JP2017054761A - Method for inspecting all-solid lithium battery, and method for manufacturing all-solid lithium battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、全固体リチウム電池の検査方法及び全固体リチウム電池の製造方法に関する。 The present invention relates to an inspection method for an all-solid lithium battery and a method for manufacturing an all-solid lithium battery.
従来、正極層と固体電解質層と負極層とを備える全固体リチウム電池における短絡や微短絡の検査方法が提案されている。 Conventionally, an inspection method for a short circuit or a short circuit in an all-solid lithium battery including a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer has been proposed.
特許文献1では、全固体リチウム電池に定電流を供給した際の電流値が正常か否かによって短絡の有無を判別している。
In
特許文献2では、初期充電状態における自己放電による電圧降下量が基準値を超えた場合に、実使用時の拘束圧を超える圧力下における自己放電による電圧降下量が基準値を超えるか否かによって微短絡の有無を判別している。
In
なお、微短絡とは、無放電状態において、短絡に比べて僅かな自己放電により端子電圧が徐々に低下する現象である。 Note that the fine short circuit is a phenomenon in which the terminal voltage gradually decreases in a no-discharge state due to a slight self-discharge compared to the short circuit.
しかしながら、特許文献1の手法では、電流値が正常かどうかを正確に検出することが困難であるため、微短絡の有無を精度良く判別することはできない。
However, in the method of
また、特許文献2の手法では、微短絡の有無を判別することはできるものの、検査工程が煩雑で長時間を要するという問題がある。
Moreover, although the method of
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、短絡及び微短絡の有無を簡便に判別可能な全固体リチウム電池の検査方法及び全固体リチウム電池の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described situation, and an object thereof is to provide an inspection method for an all-solid lithium battery and a method for manufacturing an all-solid lithium battery that can easily determine the presence or absence of a short circuit and a micro short circuit. To do.
本発明に係る全固体リチウム電池の検査方法は、正極層、正極層上に形成される固体電解質層、スパッタリング法によって固体電解質層上に形成されリチウムと合金化可能な金属を含有する中間層、及び中間層上に形成されリチウムを含有する負極層を有する単位電池の開放端電圧を所定の閾値と比較することによって、単位電池における短絡及び微短絡の有無を判別する工程を備える。 An inspection method for an all-solid lithium battery according to the present invention includes: a positive electrode layer; a solid electrolyte layer formed on the positive electrode layer; an intermediate layer containing a metal that is formed on the solid electrolyte layer by a sputtering method and can be alloyed with lithium; And comparing the open circuit voltage of the unit cell formed on the intermediate layer and having a negative electrode layer containing lithium with a predetermined threshold value to determine whether the unit cell is short-circuited or slightly short-circuited.
本発明によれば、短絡及び微短絡の有無を簡便に判別可能な全固体リチウム電池の検査方法、及び全固体リチウム電池の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the inspection method of the all-solid-state lithium battery which can distinguish the presence or absence of a short circuit and a fine short circuit easily, and the manufacturing method of an all-solid-state lithium battery can be provided.
(全固体リチウム電池10の全体構成)
図1は、本実施形態に係る全固体リチウム電池10の断面図である。図2は、全固体リチウム電池10の上面図である。
(Overall configuration of all-solid lithium battery 10)
FIG. 1 is a cross-sectional view of an all
全固体リチウム電池10は、パーソナルコンピュータやポータブル機器(例えば、携帯電話)などを含む各種デバイスの電源として用いられる。全固体リチウム電池10は、リフローはんだ付け工程などの加熱工程(例えば、200℃以上の温度を伴うプロセス)を経て、各種デバイスの基板上に実装される。
The all-solid-
全固体リチウム電池10は、2つの単位電池1を備える。単位電池1は、配向正極板12(正極層の一例)、固体電解質層14、中間層15、及び負極層16によって構成される。2つの単位電池1は、並列接続されている。
The all
全固体リチウム電池10は、外装部2を備える。外装部2は、2枚の正極外装材20、1枚の負極外装材24、及び2つの封止部26によって構成される。外装部2は、2つの単位電池1を被覆する。2つの単位電池1は、負極外装材24を介して上下対称に配置されている。
The all
全固体リチウム電池10は、2つの接続部3を備える。接続部3は、金属層22、導電性接着剤層28、及び端部絶縁部18によって構成される。接続部3は、外装部2に単位電池1を固定する。
The all
(単位電池1の構成)
単位電池1は、配向正極板12、固体電解質層14、中間層15、及び負極層16によって構成される。
(Configuration of unit battery 1)
The
1.配向正極板12
配向正極板12は、板状のセラミックス焼結体である。従って、配向正極板12の厚さを大きくしやすいため、気相法によって形成される膜に比べて電池の容量及びエネルギー密度を高くすることができる。また、原料の秤量によって配向正極板12の組成が決まるため、気相法によって形成される膜に比べて組成を精度よく制御することができる。配向正極板12の厚さは特に制限されないが、5μm以上80μm以下とすることが好ましく、20μm以上50μm以下であることが好ましい。
1. Oriented
The oriented
配向正極板12は、配向された複数のリチウム遷移金属酸化物粒子によって構成される配向多結晶体である。すなわち、配向多結晶体である配向正極板12を形成する粒子は、リチウム遷移金属酸化物によって構成される。
The oriented
リチウム遷移金属酸化物は、層状岩塩構造又はスピネル構造を有するのが好ましく、層状岩塩構造を有するのがより好ましい。層状岩塩構造は、リチウムイオンの蓄積によって酸化還元電位が低下し、リチウムイオンの放出によって酸化還元電位が上昇する性質を有する。ここで、層状岩塩構造は、リチウム以外の遷移金属系層とリチウム層とが酸素原子を含む層を介して交互に積層された結晶構造である。すなわち、層状岩塩構造は、リチウム以外の遷移金属などのイオン層とリチウムイオン層とが酸化物イオン層を挟んで交互に積層された結晶構造である。このような結晶構造としては、立方晶岩塩型構造の[111]軸方向に遷移金属とリチウムとが規則配列したα−NaFeO2型構造が挙げられる。 The lithium transition metal oxide preferably has a layered rock salt structure or a spinel structure, and more preferably has a layered rock salt structure. The layered rock salt structure has the property that the redox potential decreases due to the accumulation of lithium ions, and the redox potential increases due to the release of lithium ions. Here, the layered rock salt structure is a crystal structure in which transition metal layers other than lithium and lithium layers are alternately stacked via layers containing oxygen atoms. That is, the layered rock salt structure is a crystal structure in which an ion layer of a transition metal other than lithium and a lithium ion layer are alternately stacked with an oxide ion layer interposed therebetween. Examples of such a crystal structure include an α-NaFeO 2 type structure in which transition metals and lithium are regularly arranged in the [111] axis direction of a cubic rock salt type structure.
