン性溶媒や非プロトン性溶媒のような分散媒(溶媒)、オレイルアミンのような分散剤、重合促進剤、重合禁止剤、湿潤剤、酸化防止剤、キレート剤、増粘剤、増感剤等が添加されていてもよい。   In addition, the first liquid material 201 includes, in addition to water, a dispersion medium (solvent) such as a protic solvent or an aprotic solvent, a dispersant such as oleylamine, a polymerization accelerator, and a polymerization inhibitor, as necessary. , Wetting agents, antioxidants, chelating agents, thickeners, sensitizers and the like may be added.

このうち、分散媒(溶媒)としては、特に、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、キシレンのような非プロトン性溶媒を1種または2種以上含む分散媒が好ましく用いられる。このような分散媒を用いることにより、分散媒と接触することによる活物質粒子21の変質、劣化を低減することができる。   Among these, as the dispersion medium (solvent), a dispersion medium containing one or more aprotic solvents such as butanol, ethanol, propanol, methyl isobutyl ketone, toluene, and xylene is particularly preferably used. By using such a dispersion medium, deterioration and deterioration of the active material particles 21 due to contact with the dispersion medium can be reduced.

また、第1液状材料201の室温(20℃)での粘度は、100mPa・s以下であるのが好ましく、3mPa・s以上10mPa・s以下であるのがより好ましい。これにより、第1液状材料201の高い流動性と固化時の低い収縮率とを両立させることができる。その結果、狭い第1の凹部711にも第1液状材料201を円滑に充填することができ、かつ、活物質成形体2の空隙率が必要以上に大きくなるのを抑制することができる。   Further, the viscosity of the first liquid material 201 at room temperature (20 ° C.) is preferably 100 mPa · s or less, and more preferably 3 mPa · s or more and 10 mPa · s or less. Thereby, the high fluidity | liquidity of the 1st liquid material 201 and the low shrinkage rate at the time of solidification can be reconciled. As a result, the first liquid material 201 can be smoothly filled into the narrow first concave portion 711, and the porosity of the active material molded body 2 can be suppressed from becoming larger than necessary.

なお、この粘度は、例えば、E型(コーンプレート型)粘度計を用い、試料の温度を20℃とし、コーンスピンドルの回転数を50rpmとして測定された値である。
また、第1液状材料201に代えて、粉末状の活物質を用いるようにしてもよい。
The viscosity is a value measured using, for example, an E type (cone plate type) viscometer, the temperature of the sample being 20 ° C., and the rotation speed of the cone spindle being 50 rpm.
Further, instead of the first liquid material 201, a powdered active material may be used.

粉末状の活物質の造孔材は、潮解性を有する物質を形成材料とする潮解性粒子を含むことが好ましい。潮解性粒子が潮解することにより潮解性粒子の周囲に生じる水が、活物質粒子21同士をつなぎ合わせるバインダーとして機能するため、活物質成形体2の保形性が向上する。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2を得ることができ、容易に高容量な電極複合体4とすることができる。   The pore-forming material of the powdery active material preferably contains deliquescent particles having a material having deliquescence as a forming material. Since the water generated around the deliquescent particles by the deliquescent particles functions as a binder for connecting the active material particles 21 together, the shape retention of the active material molded body 2 is improved. Therefore, the active material molded body 2 can be obtained without adding another binder or while reducing the amount of binder added, and the high-capacity electrode assembly 4 can be easily obtained.

このような潮解性粒子としては、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。   Examples of such deliquescent particles include particles using polyacrylic acid as a forming material.

また、造孔材は、潮解性を有さない物質を形成材料とする非潮解性粒子をさらに含むと好ましい。このような非潮解性粒子を含む造孔材は、取り扱いが容易となる。また、造孔材が潮解性を有する粒子のみであると、造孔材の周囲の水分量に応じて、活物質成形体2の空隙率が所望の設定値から乖離することがあるが、造孔材として非潮解性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 non-deliquescent particles having a material that does not have deliquescence as a forming material. The pore former containing such non-deliquescent particles is easy to handle. Further, if the pore former is only particles having deliquescence, the porosity of the active material molded body 2 may deviate from a desired set value depending on the amount of water around the pore former. By simultaneously including non-deliquescent particles as the pore material, it is possible to suppress the gap in porosity.

[4]次に、第1の凹部711内に第1液状材料201を充填した状態で、これらを加熱する熱処理を施す(加熱工程、図7(b)参照)。これにより、第1液状材料201中に含まれる揮発成分や有機成分が除去される。また、前駆体には反応が生じて目的とする化合物が生成される。その結果、第1液状材料201から活物質粒子21が生成される。また、焼結によって活物質粒子21同士が互いに連結され、多孔質状かつ柱状に凝集して活物質凝集体25(活物質成形体2)が生成される(図8(a)参照)。   [4] Next, in a state where the first liquid material 201 is filled in the first concave portion 711, a heat treatment is performed to heat them (heating step, see FIG. 7B). Thereby, the volatile component and organic component contained in the first liquid material 201 are removed. In addition, a reaction occurs in the precursor to produce a target compound. As a result, active material particles 21 are generated from the first liquid material 201. Further, the active material particles 21 are connected to each other by sintering, and are aggregated in a porous and columnar shape to generate an active material aggregate 25 (active material molded body 2) (see FIG. 8A).

また、この加熱により、犠牲層7が熱分解する。そして、分解物は気体となって除去される。これにより、犠牲層7が消失し、いわゆる離型が完了する。   Moreover, the sacrificial layer 7 is thermally decomposed by this heating. Then, the decomposition product is removed as a gas. Thereby, the sacrificial layer 7 disappears, and so-called mold release is completed.

以上のような方法によれば、成形型に相当する第1の凹部711がいかなる形状であっても、離型することができる。このため、第1の凹部711の形状を微細で複雑な形状にした場合でも、作業効率を下げることなく離型することができ、目的とする形状の活物質成形体2を効率よく製造することができる。   According to the method as described above, the first concave portion 711 corresponding to the mold can be released regardless of the shape. For this reason, even when the shape of the first concave portion 711 is fine and complicated, it can be released without lowering the work efficiency, and the active material molded body 2 having the desired shape can be efficiently manufactured. Can do.

