JP2016219348A

JP2016219348A - 全固体電池の製造方法

Info

Publication number: JP2016219348A
Application number: JP2015105655A
Authority: JP
Inventors: 慎司小島; Shinji Kojima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2016-12-22

Abstract

【課題】ガスの吹き付け及び集塵機等を用いない場合でも、レーザ切断により発生する加工飛散物の拡散を防ぐ、全固体電池の製造方法を提供する。【解決手段】集電体層及び集電体層上の活物質層を少なくとも具備している電池用積層体に、レーザ光源からレーザ光を照射して、電池用積層体を切断することを含む、全固体電池の製造方法であって、レーザ光の照射によって電池用積層体から飛散する加工飛散物を、磁力又は静電気力により、レーザ光の照射領域付近に配置されている１個又は複数個の吸着体に吸着させること、及び電池用積層体が非磁性体で構成されていることを特徴とする、全固体電池の製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、全固体電池の製造方法に関する。

刃物を使用することなくシート材を所定のサイズに切断する方法として、レーザ光を用いた様々な切断技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、シート材の切断線に沿ってシート材を押圧固定する押圧固定部材と、出射したレーザ光を切断線上に沿って走行させ、レーザ光の集光位置を溶融するレーザ出射部と、レーザ光に追従して溶融部位に進入し、溶融部位の溶融端の一方を他方から離間させるブレードを備えるブレード作動機構とで構成されていることを特徴とする、レーザ切断装置が開示されている。

また、特許文献２には、スリットが開設された基板上にシート材を載置し、シート材を磁石等の弛緩防止手段で基板上に密着状態に保持し、スリットに沿って走査するレーザ光を照射することを特徴とするシート材切断方法が開示されている。

また、特許文献２には、レーザ光の照射領域においてシート材を前記基板に押圧する方向に不活性ガスを吹き付けることが望ましく、この不活性ガスによってシート材と基板との密着性が高まると共に、シート材の切断部分近傍の空気を排除することができるため、酸化に起因する切断部分の変質や変形を有効に防止することができることが更に開示されている。

更に、特許文献３には、加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーション又は熱溶融により加工するレーザ加工方法において、加工対象物の表面にて、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物及びデブリを、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させることを特徴とする、レーザ加工方法が開示されている。

国際公開第２０１４／００４１５８号特開２０１３−１１９０９４号公報特開２００４−１８８４５１号公報

特許文献１に記載の装置は、ブレードを用いているため、このブレードを定期的に交換する必要がある。これに対し、特許文献２及び３に記載されている切断方法は、レーザ光を用いた切断方法はブレード等の刃物を使用しないので、刃物を定期的に交換する必要がない。

しかしながら、全固体電池の構成部品である電池用積層体をレーザ光で切断した場合、照射されるレーザ光の熱エネルギーによって電池用積層体の一部が燃焼し、スパッタ及びヒューム等の加工飛散物が発生し、加工設備に備えられている保護ガラスを汚したり、電池用積層体への異物の付着が起こる。

このような異物の付着を防止するための対応策としては、ガスの吹付け及び集塵機の使用が考えられる。しかし、これらの手段を用いた場合、電極がばたつくため、正確な切断加工の妨げとなっていた。

また、特許文献３の方法は、加工対象物が磁性体であることを想定していると考えられるところ、電池用積層体は一般に非磁性体で構成されているため、特許文献３の方法を適用することは考え難い。

そこで、本発明は、ガスの吹き付け及び集塵機等を用いない場合でも、レーザ切断により発生する加工飛散物の拡散を防ぐ、全固体電池の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討したところ、以下の手段により上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、下記の通りである：
〈１〉集電体層及び上記集電体層上の活物質層を少なくとも具備している電池用積層体に、レーザ光源からレーザ光を照射して、上記電池用積層体を切断することを含む、全固体電池の製造方法であって、
上記レーザ光の照射によって上記電池用積層体から飛散する加工飛散物を、磁力又は静電気力により、上記レーザ光の照射領域付近に配置されている１個又は複数個の吸着体に吸着させること、及び
上記電池用積層体が非磁性体で構成されていること
を特徴とする、全固体電池の製造方法。