層状岩塩構造を有するリチウム−遷移金属系複合酸化物としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル・マンガン酸リチウム、ニッケル・コバルト酸リチウム、コバルト・ニッケル・マンガン酸リチウム、コバルト・マンガン酸リチウムなどが挙げられる。リチウム−遷移金属系複合酸化物には、Mg,Al,Si,Ca,Ti,V,Cr,Fe,Cu,Zn,Ga,Ge,Sr,Y,Zr,Nb,Mo,Ag,Sn,Sb,Te,Ba,Biなどのうち一種以上の元素が含まれていてもよい。 Examples of lithium-transition metal composite oxides having a layered rock salt structure include lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, nickel / lithium manganate, nickel / lithium cobaltate, cobalt / nickel / lithium manganate, cobalt / Examples thereof include lithium manganate. Lithium-transition metal composite oxides include Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, Sn, and Sb. , Te, Ba, Bi, etc. may contain one or more elements.
このように、リチウム遷移金属酸化物粒子は、LixM1O2又はLix(M1,M2)O2(式中、0.5<x<1.10、M1はNi,Mn及びCoの群から選択される少なくとも一種の遷移金属元素、M2はMg,Al,Si,Ca,Ti,V,Cr,Fe,Cu,Zn,Ga,Ge,Sr,Y,Zr,Nb,Mo,Ag,Sn,Sb,Te,Ba及びBiの群から選択される少なくとも一種の元素である)で表される組成を有するのが好ましい。リチウム遷移金属酸化物粒子は、Lix(M1,M2)O2で表される組成を有し、かつ、M1がNi及びCoであって、M2はMg,Al及びZrの群から選択される少なくとも一種であることがより好ましい。リチウム遷移金属酸化物粒子は、Lix(M1,M2)O2で表される組成を有し、かつ、M1がNi及びCoであって、M2がAlであることがさらに好ましい。さらに、リチウム遷移金属酸化物粒子は、LixM1O2で表される組成を有し、かつ、M1がNi,Mn及びCoであるか、又は、M1がCoであるのも好ましい。 Thus, the lithium transition metal oxide particles are Li x M1O 2 or Li x (M1, M2) O 2 (where 0.5 <x <1.10, M1 is from the group of Ni, Mn and Co). At least one selected transition metal element, M2 is Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, Sn, It is preferable to have a composition represented by (at least one element selected from the group consisting of Sb, Te, Ba and Bi). The lithium transition metal oxide particles have a composition represented by Li x (M1, M2) O 2 , M1 is Ni and Co, and M2 is selected from the group of Mg, Al, and Zr More preferably, it is at least one. More preferably, the lithium transition metal oxide particles have a composition represented by Li x (M1, M2) O 2 , M1 is Ni and Co, and M2 is Al. Furthermore, it is also preferable that the lithium transition metal oxide particles have a composition represented by Li x M1O 2 and M1 is Ni, Mn and Co, or M1 is Co.
なお、Lix(M1,M2)O2という組成式は、具体的には、Lix(M1m,M2n)(式中、0<m<1、0<n<1、m+n=1)と表される。式中、M1及びM2の合計量に占めるNiの割合は原子比で0.6以上であることが好ましい。以上の組成は、いずれも層状岩塩構造を採ることができる。 Note that the composition formula Li x (M1, M2) O 2 is specifically Li x (M1 m , M2 n ) ( where 0 <m <1, 0 <n <1, m + n = 1). It is expressed. In the formula, the proportion of Ni in the total amount of M1 and M2 is preferably 0.6 or more in terms of atomic ratio. All of the above compositions can take a layered rock salt structure.
なお、Lix(Ni,Co,Al)O2系組成を有し、かつ、M1がNi及びCoであって、M2がAlであるセラミックスは、NCAセラミックスと称される。NCAセラミックスは、一般式Lip(Nix,Coy,Alz)O2(式中、0.9≦p≦1.3、0.6<x≦0.9、0.1<y≦0.3、0≦z≦0.2、x+y+z=1)で表される組成を有し、かつ、層状岩塩構造を有するのが好ましい。 A ceramic having a Li x (Ni, Co, Al) O 2 -based composition, M1 being Ni and Co, and M2 being Al is referred to as NCA ceramic. NCA ceramics have the general formula Li p (Ni x , Co y , Al z ) O 2 (where 0.9 ≦ p ≦ 1.3, 0.6 <x ≦ 0.9, 0.1 <y ≦ 0.3, 0 ≦ z ≦ 0.2, x + y + z = 1), and preferably has a layered rock salt structure.
上述のとおり、配向正極板12は、配向された複数のリチウム遷移金属酸化物粒子によって構成される配向多結晶体である。配向正極板12において、複数のリチウム遷移金属酸化物粒子は、所定の方向に配向されていることが好ましい。所定の方向は、リチウムイオンの伝導方向であることが好ましい。従って、配向正極板12の構成粒子の特定の結晶面は、配向正極板12から負極層16に向かう方向に配向されていることが好ましい。具体的には、配向正極板12の構成粒子の(003)面が、配向正極板12、固体電解質層14、中間層15及び負極層16の積層方向に配向されていることが好ましい。言い換えると、(003)面が、積層面と交差する方向に配向されていることが好ましい。これによって、配向正極板12に対するリチウムイオンの蓄積時及び放出時の抵抗を低減できるため、高入力時(すなわち、充電時)に多くのリチウムイオンを放出できるとともに、高出力時(すなわち、放電時)に多くのリチウムイオンを蓄積することができる。
As described above, the oriented
配向多結晶体の配向度は、10%以上とすることができる。配向多結晶体の配向度の下限値は、20%以上が好ましく、30%以上がより好ましく、40%以上がさらに好ましく、50%以上が特に好ましい。配向度の上限値は特に制限されないが、95%以下とすることができる。配向度の上限値は、90%以下、85%以下、80%以下、75%以下、又は70%以下とすることができる。配向正極板12の配向度は、XRD装置(例えば、株式会社リガク製、TTR−III)によって得られる接触面12SにおけるXRDプロファイルを用いて、ロットゲーリング法に従って下記式(1)から算出される。XRD装置による測定は、2θで10°から70°のX線回折角の範囲を2°/minかつステップ幅0.02°の条件で行うものとする。
The degree of orientation of the oriented polycrystal can be 10% or more. The lower limit of the degree of orientation of the oriented polycrystal is preferably 20% or more, more preferably 30% or more, further preferably 40% or more, and particularly preferably 50% or more. The upper limit of the degree of orientation is not particularly limited, but can be 95% or less. The upper limit of the degree of orientation can be 90% or less, 85% or less, 80% or less, 75% or less, or 70% or less. The orientation degree of the orientation
上記式(1)において、Iは、測定試料の回折強度であり、I0は無配向の参照試料の回折強度である。(HKL)は、配向度を評価したい回折線であり、(00l)(lは、例えば3、6及び9)以外の回折線に相当にする。(hkl)は、全ての回折線に相当する。
In the above formula (1), I is the diffraction intensity of the measurement sample, and I 0 is the diffraction intensity of the non-oriented reference sample. (HKL) is a diffraction line for which the degree of orientation is to be evaluated, and corresponds to diffraction lines other than (00l) (l is, for example, 3, 6 and 9). (Hkl) corresponds to all diffraction lines.