また、上記の方法では、離型の際、活物質成形体2に負荷がかからないので、活物質成形体2に損傷が及ぶおそれを低減することができる。このため、例えば、アスペクト比の大きい活物質凝集体25を含む場合であっても、活物質成形体2を効率よく製造することができる。   Moreover, in said method, since the active material molded object 2 is not loaded at the time of mold release, a possibility that the active material molded object 2 may be damaged can be reduced. For this reason, for example, even if it is a case where the active material aggregate 25 with a large aspect ratio is included, the active material molded object 2 can be manufactured efficiently.

この熱処理は、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。   This heat treatment 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.

また、熱処理の処理温度は、より好ましくは875℃以上1000℃以下とされ、さらに好ましくは900℃以上920℃以下とされる。   Further, the heat treatment temperature is more preferably 875 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, and further preferably 900 ° C. or higher and 920 ° C. or lower.

また、加熱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 heating step is preferably performed for 5 minutes to 36 hours, and 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、アスペクト比の大きい活物質凝集体25が含まれていてもその形状が壊れにくくなる。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, Even if the active material aggregate 25 having a large aspect ratio is included, the shape is hardly broken. 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.

さらに、熱処理は、段階的に温度条件が上昇する多段階で行うようにしてもよい。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時間をかけて昇温させ、その後、さらに8時間で加熱する熱処理が一例として挙げられる。このような条件で昇温することで、例えば被膜中に前駆体が含まれている場合には、まず前駆体の反応を促進させ、次いで、不要成分の除去を、順次行うことができる。   Furthermore, the heat treatment may be performed in multiple stages in which the temperature condition increases step by step. Specifically, after drying at room temperature, the temperature is increased from room temperature to 300 ° C. for 2 hours, to 350 ° C. for 0.5 hour, to 1000 ° C. over 2 hours, and then heated for another 8 hours. As an example. By raising the temperature under such conditions, for example, when a precursor is contained in the film, the reaction of the precursor can be first promoted, and then unnecessary components can be removed sequentially.

また、熱処理は、一回で行うようにしてもよく、複数回に分けて行うようにしてもよい。このように複数回に分けて熱処理を行うことにより、例えば前駆体の反応と、活物質粒子21同士の焼結や粒状体31同士の焼結とを、それぞれ確実に行うことができる。   The heat treatment may be performed once or may be performed in a plurality of times. By performing the heat treatment in such a plurality of times, for example, the reaction of the precursor and the sintering of the active material particles 21 and the sintering of the granular materials 31 can be performed reliably.

[5]次に、図8(b)に示すように、活物質成形体2を容器9内に収容する。そして、容器9内に、電解質の形成材料を含む第2液状材料301を入れる。これにより、第2液状材料301は、活物質凝集体25同士の隙間、換言すれば、犠牲層7の第2の凹部721が存在していた空間に入り込む。したがって、第2液状材料301から形成される固体電解質層3は、実質的に、第2の凹部721の形状によって成形されたものとなる。このため、固体電解質層3の形状を目的とする形状に容易に近づけることができる。   [5] Next, as shown in FIG. 8B, the active material molded body 2 is accommodated in the container 9. Then, a second liquid material 301 containing an electrolyte forming material is placed in the container 9. Thereby, the second liquid material 301 enters the gap between the active material aggregates 25, in other words, the space where the second recess 721 of the sacrificial layer 7 was present. Therefore, the solid electrolyte layer 3 formed from the second liquid material 301 is substantially formed by the shape of the second recess 721. For this reason, the shape of the solid electrolyte layer 3 can be easily brought close to the intended shape.

したがって、例えば第2の凹部721の形状が細長い形状である場合、細長い形状(アスペクト比が大きい形状)の電解質凝集体35を容易に形成することができる。これにより、固体電解質層3の充填率を高めつつ、活物質成形体2と固体電解質層3との接触面積も大きくすることができ、リチウム二次電池100の高容量化と高出力化とを両立させ得る電極複合体4が得られる(図10参照)。   Therefore, for example, when the shape of the second recess 721 is an elongated shape, the electrolyte aggregate 35 having an elongated shape (a shape having a large aspect ratio) can be easily formed. Thereby, while increasing the filling rate of the solid electrolyte layer 3, the contact area between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 can be increased, and the capacity and output of the lithium secondary battery 100 can be increased. The electrode assembly 4 that can be made compatible is obtained (see FIG. 10).

第2液状材料301の供給方法は、特に限定されないが、前述した第1液状材料201の供給方法から適宜選択される。   The method for supplying the second liquid material 301 is not particularly limited, and is appropriately selected from the method for supplying the first liquid material 201 described above.

なお、第2液状材料301を容器9内に供給する際、図9(a)では、第2液状材料301が活物質成形体2の上面を超えるように供給している。これにより、第2液状材料301から固体電解質層3を形成したとき、固体電解質層3のみを、電極複合体4の他面4bに露出させることができる。   In addition, when supplying the 2nd liquid material 301 in the container 9, in FIG. 9A, the 2nd liquid material 301 is supplied so that the upper surface of the active material molded object 2 may be exceeded. Thereby, when the solid electrolyte layer 3 is formed from the second liquid material 301, only the solid electrolyte layer 3 can be exposed to the other surface 4 b of the electrode assembly 4.