本発明によれば、ガスの吹き付け及び集塵機等を用いない場合でも、レーザ切断により発生する加工飛散物の拡散を防ぐ、全固体電池の製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の方法において使用する装置の概略図である。図２は、電池用積層体の層構成を示す図である。

《全固体電池の製造方法》
本発明の全固体電池の製造方法は、図１に示すように、電池用積層体（１０）に、レーザ光源（２０）からレーザ光（２２）を照射して、電池用積層体（１０）を切断することを含む。特に、本発明の全固体電池の製造方法は、レーザ光（２２）の照射によって電池用積層体から飛散する加工飛散物を、磁力又は静電気力により、吸着体（３０）に吸着させること、及び電池用積層体（１０）が非磁性体で構成されていることを特徴とする。

通常、電池用積層体は非磁性体で構成されているため、磁力によっては引き付けられない。しかしながら、本発明者らは、本発明の全固体電池の製造方法においては、電池用積層体から飛散する加工飛散物を予想外にも磁力又は静電気力により吸着することができることを見出した。この理由としては、レーザ光の照射により、電池用積層体を構成する非磁性体に含まれる原子がイオン化し、その結果、不対電子を有する状態で飛散することに起因すると考えられる。

以下では、本発明の全固体電池の製造方法の各構成要素について説明する。

〈電池用積層体〉
電池用積層体（１０）は、図２に示すように、集電体層（１４）及び集電体層（１４）上の活物質層（１２）を少なくとも具備している。この電池用積層体は、非磁性体で構成されている。

｛集電体層｝
集電体層としては、正極集電体層又は負極集電体層を挙げることができる。正極集電体層又は負極集電体層の原材料としては、特に限定されることなく、各種金属、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、ステンレス鋼、若しくはチタン等、又はこれらの合金の集電体層を用いることができる。

｛活物質層｝
活物質層は、集電体層上に積層されている。また、活物質層としては、正極活物質層及び負極活物質層を挙げることができる。

（正極活物質層）
正極活物質層は、正極活物質、並びに随意に導電助剤、バインダー、及び電解質を含有している。

正極活物質の原材料としては、マンガン、コバルト、ニッケル及びチタンから選ばれる少なくとも１種の遷移金属及びリチウムを含む金属酸化物、例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、若しくはニッケルコバルトマンガン酸リチウム（Ｌｉ_１＋ｘＮｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２）等、Ｌｉ_１＋ｘＭｎ_{２−ｘ−ｙ}Ｍ_ｙＯ_４（式中ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎからなる群より選択される一種以上の元素）で表される組成の異種元素置換Ｌｉ−Ｍｎスピネル、チタン酸リチウム（ＬｉｘＴｉＯｙ）、リン酸金属リチウム（ＬｉＭＰＯ_４、式中ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ）、又はこれらの組合せを挙げることができる。

正極活物質は、リチウムイオン電導性能を有し、かつ活物質又は固体電解質と接触しても流動しない被覆層の形態を維持し得る物質で被覆されていてもよい。具体的には、正極活物質は、例えばＬｉＮｂＯ_３、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２、Ｌｉ_３ＰＯ_４等で被覆されていてもよい。

導電助剤としては、炭素材、例えば、ＶＧＣＦ（気相成長法炭素繊維、ＶａｐｏｒＧｒｏｗｎＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒ）、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、若しくはカーボンナノチューブ等、又はこれらの組合せを挙げることができる。

バインダーとしては、特に限定されないが、ポリマー樹脂、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、若しくはスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等、又はこれらの組合せを挙げることができる。