無配向の参照試料とは、無配向であること以外は測位試料と同様の構成を有する試料である。参照試料は、例えば配向正極板12の試料を乳鉢で粉砕して無配向状態にすることによって得られる。
The non-oriented reference sample is a sample having the same configuration as the positioning sample except that it is non-oriented. The reference sample is obtained, for example, by pulverizing a sample of the aligned
上記式(1)において、(HKL)から(00l)の回折線が除かれているのは、(00l)の回折線に対応する面(例えば、(003)面など)ではその面内方向にしかリチウムイオンが移動できないため、この面が積層方向に対して垂直な面方向に沿って配向されると、リチウムイオンの移動が妨げられるからである。 In the above formula (1), the (001) diffraction line is removed from (HKL) in the plane corresponding to the (001) diffraction line (for example, the (003) plane) in the in-plane direction. This is because, since lithium ions can only move, if this surface is oriented along a plane direction perpendicular to the stacking direction, the movement of lithium ions is hindered.
このような配向多結晶体である配向正極板12は、無配向の多結晶体に比べて厚さを大きくすることができる。配向正極板12の厚さは、単位面積当りの活物質容量を考慮すると、20μm以上が好ましく、25μm以上がより好ましく、30μm以上がさらに好ましく、35μm以上が特に好ましい。配向正極板12の厚さの上限値は特に制限されないが、充放電の繰り返しに伴う電池特性の劣化(特に、抵抗値の上昇)の抑制を考慮すると、100μm未満が好ましく、90μm以下がより好ましく、80μm以下がさらに好ましく、70μm以下が特に好ましい。
The oriented
配向正極板12は、シート状に形成されるのが好ましい。配向正極板12は、シート状に形成された1枚の正極活物質によって構成されていてもよいし、シート状に形成された正極活物質の小片を層状に配置することによって構成されていてもよい。
The aligned
配向正極板12の相対密度は、75%以上99.97%以下が好ましく、80%以上99.95%以下がより好ましく、90%以上99.90%以下がさらに好ましく、95%以上99.88%以下が特に好ましく、97%以上99.85%以下が最も好ましい。配向正極板12の相対密度は、容量及びエネルギー密度を考慮すれば基本的には高い方が望ましいが、相対密度を上記の範囲内にすることによって、充放電を繰り返したときの抵抗値の上昇を抑制できる。これは、リチウムの蓄積及び放出に伴って配向正極板12が適度に膨張収縮することによって応力を緩和できるためだと考えられる。
The relative density of the aligned
なお、配向正極板12の構成及び作製方法については、特開2012−009193号公報、特開2012−009194号公報及び特許第4745463号公報に詳細に記載されている。本明細書では、これら3つの公報の開示内容を援用する。
In addition, about the structure and manufacturing method of the alignment
2.固体電解質層14
固体電解質層14は、配向正極板12上に配置される。固体電解質層14は、リチウムイオン伝導材料によって構成される。リチウムイオン伝導材料としては、ガーネット系セラミックス材料、窒化物系セラミックス材料、ペロブスカイト系セラミックス材料、リン酸系セラミックス材料、硫化物系セラミックス材料、及び高分子系材料の群から選択される少なくとも一種が好ましく、ガーネット系セラミックス材料、窒化物系セラミックス材料、ペロブスカイト系セラミックス材料、及びリン酸系セラミックス材料の群から選択される少なくとも一種がより好ましい。
2.
The
ガーネット系セラミックス材料としては、Li−La−Zr−O系材料(具体的には、Li7La3Zr2O12など。以下、「LLZ系セラミックス材料」という。)やLi−La−Ta−O系材料(具体的には、Li7La3Ta2O12など)が挙げられる。窒化物系セラミックス材料としては、Li3Nが挙げられる。ペロブスカイト系セラミックス材料としては、LLZ系セラミックス材料(具体的には、LiLa1−xTixO3(0.04≦x≦0.14)など)が挙げられる。リン酸系セラミックス材料としては、リン酸リチウム、リン酸リチウムオキシナイトライド(LiPON)、Li−Al−Ti−P−O,Li−Al−Ge−P−O、及びLi−Al−Ti−Si−P−O(具体的には、Li1+x+yAlxTi2−xSiyP3−yO12(0≦x≦0.4、0<y≦0.6)など)が挙げられる。 The garnet-based ceramic material, (specifically, such as Li 7 La 3 Zr 2 O 12 . Hereinafter, referred to as "LLZ based ceramics material".) Li-La-Zr- O -based material and Li-La-Ta- Examples thereof include O-based materials (specifically, Li 7 La 3 Ta 2 O 12 and the like). Examples of the nitride ceramic material include Li 3 N. Examples of the perovskite ceramic material include LLZ ceramic materials (specifically, LiLa 1-x Ti x O 3 (0.04 ≦ x ≦ 0.14) and the like). Examples of phosphate ceramic materials include lithium phosphate, lithium phosphate oxynitride (LiPON), Li-Al-Ti-PO, Li-Al-Ge-PO, and Li-Al-Ti-Si. —P—O (specifically, Li 1 + x + y Al x Ti 2−x Si y P 3−y O 12 (0 ≦ x ≦ 0.4, 0 <y ≦ 0.6) and the like) can be mentioned.