第2液状材料301としては、例えば、以下の(A)、(B)および(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(固体電解質の前駆体)を含む溶液
(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(固体電解質の前駆体)を含む溶液
(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分散媒、または(A)もしくは(B)に分散させた分散液
Examples of the second liquid material 301 include the following (A), (B), and (C).
(A) Solution (B) Inorganic solution containing a composition (a precursor of a solid electrolyte) 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 Solution (C) Inorganic solid electrolyte fine particles, or metal having inorganic solid electrolyte, containing composition (precursor of solid electrolyte) having metal alkoxide containing metal atoms in solid electrolyte in proportion according to composition formula of inorganic solid electrolyte Dispersion medium or dispersion liquid in which fine particle sol containing atoms in proportion according to composition formula of inorganic solid electrolyte is dispersed in (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.

固体電解質層3の最終的な充填密度を上げるという観点からは、無機固体電解質微粒子または微粒子ゾルを(A)または(B)に分散させた分散液が好ましく用いられる。   From the viewpoint of increasing the final packing density of the solid electrolyte layer 3, a dispersion liquid in which inorganic solid electrolyte fine particles or fine particle sol is dispersed in (A) or (B) is preferably used.

また、第2液状材料301には、必要に応じて、第1液状材料201に含まれるものと同様のバインダー、光硬化性樹脂、分散媒、その他の成分が添加されていてもよい。   Further, the second liquid material 301 may contain a binder, a photocurable resin, a dispersion medium, and other components similar to those contained in the first liquid material 201 as necessary.

以上のようにして活物質成形体2の細孔内に第2液状材料301を含浸させた状態で、これらを加熱する熱処理を施す(図9(b)参照)。これにより、第2液状材料301中に含まれる揮発成分や有機成分が除去される。また、前駆体には反応が生じて目的とする化合物が生成される。その結果、第2液状材料301から粒状体31が生成される。また、粒状体31同士が多孔質状かつ柱状に凝集して電解質凝集体35(固体電解質層3)が生成される(図8(a)参照)。   In the state where the second liquid material 301 is impregnated in the pores of the active material molded body 2 as described above, heat treatment is performed to heat them (see FIG. 9B). Thereby, the volatile component and organic component contained in the second liquid material 301 are removed. In addition, a reaction occurs in the precursor to produce a target compound. As a result, the granular material 31 is generated from the second liquid material 301. In addition, the particulate bodies 31 are aggregated in a porous and columnar shape to generate an electrolyte aggregate 35 (solid electrolyte layer 3) (see FIG. 8A).

第2液状材料301に対する熱処理は、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。具体的には、熱処理は、300℃以上700℃以下の温度範囲で行うとよい。この熱処理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、Li0.35La0.55TiOを好適に用いることができる。 The heat treatment for the second liquid material 301 is performed at a lower temperature than the heat treatment for obtaining the active material molded body 2. Specifically, the heat treatment is preferably performed in a temperature range of 300 ° C. to 700 ° C. By this heat treatment, an inorganic solid electrolyte is generated from the precursor, and the solid electrolyte layer 3 is formed. As the material for forming the solid electrolyte layer, it can be preferably used Li 0.35 La 0.55 TiO 3.

このような温度範囲で熱処理を施すことにより、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のイオン電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との界面において、焼結する部分が生じ、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 performing the heat treatment in such a temperature range, a solid-phase reaction occurs due to mutual diffusion of elements constituting each of the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3, and an electrochemically inactive secondary agent is generated. It is possible to suppress the generation of organisms. 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, a portion to be sintered is generated at the interface between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3, and charge transfer at the interface is facilitated. Thereby, the capacity | capacitance and output of a lithium battery using the electrode assembly 4 are improved.

なお、この熱処理は、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を行うことにより、固体電解質層3を所望の位置に容易に形成することができる。   This heat treatment includes a first heat treatment for depositing the precursor on the surface of the active material molded body 2 and a second heat treatment for heating under a temperature condition not lower than the processing temperature of the first heat treatment and not higher than 700 ° C. It may be performed separately. By performing such stepwise heat treatment, the solid electrolyte layer 3 can be easily formed at a desired position.

また、第2液状材料301の室温(20℃)での粘度は、100mPa・s以下であるのが好ましく、3mPa・s以上10mPa・s以下であるのがより好ましい。これにより、第2液状材料301の高い流動性と固化時の低い収縮率とを両立させることができる。その結果、狭い空間にも第2液状材料301を円滑に充填することができ、かつ、固体電解質層3の空隙率が大きくなるのを抑制することができる。   The viscosity of the second liquid material 301 at room temperature (20 ° C.) is preferably 100 mPa · s or less, and more preferably 3 mPa · s or more and 10 mPa · s or less. Thereby, the high fluidity | liquidity of the 2nd liquid material 301 and the low shrinkage rate at the time of solidification can be reconciled. As a result, the second liquid material 301 can be filled smoothly even in a narrow space, and an increase in the porosity of the solid electrolyte layer 3 can be suppressed.

なお、この粘度は、例えば、E型(コーンプレート型)粘度計を用い、試料の温度を20℃とし、コーンスピンドルの回転数を50rpmとして測定された値である。   The viscosity is a value measured using, for example, an E type (cone plate type) viscometer, the temperature of the sample being 20 ° C., and the rotation speed of the cone spindle being 50 rpm.

また、第2液状材料301に代えて、粉末状の固体電解質を用いるようにしてもよい。
以上のようにして電極複合体4が得られる。
In place of the second liquid material 301, a powdered solid electrolyte may be used.
The electrode composite 4 is obtained as described above.

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。
[6]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.
[6] 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の双方を露出させる。
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.

次に、図11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。
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. 11, the current collector 1 is bonded to the one surface 4 a of the electrode assembly 4.
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形成されてもよく、電極複合体4の一面4aに上述した導電性材料を成膜することによって形成されてもよい。   The current collector 1 may be formed by joining a current collector formed as a separate body to the one surface 4a of the electrode assembly 4, and the conductive material described above is formed on the one surface 4a of the electrode assembly 4. It may be formed by filming.

また、集電体1の成膜方法は、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。   In addition, various physical vapor deposition methods (PVD) and chemical vapor deposition methods (CVD) can be used as a method for forming the current collector 1.