電解質としては、特に限定されないが、リチウム二次電池の固体電解質として利用可能な材料を用いることができる。電解質、特に、固体電解質としては、酸化物系非晶質固体電解質、例えば、Ｌｉ_２Ｏ−Ｂ_２Ｏ_３−Ｐ_２Ｏ_５若しくはＬｉ_２Ｏ−ＳｉＯ_２等；硫化物系非晶質固体電解質、例えば、７５Ｌｉ_２Ｓ−２５Ｐ_２Ｓ_５、８Ｌｉ_２Ｏ・６７Ｌｉ_２Ｓ・２５Ｐ_２Ｓ_５、Ｌｉ_２Ｓ、Ｐ_２Ｓ_５、Ｌｉ_２Ｓ−ＳｉＳ_２、ＬｉＩ−Ｌｉ_２Ｓ−ＳｉＳ_２、ＬｉＩ−Ｌｉ_２Ｓ−Ｐ_２Ｓ_５、ＬｉＩ−Ｌｉ_２Ｓ−Ｐ_２Ｏ_５、ＬｉＩ−Ｌｉ_３ＰＯ_４−Ｐ_２Ｓ_５、若しくはＬｉ_２Ｓ−Ｐ_２Ｓ_５等；結晶質酸化物、例えば、ＬｉＩ、Ｌｉ_３Ｎ、Ｌｉ_５Ｌａ_３Ｔａ_２Ｏ_１２、Ｌｉ_７Ｌｉ_３Ｚｒ_２Ｏ_１２、Ｌｉ_６ＢａＬａ_２Ｔａ_２Ｏ_１２、Ｌｉ_３ＰＯ_{（４−３／２ｗ）}Ｎ_ｗ（ｗ＜１）等；若しくは、硫化物系結晶質固体電解質、例えばＬｉ_７Ｐ_３Ｓ_１１、Ｌｉ_３．２５Ｐ_０．７５Ｓ_４等のガラスセラミックス、若しくはＬｉ_３．２４Ｐ_０．２４Ｇｅ_０．７６Ｓ_４等のｔｈｉｏ−ＬｉＳｉＯ系の結晶等；若しくは、又はこれらの組合せを挙げることができる。

（負極活物質層）
負極活物質層は、負極活物質、並びに随意に導電助剤、バインダー、及び電解質を含有している。

負極活物質としては、金属イオン、例えば、リチウムイオン等を吸蔵・放出可能であれば特に限定されないが、グラファイト、ハードカーボン等の炭素材料、若しくはＳｉ、Ｓｉ合金等のケイ素材料、又はこれらの組合せを挙げることができる。

負極活物質層の導電助剤、バインダー、及び電解質としては、正極活物質層に関して挙げた材料を用いることができる。

〈レーザ光源〉
レーザ光源は、電池用積層体にレーザ光を照射することにより電池用積層体を切断するためのレーザ光源である。このレーザ光としては、例えば炭酸ガスレーザ光、ＹＡＧレーザ光等を照射するレーザ光源を挙げることができる。

〈加工飛散物〉
加工飛散物は、レーザ光の照射によって電池用積層体から飛散する加工飛散物である。加工飛散物としては、例えばスパッタ、ヒューム等を挙げることができる。

〈吸着体〉
吸着体は、レーザ光の照射領域付近に１個又は複数個配置されており、加工飛散物を磁力又は静電気力により吸着させる吸着体である。

吸着体としては、例えば磁石、静電チャック等を挙げることができる。

１０電極用積層体
１０ａ照射領域
１２活物質層
１４集電体層
２０レーザ光源
２２レーザ光
３０吸着体

Claims

集電体層及び前記集電体層上の活物質層を少なくとも具備している電池用積層体に、レーザ光源からレーザ光を照射して、前記電池用積層体を切断することを含む、全固体電池の製造方法であって、
前記レーザ光の照射によって前記電池用積層体から飛散する加工飛散物を、磁力又は静電気力により、前記レーザ光の照射領域付近に配置されている１個又は複数個の吸着体に吸着させること、及び
前記電池用積層体が非磁性体で構成されていること
を特徴とする、全固体電池の製造方法。