固体電解質層14は、LLZ系セラミックス材料及び/又はLiPON系セラミックス材料によって構成されるのが特に好ましい。
The
LLZ系セラミックス材料は、Li、La、Zr及びOを含むガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造を有する酸化物焼結体である。LLZ系セラミックス材料としては、Li7La3Zr2O12などのガーネット系セラミックス材料が挙げられる。ガーネット系セラミックス材料は、負極層16と直接接触しても反応が起きないリチウムイオン伝導材料である。LLZ系セラミックス材料は、焼結性に優れるため緻密化しやすく、かつ、イオン伝導率も高い。LLZ系セラミックス材料の結晶構造は、LLZ結晶構造と呼ばれており、LLZ系セラミックス材料のXRDパターンはCSD(Cambridge Structural Database)のX線回折ファイルNo.422259(Li7La3Zr2O12)に類似している。なお、LLZ系セラミックス材料とNo.422259とでは構成元素が異なり、またセラミックス中のLi濃度などが異なる可能性もある。そのため、LLZ系セラミックス材料とNo.422259とでは回折角度や回折強度比が異なる場合がある。
The LLZ ceramic material is an oxide sintered body having a garnet-type or garnet-like crystal structure containing Li, La, Zr, and O. Examples of the LLZ ceramic material include garnet ceramic materials such as Li 7 La 3 Zr 2 O 12 . The garnet-based ceramic material is a lithium ion conductive material that does not react even when directly in contact with the
なお、LLZ系セラミックス材料におけるLaに対するLiのモル数の比Li/Laは、2.0以上2.5以下が好ましい。LLZ系セラミックス材料におけるLaに対するZrのモル比Zr/Laは、0.5以上0.67以下が好ましい。 The ratio Li / La of the number of moles of Li to La in the LLZ ceramic material is preferably 2.0 or more and 2.5 or less. The molar ratio Zr / La of Zr to La in the LLZ ceramic material is preferably 0.5 or more and 0.67 or less.
LLZ系セラミックス材料は、Nb及び/又はTaを含んでいてもよい。LLZ系セラミックス材料中のZrの一部をNb及びTaのいずれか一方又は双方で置換することによって、置換前よりも伝導率を向上させることができる。ZrのNb及び/又はTaによる置換量(モル比)は、(Nb+Ta)/Laのモル比が0.03以上0.20以下となる量にすることが好ましい。また、LLZ系セラミックス材料は、Alをさらに含んでいるのが好ましい。焼結体におけるAlの添加量は、0.01〜1質量%が好ましい。Laに対するAlのモル比Al/Laは、0.008〜0.12が好ましい。Nb、Ta及びAlの元素は、結晶格子に存在してもよいし、結晶格子外に存在していてもよい。LLZ系セラミックス材料は、公知の手法に従って、又は、公知の手法を適宜修正することによって製造することができる。 The LLZ-based ceramic material may contain Nb and / or Ta. By substituting a part of Zr in the LLZ-based ceramic material with either one or both of Nb and Ta, the conductivity can be improved more than before the replacement. The substitution amount (molar ratio) of Zr with Nb and / or Ta is preferably set such that the molar ratio of (Nb + Ta) / La is 0.03 or more and 0.20 or less. The LLZ ceramic material preferably further contains Al. The addition amount of Al in the sintered body is preferably 0.01 to 1% by mass. The molar ratio Al / La of La to La is preferably 0.008 to 0.12. The elements of Nb, Ta and Al may exist in the crystal lattice or may exist outside the crystal lattice. The LLZ-based ceramic material can be manufactured according to a known technique or by appropriately modifying a known technique.
固体電解質層14は、中間層15と接触する接触面14Sを有する。接触面14Sにおける算術平均粗さRaは、0.1〜0.7μmであることが好ましい。これによって、全固体リチウム電池10がリフローはんだ付け工程などの加熱工程に付された場合に、後述する負極層16に含まれるリチウム金属の融出及び球状化が抑制されるため、内部短絡や負極層16の剥離を抑えることができる。接触面14Sにおける算術平均粗さRaは、JIS 0601−2001に準拠して測定される。
The
固体電解質層14の厚さは特に制限されないが、0.1μm以上100μm以下とすることができる。固体電解質層14の厚さは、充放電レート特性を考慮すると0.2μm以上20μm以下が好ましく、0.3μm以上4.0μm以下がより好ましい。
The thickness of the
固体電解質層14の形成方法としては、各種パーティクルジェットコーティング法、固相法、溶液法、気相法を用いることができる。パーティクルジェットコーティング法としては、エアロゾルデポジション(AD)法、ガスデポジション(GD)法、パウダージェットデポジション(PJD)法、コールドスプレー(CS)法、溶射法などが挙げられる。特に、エアロゾルデポジション(AD)法では常温成膜できるため、成膜中における組成ずれの発生や配向正極板12との反応による高抵抗層の形成を抑制することができる。固相法としては、テープ積層法、印刷法などが挙げられる。特に、テープ積層法では固体電解質層14の厚さを薄くできるとともに、厚さの制御を容易に行うことができる。溶液法としては、ソルボサーマル法、水熱合成法、ゾルゲル法、沈殿法、マイクロエマルション法、溶媒蒸発法などが挙げられる。特に、水熱合成法では低温で結晶性の高い結晶粒を形成することができる。溶液法によって合成される微結晶は、配向正極板12上に堆積させてもよいし、配向正極板12上に直接析出させてもよい。気相法としては、レーザー堆積(PLD)法、スパッタリング法、蒸発凝縮(PVD)法、気相反応法(CVD)法、真空蒸着法、分子線エピタキシ(MBE)法などが挙げられる。特に、レーザー堆積(PLD)法では組成ずれの発生を抑制できるとともに、比較的結晶性の高い膜を形成することができる。
As a method for forming the
なお、配向正極板12と固体電解質層14の界面には界面抵抗を下げるための処理が施されていてもよい。具体的には、配向正極板12及び/又は固体電解質層14を被膜で覆うことによって界面抵抗を下げることができる。被膜を構成する材料としては、ニオブ酸化物、チタン酸化物、タングステン酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、リチウム・ニッケル複合酸化物、リチウム・チタン複合酸化物、リチウム・ニオブ化合物、リチウム・タンタル化合物、リチウム・タングステン化合物、リチウム・チタン化合物、これらの複合酸化物、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。被膜は薄いことが好ましく、例えば20nm以下が好ましい。
In addition, the process for reducing interface resistance may be given to the interface of the alignment
3.中間層15
中間層15は、固体電解質層14上に配置される。中間層15は、リチウムと合金化可能な金属を含む。リチウムと合金化可能な金属としては、Al(アルミニウム)、Si(シリコン)、Zn(亜鉛)、Ga(ガリウム)、Ge(ゲルマニウム)、Ag(銀)、Au(金)、Pt(白金)、Cd(カドミウム)、In(インジウム)、Sn(スズ)、Sb(アンチモン)、Pb(鉛)、及びBi(ビスマス)の群から選択される少なくとも一種を用いることができる。リチウムと合金化可能な金属としては、Au(金)、In(インジウム)、Si(シリコン)、Sn(スズ)、Zn(亜鉛)、及びAl(アルミニウム)の群から選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。リチウムと合金化可能な金属は、Mg2SiやMg2Snなどの二種以上の元素を含む合金であってもよい。
3.