[7]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。
[7] Next, the lithium secondary battery 100 is formed using the laminate 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11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。   As shown in FIG. 11, the electrode 20 that is the other electrode component is joined to the other surface 4 b of the electrode assembly 4.

電極20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形成されてもよく、電極複合体4の他面4bに上述した導電性材料を成膜することによって形成されてもよい。   The electrode 20 may be formed by bonding an electrode formed as a separate body to the other surface 4b of the electrode assembly 4, and by depositing the above-described conductive material on the other surface 4b of the electrode assembly 4. It may be formed.

なお、電極20の成膜方法には、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。   As the film formation method for the electrode 20, the same method as mentioned in the film formation method for the current collector 1 can be used.

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。
このような第1製造方法では、凹部が形成された犠牲層7を含む積層基板8の周囲を単に減圧することで、アスペクト比の大きい凹部を形成することができ、また、この凹部を成形型として形成材料を成形することにより、例えばアスペクト比の大きい活物質凝集体25を含む電極複合体4を効率よく製造することができる。
Through the steps as described above, the lithium secondary battery 100 is manufactured.
In such a first manufacturing method, it is possible to form a recess having a large aspect ratio by simply reducing the pressure around the multilayer substrate 8 including the sacrificial layer 7 in which the recess is formed. As a forming material, the electrode assembly 4 including the active material aggregate 25 having a large aspect ratio, for example, can be efficiently manufactured.

また、加熱により分解し得る犠牲層7を用いることによって、いわゆる離型操作が不要になるため、アスペクト比の大きい活物質凝集体25であっても精度よく製造することができる。   Further, by using the sacrificial layer 7 that can be decomposed by heating, a so-called mold release operation is not required, so that even the active material aggregate 25 having a large aspect ratio can be accurately manufactured.

そして、活物質成形体2の充填率を容易に高めることができ、活物質成形体2と固体電解質層3との接触面積も容易に大きくすることができるので、高容量かつ高出力のリチウム二次電池100を効率よく製造することができる。   The filling rate of the active material molded body 2 can be easily increased, and the contact area between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 can be easily increased. The secondary battery 100 can be manufactured efficiently.

次に、本発明のリチウム二次電池の第2製造方法、およびそれに含まれる本発明の電極複合体の製造方法の実施形態について説明する。   Next, the second embodiment of the lithium secondary battery of the present invention and the embodiment of the method of manufacturing the electrode composite of the present invention included therein will be described.

図12、13は、図1に示すリチウム二次電池の第2製造方法を説明するための図である。   12 and 13 are views for explaining a second manufacturing method of the lithium secondary battery shown in FIG.

リチウム二次電池100の第2製造方法は、[1]第1製造方法と同様にして、体積膨張した第1の凹部711および第2の凹部721を含む犠牲層7を用意する工程と、[2]第1の凹部711内に活物質の形成材料を含む第1液状材料201を入れるとともに、第2の凹部721内に電解質の形成材料を含む第2液状材料301を入れる工程と、[3]犠牲層7、第1液状材料201および第2液状材料301をそれぞれ加熱することにより、犠牲層7を分解、除去し、かつ、活物質成形体2および固体電解質層3を得る工程と、[4]第1製造方法と同様にして、集電体1および電極20を設ける工程と、を有する。   The second manufacturing method of the lithium secondary battery 100 includes [1] a step of preparing the sacrificial layer 7 including the first recessed portion 711 and the second recessed portion 721 that have undergone volume expansion in the same manner as the first manufacturing method; 2] Putting the first liquid material 201 containing the active material forming material into the first recess 711 and putting the second liquid material 301 containing the electrolyte forming material into the second recess 721; [3 The steps of decomposing and removing the sacrificial layer 7 by heating the sacrificial layer 7, the first liquid material 201 and the second liquid material 301, respectively, and obtaining the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3; 4] A step of providing the current collector 1 and the electrode 20 in the same manner as in the first manufacturing method.

以下、各工程について順次説明する。
[1]まず、第1製造方法と同様にして、犠牲層7を用意する。また、犠牲層7を支持するため、犠牲層7の下面72に下基板82を配置する。
Hereinafter, each process will be described sequentially.
[1] First, the sacrificial layer 7 is prepared in the same manner as in the first manufacturing method. In order to support the sacrificial layer 7, a lower substrate 82 is disposed on the lower surface 72 of the sacrificial layer 7.

この犠牲層7は、第1製造方法と同様、樹脂層70と第1の凹部711と第2の凹部721とを備えている。また、樹脂層70は、加熱により分解、除去される材料、例えば樹脂材料を主材料として構成されている。   The sacrificial layer 7 includes a resin layer 70, a first recess 711, and a second recess 721, as in the first manufacturing method. The resin layer 70 is mainly composed of a material that is decomposed and removed by heating, for example, a resin material.

[2]次に、図12(a)に示すように、体積膨張した第1の凹部711内に、活物質の形成材料を含む第1液状材料201を供給する。このとき、図12(a)に示すように、第1液状材料201を第1の凹部711からあふれさせるようにする。これにより、隣り合う第1の凹部711内に充填された第1液状材料201同士が互いに繋がることとなる。その結果、犠牲層7の上面71を覆うように第1液状材料201を塗り広げることができ、最終的には、集電体1との接触面積が大きい活物質成形体2を製造することができる。   [2] Next, as shown in FIG. 12A, a first liquid material 201 containing an active material forming material is supplied into the volume-expanded first recess 711. At this time, as shown in FIG. 12A, the first liquid material 201 is allowed to overflow from the first recess 711. Thereby, the first liquid materials 201 filled in the adjacent first recesses 711 are connected to each other. As a result, the first liquid material 201 can be spread so as to cover the upper surface 71 of the sacrificial layer 7, and finally, the active material molded body 2 having a large contact area with the current collector 1 can be manufactured. it can.

その後、第1液状材料201を乾燥させる。これにより、第1液状材料201が流れ出すのを抑える。   Thereafter, the first liquid material 201 is dried. Thereby, it is suppressed that the 1st liquid material 201 flows out.