The
中間層15の厚さは特に制限されないが、5nm以上とすることができる。中間層15の厚さを5nm以上とすることによって、後述するようにスパッタリング法で中間層15を形成する場合に、中間層15に膜欠陥が生じることを抑制して連続膜を形成することができる。その結果、後述する短絡及び微短絡の検査工程において中間層15を帯電させることができる。中間層15の厚さは、10nm以上1000nm以下が好ましく、50nm以上500nm以下がより好ましい。
The thickness of the
中間層15は、スパッタリング装置(例えば、サンユー電子製、SC−701AT)を用いたスパッタリング法によって形成される。中間層15の形成には、リチウムと合金化可能な金属がターゲットとして用いられる。
The
4.負極層16
負極層16は、中間層15上に配置される。負極層16は、リチウム金属を主成分として含有する。負極層16は、中間層15上に形成されるリチウム含有金属膜であってもよいし、中間層15上に載置されるリチウム含有金属箔であってもよい。リチウム含有金属膜は、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法などによって形成することができる。
4).
The
負極層16の厚さは特に限定されないが、200μm以下とすることができる。全固体リチウム電池10におけるリチウム総量を多く確保することと電池のエネルギー密度を高くすることを考慮すると、負極層16の厚さは10μm以上が好ましく、50μm以上10μm以下がより好ましく、40μm以上10μm以下がさらに好ましくは、20μm以上10μm以下が特に好ましい。
The thickness of the
(外装部2の構成)
外装部2は、図1に示すように、正極外装材20、負極外装材24及び封止部26を含む。
(Configuration of exterior part 2)
As shown in FIG. 1, the
1.正極外装材20
正極外装材20は、配向正極板12の外側を被覆する。正極外装材20は、接続部3を介して、単位電池1の配向正極板12と電気的に接続される。正極外装材20は、正極集電体として機能する。正極外装材20は、金属によって構成される。金属としては、ステンレス、アルミニウム、銅、白金、ニッケルなどが挙げられ、特にステンレスが好適である。正極外装材20は、板状又は箔状に形成することができ、特に箔状が好ましい。従って、正極外装材20としてステンレス箔を用いることが特に好ましい。正極外装材20が箔状に形成される場合、正極外装材20の厚さは1〜30μmとすることができ、5μm以上25μm以下が好ましく、10μm以上20μm以下がより好ましい。
1.
The positive
本実施形態において、正極外装材20は、ザグリ状の凹部20aと、凹部20aの外周に形成される枠状の凸部20bとを有する。
In the present embodiment, the positive
2.負極外装材24
負極外装材24は、単位電池1の負極層16と電気的に接続される。負極外装材24は、負極集電体として機能する。負極外装材24は、金属によって構成される。負極外装材24は、正極外装材20と同様の材料によって構成することができる。従って、負極外装材24としてステンレス箔を用いることが好ましい。負極外装材24が箔状に形成される場合、負極外装材24の厚さは1〜30μmとすることができ、5μm以上25μm以下が好ましく、10μm以上20μm以下がより好ましい。
2. Negative
The negative
3.封止部26
封止部26は、正極外装材20と負極外装材24の隙間を封止する。封止部26は、全固体リチウム電池10内への水分の侵入を抑制する。また、正極外装材20と負極外装材24の間の電気絶縁性を確保するため、封着材の抵抗率は1×106Ωcm以上が好ましく、1×107Ωcm以上がより好ましく、1×108Ωcm以上がさらに好ましい。このような封止部26は、電気絶縁性の封着材によって構成することができる。
3. Sealing
The sealing
封着材としては、樹脂を含む樹脂系封着材を用いることができる。樹脂系封着材を用いることによって、封止部26の形成を比較的低温(例えば400℃以下)で行うことができるため、加熱による電池の破壊や変質を抑制できる。
As the sealing material, a resin-based sealing material containing a resin can be used. By using the resin-based sealing material, the sealing
封止部26は、樹脂フィルムの積層や液状樹脂のディスペンスなどによって形成することができる。図1に示すように、正極外装材20が枠状の凸部20bを有する場合、封止部26は、凸部20bと負極外装材24の間に配置されるのが好ましい。これによって、封止部26で封止する領域を小さくできるため、水分の侵入をより抑制できる。
The sealing
(接続部3の構成)
接続部3は、図1に示すように、金属層22、導電性接着剤層28、及び端部絶縁部18を含む。
(Configuration of connection unit 3)
As shown in FIG. 1, the connecting
1.金属層22
金属層22は、配向正極板12と導電性接着剤層28の間に配置される。配向正極板12と導電性接着剤層28との間に金属層22を介挿することによって、配向正極板12と導電性接着剤層28の間の電子伝導性を向上させることができる。金属層22は、配向正極板12及び導電性接着剤層28それぞれとの電子伝導抵抗及び反応性が低い金属によって構成することができる。このような金属層22としては、配向正極板12の板面へスパッタにより形成したAuスパッタ層を用いることができる。金属層22の厚さは10nm以上1000nm以下とすることができ、50nm以上500nm以下が好ましい。
1.
The
2.導電性接着剤層28
導電性接着剤層28は、正極外装材20と金属層22の間に配置される。導電性接着剤層28は、正極外装材20と金属層22を機械的に強固に接合することによって、配向正極板12と正極外装材20の電気的接続を確保する。導電性接着剤層28は、導電性材料と接着剤を含む。導電性材料としては、導電性カーボンなどを用いることができる。接着剤としては、エポキシ系などの樹脂材料を用いることができる。導電性接着剤層28の厚さは特に制限されないが、5μm以上100μm以下とすることができ、10μm以上50μm以下であることが好ましい。
2. Conductive
The conductive
3.端部絶縁部18
端部絶縁部18は、配向正極板12と外装部2との隙間に充填される。端部絶縁部18は、充電時における配向正極板12の膨張に伴う応力を緩和しつつ、配向正極板12と負極層16との短絡を抑制することができればよく、その材質や形状は特に制限されないが、配向正極板12と接着又は密着可能な有機高分子材料を含むことが好ましい。
3.
The
(全固体リチウム電池10における短絡及び微短絡の検査方法)
次に、全固体リチウム電池10における短絡及び微短絡の検査方法について、図面を参照しながら説明する。図3は、全固体リチウム電池10における短絡及び微短絡の検査方法を示すフロー図である。
(Inspection method of short circuit and fine short circuit in all-solid-state lithium battery 10)
Next, a method for inspecting a short circuit and a fine short circuit in the all
ステップS1において、配向正極板12(正極層の一例)を形成する。配向正極板12の形成方法については、特開2012−009193号公報、特開2012−009194号公報及び特許第4745463号公報に記載されている。
In step S1, an oriented positive electrode plate 12 (an example of a positive electrode layer) is formed. About the formation method of the alignment
ステップS2において、各種パーティクルジェットコーティング法、固相法、溶液法、気相法などによって、リチウムイオン伝導材料によって構成される固体電解質層14を配向正極板12上に形成する。
In step S2, a
ステップS3において、スパッタリング法によって、リチウムと合金化可能な金属を含有する中間層15を固体電解質層14上に形成する。スパッタリング装置には、例えばサンユー電子製のSC−701ATを用いることができる。スパッタリング法によって形成された中間層15に短絡や微短絡が生じていなければ、スパッタリング法の原理から中間層15はマイナスに帯電するため、リチウムイオン(Li+)が配向正極板12から固体電解質層14を介して中間層15に移動してLi金属が析出もしくはリチウム合金が形成されて充電状態となる。一方、スパッタリング法によって形成された中間層15に短絡や微短絡が生じていれば、中間層15はマイナスに帯電しないため、リチウムイオン(Li+)は配向正極板12から固体電解質層14を介して中間層15に移動しないか、もしくは、いったん移動したとしても短絡部分を介して自己放電してしまうため充電状態にはならない。
In step S3, the
ステップS4において、リチウムを含有する負極層16を中間層15上に形成する。リチウム含有金属膜を負極層16とする場合、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法などによって負極層16を形成することができる。リチウム含有金属箔を負極層16とする場合、金属箔を中間層15上に載置することによって負極層16を形成することができる。以上によって、単位電池1が完成する。
In step S <b> 4, the
ステップS5において、単位電池1の開放端電圧を測定する。具体的には、配向正極板12と負極層16に接続した電圧計によって、配向正極板12と負極層16の間の開放端電圧を測定する。この際、内部に短絡や微短絡が生じていなければ、単位電池1は充電された状態になっているため、所定の閾値以上の開放端電圧が検出される。一方、内部に短絡や微短絡が生じていれば、単位電池1は充電された状態にはなっていないため、所定の閾値未満の開放端電圧が検出される。所定の閾値の取得方法については、後述する実施例において説明する。
In step S5, the open circuit voltage of the
ステップS6において、ステップS5において測定された開放端電圧が所定の閾値以上であるか否かを判定する。開放端電圧が所定の閾値以上であると判定された場合、当該単位電池1は良品であるため処理をステップS7に進める。開放端電圧が所定の閾値以上でない(すなわち、所定の閾値未満)と判定された場合、当該単位電池1は短絡や微短絡が存在する不良品であるため処理を終了する。
In step S6, it is determined whether or not the open-circuit voltage measured in step S5 is greater than or equal to a predetermined threshold value. If it is determined that the open-circuit voltage is equal to or higher than the predetermined threshold, the
ステップS7において、外装部2や接続部3によって2つの単位電池1を封止する。ステップS7には、2つの接続部3(金属層22、導電性接着剤層28及び端部絶縁部18)の形成工程や、外装部2(2枚の正極外装材20、1枚の負極外装材24、及び2つの封止部26)の形成工程が含まれる。ただし、ステップS7の少なくとも一部の工程は、ステップS1〜S6の間に分割して行われてもよい。
In step S <b> 7, the two
(他の実施形態)
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications or changes can be made without departing from the scope of the present invention.
上記実施形態において、全固体リチウム電池10は、正極層として配向正極板12を備えることとしたが、配向正極板12に代えて周知の正極活物質を含む正極層を備えていてもよい。このような正極層は、例えば特開2012−146512号公報や特開2013−105708号公報に開示されている。
In the above embodiment, the all
上記実施形態において、全固体リチウム電池10は、2つの単位電池1を備えることとしたが、1つの単位電池1又は3つ以上の単位電池1を備えていてもよい。全固体リチウム電池10が2つ以上の単位電池1を備える場合、単位電池1同士は並列接続されてもよいし、直列接続されてもよい。
In the above embodiment, the all
上記実施形態において、2つの単位電池1は、負極外装材24を挟むように配置されることとしたが、正極外装材20を挟むように配置されてもよい。この場合、2つの単位電池1それぞれの外側に2つの負極外装材24を配置すればよい。
In the embodiment described above, the two
上記実施形態において、全固体リチウム電池10は、外装部2を備えることとしたが、外装部2を備えていなくてもよい。この場合、単位電池1の配向正極板12及び負極層16それぞれに電極取り出しタブなどを接続すればよい。
In the above embodiment, the all
上記実施形態において、外装部2は、封止部26を有することとしたが、封止部26を有していなくてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態において、全固体リチウム電池10は、接続部3を備えることとしたが、接続部3を備えていなくてもよい。この場合、配向正極板12を正極外装材20に直接接触させればよい。
In the said embodiment, although the all-solid-
上記実施形態において、接続部3は、金属層22及び端部絶縁部18を有することとしたが、金属層22及び端部絶縁部18の少なくとも一方を有していなくてもよい。
In the above embodiment, the connecting
上記実施形態では特に触れていないが、図3のステップS6において単位電池1が不良品であると判別された場合には、単位電池1における短絡や微短絡の修復作業を実施してもよい。
Although not particularly mentioned in the above embodiment, when it is determined in step S6 in FIG. 3 that the
以下において本発明に係る全固体リチウム電池の実施例について説明するが、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the all solid lithium battery according to the present invention will be described, but the present invention is not limited to the examples described below.