続いて、犠牲層7を上下反転させる。それとともに、犠牲層7から下基板82を剥離し、その下基板82で、今度は、第1液状材料201の乾燥体の下面を支持させる。なお、この支持は、必要に応じて行えばよく、省略することもできる。   Subsequently, the sacrificial layer 7 is turned upside down. At the same time, the lower substrate 82 is peeled from the sacrificial layer 7, and the lower substrate 82 supports the lower surface of the dried body of the first liquid material 201 this time. Note that this support may be performed as necessary, and may be omitted.

また、下基板82を犠牲層7から剥離する際には、必要に応じて、カッター等の切断手段を用いて樹脂層70の一部を切断するようにしてもよい。   Further, when the lower substrate 82 is peeled from the sacrificial layer 7, a part of the resin layer 70 may be cut using a cutting means such as a cutter, if necessary.

また、下基板82を剥離し易くするために、必要に応じて、下基板82または樹脂層70の下面72に離型剤等を塗布したり、離型層を形成しておいてもよい。   Moreover, in order to make it easy to peel the lower substrate 82, a release agent or the like may be applied to the lower substrate 82 or the lower surface 72 of the resin layer 70, or a release layer may be formed as necessary.

そして、図12(b)に示すように、体積膨張した第2の凹部721内に、電解質の形成材料を含む第2液状材料301を供給する。このとき、図12(b)に示すように、第2液状材料301を第2の凹部721からあふれさせるようにする。これにより、隣り合う第2の凹部721内に充填された第2液状材料301同士が互いに繋がることとなる。その結果、犠牲層7の下面72を覆うように第2液状材料301を塗り広げることができ、最終的には、電極20との接触面積が大きい固体電解質層3を製造することができる。   Then, as shown in FIG. 12B, the second liquid material 301 containing the electrolyte forming material is supplied into the volume-expanded second recess 721. At this time, as shown in FIG. 12B, the second liquid material 301 is caused to overflow from the second recess 721. As a result, the second liquid materials 301 filled in the adjacent second recesses 721 are connected to each other. As a result, the second liquid material 301 can be spread so as to cover the lower surface 72 of the sacrificial layer 7, and finally the solid electrolyte layer 3 having a large contact area with the electrode 20 can be manufactured.

その後、第2液状材料301を乾燥させる。これにより、第2液状材料301が流れ出すのを抑える。   Thereafter, the second liquid material 301 is dried. Thereby, it is suppressed that the 2nd liquid material 301 flows out.

以上のようにして、第1の凹部711内には第1液状材料201を充填し、第2の凹部721内には第2液状材料301を充填することができる(充填工程、図13(a)参照)。   As described above, the first liquid material 201 can be filled in the first recess 711, and the second liquid material 301 can be filled in the second recess 721 (filling step, FIG. )reference).

[3]次に、第1の凹部711内に第1液状材料201を充填し、第2の凹部721内に第2液状材料301を充填した状態で、これらを加熱する熱処理を施す(加熱工程)。   [3] Next, in a state where the first liquid material 201 is filled in the first concave portion 711 and the second liquid material 301 is filled in the second concave portion 721, heat treatment is performed to heat them (heating step) ).

これにより、第1液状材料201から活物質粒子21が生成される。また、焼結によって活物質粒子21同士が互いに連結され、多孔質状かつ柱状に凝集して活物質凝集体25(活物質成形体2)が生成される(図13(b)参照)。   Thereby, active material particles 21 are generated from the first liquid material 201. Moreover, the active material particles 21 are connected to each other by sintering, and are aggregated in a porous and columnar shape to generate an active material aggregate 25 (active material molded body 2) (see FIG. 13B).

一方、第2液状材料301からは粒状体31が生成される。そして、粒状体31同士も互いに連結され、多孔質状かつ柱状に凝集して電解質凝集体35(固体電解質層3)が生成される(図13(b)参照)。   On the other hand, the granular material 31 is generated from the second liquid material 301. The granular bodies 31 are also connected to each other, and are aggregated in a porous and columnar shape to generate an electrolyte aggregate 35 (solid electrolyte layer 3) (see FIG. 13B).

このような熱処理では、活物質成形体2の形成と固体電解質層3の形成とを同時に行うことができるので、これらを個別に行う場合に比べて作業効率を高めることができる。   In such a heat treatment, the formation of the active material molded body 2 and the formation of the solid electrolyte layer 3 can be performed simultaneously, so that the working efficiency can be improved as compared with the case where these are performed individually.

なお、この熱処理は、活物質粒子21同士を焼結させるとともに、活物質成形体2と固体電解質層3との間にも焼結する部分を生じさせ、かつ、固体電解質層3の劣化を生じない処理条件で行われる。具体的には、活物質や電解質の組成に応じて、前述した熱処理条件の範囲内で適宜設定されればよい。   This heat treatment sinters the active material particles 21, causes a portion to be sintered between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3, and causes deterioration of the solid electrolyte layer 3. Done under no processing conditions. Specifically, it may be appropriately set within the range of the heat treatment conditions described above according to the composition of the active material and the electrolyte.

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

[4]次に、第1製造方法と同様にして、電極複合体4の一面4aに対して集電体1を接合するとともに、電極複合体4の他面4bに対して電極20を接合する。
以上により、リチウム二次電池100が製造される。
[4] Next, in the same manner as in the first manufacturing method, the current collector 1 is joined to the one surface 4a of the electrode assembly 4, and the electrode 20 is joined to the other surface 4b of the electrode assembly 4. .
Thus, the lithium secondary battery 100 is manufactured.

このような第2製造方法では、凹部が形成された犠牲層7を含む積層基板8の周囲を単に減圧することで、アスペクト比の大きい凹部を形成することができ、また、この凹部を成形型として形成材料を成形することにより、例えばアスペクト比の大きい活物質凝集体25を含む電極複合体4およびアスペクト比の大きい電解質凝集体35を含む固体電解質層3を効率よく製造することができる。   In such a second manufacturing method, it is possible to form a recess having a large aspect ratio by simply reducing the pressure around the laminated substrate 8 including the sacrificial layer 7 in which the recess is formed. By molding the forming material as described above, for example, the electrode composite 4 including the active material aggregate 25 having a large aspect ratio and the solid electrolyte layer 3 including the electrolyte aggregate 35 having a large aspect ratio can be efficiently manufactured.

また、加熱により分解し得る犠牲層7を用いることによって、いわゆる離型操作が不要になるため、アスペクト比の大きい活物質凝集体25およびアスペクト比の大きい電解質凝集体35であっても精度よく製造することができる。   Further, by using the sacrificial layer 7 that can be decomposed by heating, a so-called mold release operation is not required, so that even the active material aggregate 25 having a large aspect ratio and the electrolyte aggregate 35 having a large aspect ratio can be accurately manufactured. can do.

そして、活物質成形体2および固体電解質層3の充填率を容易に高めることができ、活物質成形体2と固体電解質層3との接触面積も容易に大きくすることができるので、高容量かつ高出力のリチウム二次電池100を効率よく製造することができる。   And the filling rate of the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 can be easily increased, and the contact area between the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 can be easily increased. The high-power lithium secondary battery 100 can be manufactured efficiently.

また、このような第2製造方法は、第1製造方法と同様の効果を奏するとともに、一度の熱処理で活物質成形体2と固体電解質層3とを製造し得るため、製造効率が特に高いという効果も奏する。   In addition, the second manufacturing method has the same effects as the first manufacturing method, and the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 can be manufactured by a single heat treatment, so that the manufacturing efficiency is particularly high. There is also an effect.

(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14は、第2実施形態におけるリチウム二次電池の縦断面図である。
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. 14 is a longitudinal sectional view of the lithium secondary battery in the second 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.

すなわち、第2実施形態のリチウム二次電池100Aにおいて、電極複合体4A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充填層30と、を有している。換言すれば、電極複合体4A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充填層30を、さらに有している。   That is, in the lithium secondary battery 100 </ b> A of the second embodiment, the electrode composite 4 </ b> A includes the active material molded body 2, the solid electrolyte layer 3, and the filled layer 30 filled in the voids remaining by the formation of the solid electrolyte layer 3. And have. In other words, the electrode assembly 4A further includes a filling layer 30 that is provided by filling the voids remaining in the electrode assembly 4 of the first embodiment.

この充填層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、充填層30の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、残存する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 is heated after impregnating the remaining void with a precursor solution having fluidity of the packed bed 30, that is, a precursor solution of a solid electrolyte that is amorphous at room temperature, for example. It can be formed using a method.

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を形成する際の加熱温度は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。また、充填層30の前駆体としては固体電解質層3の前駆体と同様に前述した(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、残存する空隙に含浸させる。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 heating temperature at the time of forming the solid electrolyte layer 3 is about 700 ° C., but if the forming 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. In addition, as the precursor of the filling layer 30, any one of the above-described (A) to (C) can be cited as in the case of the precursor of the solid electrolyte layer 3. This is diluted with a solvent (for example, an alcohol compound) to obtain a precursor solution. This precursor solution is impregnated into the remaining voids. The method for impregnating the precursor solution is the same as that described for the solid electrolyte layer 3.

また、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 the 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15は、第3実施形態におけるリチウム二次電池の縦断面図である。
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. 15 is a longitudinal sectional view of a lithium secondary battery according to the third 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37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37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 37 that joins both of them between 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 37 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37が設けられており、この電解液含浸層37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 37 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 37 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37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37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 widen, the electrolytic solution further oozes out from the electrolytic solution impregnated layer 37 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 solution impregnated layer 37. 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37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37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37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 37 is a film that functions as a supply source of a lithium-resistant film and a polymer gel electrolyte. The electrolytic solution impregnated layer 37 is a film impregnated with an electrolytic solution that conducts lithium ions. That is, the electrolytic solution impregnated layer 37 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)37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-impregnated layer (PEG film) 37. 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37を貼り付け、これにより、電解液含浸層37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 assembly 4B, for example, the electrolyte solution impregnated layer 37 is attached to one surface of the composite body of the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 in which voids remain, whereby the electrolyte solution impregnated layer 37 The electrolyte solution can be formed using a method of supplying the electrolyte solution to the gap.

電解液含浸層37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37を得る。電解液含浸層37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 37 is produced, for example, by impregnating a support (base material) with a precursor solution containing an electrolytic solution and a monomer and photopolymerizing it. 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-impregnated layer 37. The electrolytic solution contained in the electrolytic solution-impregnated layer 37 is filled in the remaining gap and functions as the electrolytic solution 36.

この電解液含浸層37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 37 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16は、第4実施形態におけるリチウム二次電池の縦断面図である。
リチウム二次電池100Cでは、電極複合体4とは構成が異なる電極複合体4Cが集電体1と電極20とに接合して設けられている。
FIG. 16 is a longitudinal sectional view of a lithium secondary battery according to the fourth embodiment.
In the lithium secondary battery 100 </ b> C, an electrode composite 4 </ b> C 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.

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2と、固体電解質層3とを有している。   The electrode composite 4 </ b> C includes an active material molded body 2 having active material particles 21 and noble metal particles 22, and a solid electrolyte layer 3.

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 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2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 2 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、上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2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、第1液状材料201に対し、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 2 can be manufactured, for example, by adding the noble metal particles 22 together with the active material particles 21 to the first liquid material 201 in the above-described method for manufacturing a lithium secondary battery.

以上、本発明の活物質成形体の製造方法、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。   As mentioned above, although the manufacturing method of the active material molded object of this invention, the manufacturing method of an electrode composite_body | complex, and the manufacturing method of a lithium battery were demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this.