(サンプルNo.1〜15の作製)
1.配向正極板の作製
1.1 グリーンシートの作製
まず、体積基準D50粒径が0.3μmのCo3O4原料粉末(正同化学工業株式会社製)に体積基準D50粒径が0.3μmのBi2O3(太陽鉱工株式会社製)を5wt%の割合で添加して混合粉末を得た。次に、この混合粉末100重量部と、分散媒(トルエン:イソプロパノール=1:1)100重量部と、バインダー(ポリビニルブチラール:品番BM−2、積水化学工業株式会社製)10重量部と、可塑剤(DOP:Di(2−ethylhexyl)phthalate、黒金化成株式会社製)4重量部と、分散剤(製品名レオドールSP−O30、花王株式会社製)2重量部とを混合した。次に、この混合物を減圧下で撹拌することによって脱泡しながら、粘度が4000cPのスラリーを調製した。スラリーの粘度は、ブルックフィールド社製LVT型粘度計で測定した。次に、調製したスラリーをドクターブレード法によってPETフィルム上においてシート状に成形することによってグリーンシートを作製した。乾燥後のグリーンシートの厚さは、40μmであった。
(Production of sample Nos. 1 to 15)
1. 1. Production of Oriented Positive Electrode Plate 1.1 Production of Green Sheet First, a Co 3 O 4 raw material powder (manufactured by Shodo Chemical Industry Co., Ltd.) having a volume standard D50 particle size of 0.3 μm was used. Bi 2 O 3 (manufactured by Taiyo Mining Co., Ltd.) was added at a rate of 5 wt% to obtain a mixed powder. Next, 100 parts by weight of this mixed powder, 100 parts by weight of a dispersion medium (toluene: isopropanol = 1: 1), 10 parts by weight of a binder (polyvinyl butyral: product number BM-2, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.), plastic 4 parts by weight of an agent (DOP: Di (2-ethylhexyl) phthalate, manufactured by Kurokin Kasei Co., Ltd.) and 2 parts by weight of a dispersant (product name: Leodol SP-O30, manufactured by Kao Corporation) were mixed. Next, a slurry having a viscosity of 4000 cP was prepared while degassing the mixture by stirring under reduced pressure. The viscosity of the slurry was measured with an LVT viscometer manufactured by Brookfield. Next, a green sheet was produced by forming the prepared slurry into a sheet on a PET film by a doctor blade method. The thickness of the green sheet after drying was 40 μm.
1.2 配向焼結板の作製
PETフィルムから剥がしたグリーンシートをカッターで40mm角に切り出してグリーンシートの小片を形成した。次に、突起の高さが300μmのエンボス加工を施したジルコニア製セッター(寸法90mm角、高さ1mm)の中央にグリーンシートの小片を載置した。次に、グリーンシートの小片を1300℃で5時間焼成した後、降温速度50℃/hにて降温した。次に、ジルコニア製セッターに溶着していない部分をCo3O4配向焼結板として取り出した。
1.2 Production of Oriented Sintered Plate The green sheet peeled off from the PET film was cut into a 40 mm square with a cutter to form a small piece of green sheet. Next, a small piece of green sheet was placed in the center of a zirconia setter (dimension 90 mm square,
1.3 リチウムの導入
LiOH・H2O粉末(和光純薬工業株式会社製)をジェットミルで1μm以下に粉砕した後、エタノールに分散させることによってスラリーを作製した。次に、Li/Co=1.3になるようにスラリーをCo3O4配向焼結板に塗布した後、乾燥させた。次に、スラリーが塗布された配向焼結板をジルコニア製セッター上に載置した。次に、スラリーが塗布された配向焼結板を大気中にて840℃で20時間加熱処理することによって、厚さ45μmのLiCoO2配向焼結板を作製した。
1.3 Introduction of Lithium LiOH · H 2 O powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was pulverized to 1 μm or less with a jet mill, and then dispersed in ethanol to prepare a slurry. Next, the slurry was applied to a Co 3 O 4 oriented sintered plate so that Li / Co = 1.3, and then dried. Next, the oriented sintered plate coated with the slurry was placed on a zirconia setter. Next, the oriented sintered plate to which the slurry was applied was heat-treated in the atmosphere at 840 ° C. for 20 hours to produce a LiCoO 2 oriented sintered plate having a thickness of 45 μm.
2.リチウム電池の作製
2.1 金属層の作製
イオンスパッタリング装置(日本電子製、JFC−1500)を用いたスパッタリングにより、LiCoO2配向焼結板の第1主面上に金属層としてのAu膜を形成した。金属層の厚さは、1000Åであった。
2. 2. Production of Lithium Battery 2.1 Production of Metal Layer An Au film as a metal layer is formed on the first main surface of the LiCoO 2 oriented sintered plate by sputtering using an ion sputtering apparatus (manufactured by JEOL, JFC-1500). did. The thickness of the metal layer was 1000 mm.
2.2 配向正極板の固定
金属層が形成されたLiCoO2配向焼結板を□10mmで切出して配向正極板を作製した。次に、導電性カーボンを分散させたエポキシ系の導電性接着剤を用いて、正極外装材としてのステンレス集電板(厚さ100μm)に配向正極板上の金属層を固定した。これによって、配向正極板と金属層と導電性接着剤と正極外装材が順次積層された平板状の積層体が作製された。
2.2 Fixing of Oriented Positive Electrode Plate A LiCoO 2 oriented sintered plate on which a metal layer was formed was cut out at 10 mm to prepare an oriented positive plate. Next, the metal layer on the oriented positive electrode plate was fixed to a stainless steel current collector plate (thickness: 100 μm) as a positive electrode exterior material using an epoxy-based conductive adhesive in which conductive carbon was dispersed. As a result, a flat laminated body in which the oriented positive electrode plate, the metal layer, the conductive adhesive, and the positive electrode exterior material were sequentially laminated was produced.