例えば、本発明の活物質成形体の製造方法、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、それぞれ1または2以上の任意の工程が追加されていてもよい。   For example, one or more arbitrary steps may be added to the method for producing an active material molded body, the method for producing an electrode assembly, and the method for producing a lithium battery according to the present invention, respectively.

また、本発明の活物質成形体の製造方法を含むリチウム電池の製造方法は、液状の電解質を含むリチウム電池の製造にも適用可能である。   Moreover, the manufacturing method of the lithium battery containing the manufacturing method of the active material molded object of this invention is applicable also to manufacture of the lithium battery containing a liquid electrolyte.

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。   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.

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。   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.

また、前記各実施形態における犠牲層が含む第1の凹部および第2の凹部の形状は、前述したものに限定されない。   Moreover, the shape of the 1st recessed part and 2nd recessed part which the sacrificial layer in each said embodiment contains is not limited to what was mentioned above.

図17は、他の構成例に係る犠牲層7の上面71(第1の面)側から下面72(第2の面)側を透視した平面図である。なお、図17において、前述した第1実施形態と同様の構成については、同一符号を付してある。また、図17では、犠牲層の凹部にドットを付している。   FIG. 17 is a plan view of the sacrificial layer 7 according to another configuration example seen from the upper surface 71 (first surface) side to the lower surface 72 (second surface) side. In FIG. 17, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment described above. In FIG. 17, dots are added to the recesses of the sacrificial layer.

図17(a)に示す犠牲層7は、上面71から下面72を透視したとき、第1の凹部711および第2の凹部721がそれぞれ正六角形をなしている。そして、複数の第1の凹部711が列状に並んでおり、また、複数の第2の凹部721も列状に並んでいる。   In the sacrificial layer 7 shown in FIG. 17A, when the lower surface 72 is seen through from the upper surface 71, the first recess 711 and the second recess 721 each form a regular hexagon. The plurality of first recesses 711 are arranged in a row, and the plurality of second recesses 721 are also arranged in a row.

一方、図17(b)に示す犠牲層7は、上面71から下面72を透視したとき、第1の凹部711および第2の凹部721がそれぞれ正六角形をなしている。そして、複数の第2の凹部721が互いに離間して配置されている。また、複数の第1の凹部711は第2の凹部721同士の間に配置されている。   On the other hand, when the sacrificial layer 7 shown in FIG. 17B is seen through the lower surface 72 from the upper surface 71, the first recess 711 and the second recess 721 each have a regular hexagonal shape. A plurality of second recesses 721 are arranged apart from each other. Further, the plurality of first recesses 711 are arranged between the second recesses 721.

以上のように、本発明では、犠牲層7の第1の凹部711および第2の凹部721に対し、任意の形状を設定することが可能である。そして、このような犠牲層7を用いることにより、任意の成形パターンで成形された活物質成形体2および固体電解質層3を容易に製造することができる。
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 described above, in the present invention, it is possible to set arbitrary shapes for the first recess 711 and the second recess 721 of the sacrificial layer 7. And by using such a sacrificial layer 7, the active material molded body 2 and the solid electrolyte layer 3 molded in an arbitrary molding pattern can be easily manufactured.
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
3 固体電解質層
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
7 犠牲層
8 積層基板
9 容器
10 積層体
20 電極
21 活物質粒子
22 貴金属粒子
25 活物質凝集体
30 充填層
31 粒状体
35 電解質凝集体
36 電解液
37 電解液含浸層
70 樹脂層
71 上面
72 下面
81 上基板
82 下基板
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
201 第1液状材料
301 第2液状材料
711 第1の凹部
721 第2の凹部
S 外部空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Current collector 2 Active material molded object 3 Solid electrolyte layer 4 Electrode complex 4A Electrode complex 4B Electrode complex 4C Electrode complex 4a One side 4b Other side 7 Sacrificial layer 8 Laminated substrate 9 Container 10 Laminated body 20 Electrode 21 Active material Particle 22 Precious metal particle 25 Active material aggregate 30 Filling layer 31 Granule 35 Electrolyte aggregate 36 Electrolytic solution 37 Electrolytic solution impregnated layer 70 Resin layer 71 Upper surface 72 Lower substrate 81 Lower substrate 100 Lithium secondary battery 100A Lithium secondary battery 100B Lithium secondary battery 100C Lithium secondary battery 201 First liquid material 301 Second liquid material 711 First recess 721 Second recess S External space

Claims (12)

互いに対向する第1の面および第2の面と、前記第1の面に開口する複数の第1の凹部と、前記第2の面に開口する複数の第2の凹部と、を有する犠牲層と、
前記第1の凹部の開口を塞ぐ第1の蓋部と、
前記第2の凹部の開口を塞ぐ第2の蓋部と、を用意する準備工程と、
前記犠牲層が置かれた空間を減圧し、前記第1の凹部の体積および前記第2の凹部の体積をそれぞれ膨張させることにより、前記犠牲層を変形させる減圧工程と、
前記第1の凹部内に活物質の形成材料を入れる充填工程と、
前記犠牲層および前記活物質の形成材料をそれぞれ加熱することにより、前記犠牲層を分解、除去し、かつ、活物質成形体を得る加熱工程と、
を含むことを特徴とする活物質成形体の製造方法。
A sacrificial layer having a first surface and a second surface facing each other, a plurality of first recesses opening in the first surface, and a plurality of second recesses opening in the second surface When,
A first lid for closing the opening of the first recess;
A preparation step of preparing a second lid portion that closes the opening of the second recess;
Decompressing the sacrificial layer by deforming the sacrificial layer by decompressing the space in which the sacrificial layer is placed and expanding the volume of the first recess and the volume of the second recess, respectively;
A filling step of placing an active material forming material in the first recess;
A heating step of decomposing and removing the sacrificial layer by heating the sacrificial layer and the active material forming material, and obtaining an active material molded body;
The manufacturing method of the active material molded object characterized by including.
前記第2の面を透視しつつ前記第1の面を平面視したとき、前記第1の凹部と前記第2の凹部とが互いにずれている請求項1に記載の活物質成形体の製造方法。   2. The method for producing an active material molded body according to claim 1, wherein the first concave portion and the second concave portion are displaced from each other when the first surface is viewed in plan while seeing through the second surface. . 前記第2の面を透視しつつ前記第1の面を平面視したとき、前記第1の凹部および前記第2の凹部は、それぞれ規則的に配置されている請求項1または2に記載の活物質成形体の製造方法。   The active part according to claim 1 or 2, wherein, when the first surface is viewed in plan while seeing through the second surface, the first recess and the second recess are regularly arranged. A method for producing a molded material. 前記充填工程において、前記第1の蓋部を前記犠牲層から外した後、前記各第1の凹部内に前記活物質の形成材料を入れ、隣り合う2つの前記第1の凹部内に入れた前記活物質の形成材料同士を繋げる請求項1ないし3のいずれか1項に記載の活物質成形体の製造方法。   In the filling step, after the first lid portion is removed from the sacrificial layer, the active material forming material is placed in each of the first recesses, and is placed in two adjacent first recesses. The manufacturing method of the active material molded object of any one of Claim 1 thru | or 3 which connects the forming material of the said active material. 前記犠牲層の構成材料は、樹脂材料を含む請求項1ないし4のいずれか1項に記載の活物質成形体の製造方法。   The method for producing an active material molded body according to any one of claims 1 to 4, wherein the constituent material of the sacrificial layer includes a resin material. 互いに対向する第1の面および第2の面と、前記第1の面に開口する第1の凹部と、前記第2の面に開口する第2の凹部と、を有する犠牲層と、
前記第1の凹部の開口を塞ぐ第1の蓋部と、
前記第2の凹部の開口を塞ぐ第2の蓋部と、を用意する準備工程と、
前記犠牲層が置かれた空間を減圧し、前記第1の凹部の体積および前記第2の凹部の体積をそれぞれ膨張させることにより、前記犠牲層を変形させる減圧工程と、
前記第1の凹部内に活物質の形成材料を入れ、前記第2の凹部内に電解質の形成材料を入れる充填工程と、
前記犠牲層、前記活物質の形成材料および前記電解質の形成材料をそれぞれ加熱することにより、前記犠牲層を分解、除去し、かつ、活物質成形体および固体電解質層を得る加熱工程と、
を含むことを特徴とする電極複合体の製造方法。
A sacrificial layer having a first surface and a second surface facing each other, a first recess opening in the first surface, and a second recess opening in the second surface;
A first lid for closing the opening of the first recess;
A preparation step of preparing a second lid portion that closes the opening of the second recess;
Decompressing the sacrificial layer by deforming the sacrificial layer by decompressing the space in which the sacrificial layer is placed and expanding the volume of the first recess and the volume of the second recess, respectively;
A filling step of placing an active material forming material in the first recess and an electrolyte forming material in the second recess;
Heating the sacrificial layer, the active material forming material, and the electrolyte forming material, respectively, to decompose and remove the sacrificial layer and obtain an active material molded body and a solid electrolyte layer;
A method for producing an electrode composite comprising:
前記第2の面を透視しつつ前記第1の面を平面視したとき、前記第1の凹部と前記第2の凹部とが互いにずれている請求項6に記載の電極複合体の製造方法。   The method for manufacturing an electrode assembly according to claim 6, wherein the first concave portion and the second concave portion are displaced from each other when the first surface is viewed in plan while seeing through the second surface. 前記第2の面を透視しつつ前記第1の面を平面視したとき、前記第1の凹部および前記第2の凹部は、それぞれ規則的に配置されている請求項6または7に記載の電極複合体の製造方法。   The electrode according to claim 6 or 7, wherein the first recess and the second recess are regularly arranged when the first surface is viewed in plan while seeing through the second surface. A method for producing a composite. 前記充填工程において、
前記第1の蓋部を前記犠牲層から外した後、前記各第1の凹部内に前記活物質の形成材料を入れ、隣り合う2つの前記第1の凹部内に入れた前記活物質の形成材料同士を繋げるとともに、
前記第2の蓋部を前記犠牲層から外した後、前記各第2の凹部内に前記電解質の形成材料を入れ、隣り合う2つの前記第2の凹部内に入れた前記電解質の形成材料同士を繋げる請求項6ないし8のいずれか1項に記載の電極複合体の製造方法。
In the filling step,
After removing the first lid from the sacrificial layer, the active material forming material is placed in each of the first recesses, and the active material is formed in two adjacent first recesses. While connecting materials together,
After the second lid portion is removed from the sacrificial layer, the electrolyte forming material is put into each of the second recesses, and the electrolyte forming materials are put into two adjacent second recesses. The method for producing an electrode assembly according to any one of claims 6 to 8.
前記犠牲層の構成材料は、樹脂材料を含む請求項6ないし9のいずれか1項に記載の電極複合体の製造方法。   The method for producing an electrode assembly according to claim 6, wherein the constituent material of the sacrificial layer includes a resin material. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の活物質成形体の製造方法により製造された活物質成形体に接するように電解質層を設ける工程と、
前記活物質成形体と接するように集電体を設ける工程と、
前記電解質層と接するように電極を設ける工程と、
を含むことを特徴とするリチウム電池の製造方法。
Providing an electrolyte layer in contact with the active material molded body produced by the method for producing an active material molded body according to any one of claims 1 to 5,
Providing a current collector in contact with the active material molded body;
Providing an electrode in contact with the electrolyte layer;
A method for producing a lithium battery, comprising:
請求項6ないし10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設ける工程と、
前記電極複合体の他方の面に、電極構成物を設ける工程と、
を含むことを特徴とするリチウム電池の製造方法。
A step of providing a current collector on one surface of the electrode composite manufactured by the method for manufacturing an electrode composite according to any one of claims 6 to 10 so as to be in contact with the active material molded body,
Providing an electrode composition on the other surface of the electrode composite;
A method for producing a lithium battery, comprising:
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