2.3 固体電解質層の形成
直径4インチ(約10cm)のリン酸リチウム焼結体ターゲットを準備した。次に、スパッタリング装置(キャノンアネルバ製、SPF−430H)を用いたRFマグネトロン方式にて、ターゲットにガス種N2を真空度0.2Paかつ出力0.2kWの条件で衝突させることによって、配向正極板の第2主面上にLiPON系のスパッタ膜を固体電解質層として形成した。固体電解質層の厚さは、3.5μmであった。
2.3 Formation of Solid Electrolyte Layer A lithium phosphate sintered compact target having a diameter of 4 inches (about 10 cm) was prepared. Next, by using an RF magnetron method using a sputtering apparatus (SPF-430H, manufactured by Canon Anelva), gas species N 2 is collided with the target under the conditions of a vacuum degree of 0.2 Pa and an output of 0.2 kW, thereby aligning the positive electrode. A LiPON-based sputtered film was formed as a solid electrolyte layer on the second main surface of the plate. The thickness of the solid electrolyte layer was 3.5 μm.
2.4 中間層の形成
直径2インチ(約5cm)のAu箔をターゲットとして準備した。次に、スパッタリング装置(サンユー電子製 SC−701AT)を用いた二極スパッタリング方式にて、真空度1×10−2Paかつ電流値3〜4mAとなるように調整したガス種空気をターゲットに衝突させることによって、固体電解質層上にAuスパッタ膜を中間層として形成した。中間層の厚さは、100nmであった。
2.4 Formation of Intermediate Layer An Au foil having a diameter of 2 inches (about 5 cm) was prepared as a target. Next, the gas species air adjusted so that the degree of vacuum is 1 × 10 −2 Pa and the current value is 3 to 4 mA is collided with the target by a bipolar sputtering method using a sputtering apparatus (SC-701AT manufactured by Sanyu Electronics). As a result, an Au sputtered film was formed as an intermediate layer on the solid electrolyte layer. The thickness of the intermediate layer was 100 nm.
2.5 負極層の形成
リチウム金属を載せたタングステンボートを準備した。真空蒸着装置(サンユー電子製、カーボンコーターSVC−700)を用いて、抵抗加熱によりLiを蒸発させることによって中間層上にLi蒸着膜を負極層として形成した。以上によって、単位電池が完成した。
2.5 Formation of Negative Electrode Layer A tungsten boat on which lithium metal was placed was prepared. Using a vacuum deposition apparatus (Sanyu Electronics, carbon coater SVC-700), Li was evaporated by resistance heating to form a Li deposited film on the intermediate layer as a negative electrode layer. Thus, the unit battery was completed.
2.6 単位電池の開放端電圧の測定
単位電池の配向正極板と負極層に電圧計を接続することによって、単位電池の開放端電圧を測定した。
2.6 Measurement of Open End Voltage of Unit Battery The open end voltage of the unit battery was measured by connecting a voltmeter to the oriented positive electrode plate and the negative electrode layer of the unit battery.
2.7 外装部による封止
電極取り出し用タブを接着したAlラミネートフィルムによって単位電池を封止した。以上によって、サンプルNo.1〜15に係る全固体リチウム電池が完成した。
2.7 Sealing by Exterior Unit The unit cell was sealed with an Al laminate film to which an electrode extraction tab was bonded. As described above, sample no. All-solid lithium batteries according to 1 to 15 were completed.
(サンプルNo.16〜30の作製)
中間層としてAuスパッタ膜を形成しなかった以外は、上記サンプルNo.1〜15と同じ工程にてサンプルNo.16〜30を作製した。すなわち、サンプルNo.16〜30では、固体電解質層上に負極層としてのLi蒸着膜を直接形成した。そして、サンプルNo.1〜15と同様に、単位電池の開放端電圧を測定した。
(Production of sample Nos. 16 to 30)
Except that no Au sputtered film was formed as the intermediate layer, the above sample No. Sample No. 1 to 15 in the same process. 16-30 were produced. That is, sample No. In 16-30, the Li vapor deposition film | membrane as a negative electrode layer was directly formed on the solid electrolyte layer. And sample no. Similarly to 1-15, the open circuit voltage of the unit cell was measured.
(自己放電率の測定)
サンプルNo.1〜30について、自己放電率を測定した。具体的には、サンプルNo.1〜30において4Vまでの定電流定電圧充電を行った後、20℃の恒温槽内において充電状態で7日間放置した。そして、サンプルNo.1〜30の自己放電率(%)を測定した。そして、自己放電率が20%未満のサンプルを良品と判別し、自己放電率が20%以上80%未満のサンプルを微短絡発生品と判別し、自己放電率が80%以上のサンプルを短絡発生品と判別した。微短絡発生品と短絡発生品は不良品である。
(Measurement of self-discharge rate)
Sample No. About 1-30, the self-discharge rate was measured. Specifically, sample no. After performing constant-current constant-voltage charging up to 4 V in 1 to 30, it was left in a charged state in a constant temperature bath at 20 ° C. for 7 days. And sample no. Self-discharge rates (%) of 1-30 were measured. A sample with a self-discharge rate of less than 20% is determined as a non-defective product, a sample with a self-discharge rate of 20% or more and less than 80% is determined as a fine short-circuit product, and a sample with a self-discharge rate of 80% or more is short-circuited. It was identified as a product. A product with a slight short circuit and a product with a short circuit are defective.
ここで、図4は、サンプルNo.1〜15について、単位電池の開放端電圧と7日間の自己放電率との関係を示す散布図である。図4から明らかなように、サンプルNo.1〜15では、開放端電圧と自己放電率の間に高い相関関係が確認された。従って、固体電解質層と負極層の間にスパッタ法で中間層を設けた単位電池では、単位電池の開放端電圧に基づいて、良品と不良品(短絡発生品及び微短絡発生品を含む)を精度良く判別できることが確認された。なお、図4に示す例では、開放端電圧の閾値(所定の閾値の一例)を2Vに設定して、開放端電圧が2V以上の単位電池を良品と判別し、開放端電圧が2V未満の単位電池を不良品と判別することができる。 Here, FIG. It is a scatter diagram which shows the relationship between the open end voltage of a unit battery, and the self-discharge rate for 7 days about 1-15. As is clear from FIG. In 1 to 15, a high correlation was confirmed between the open-circuit voltage and the self-discharge rate. Therefore, in the unit battery in which an intermediate layer is provided between the solid electrolyte layer and the negative electrode layer by sputtering, non-defective products and defective products (including short-circuited products and micro-short-circuited products) are determined based on the open-circuit voltage of the unit battery. It was confirmed that it was possible to discriminate accurately. In the example shown in FIG. 4, the open-circuit voltage threshold (an example of a predetermined threshold) is set to 2 V, a unit cell with an open-circuit voltage of 2 V or more is determined as a non-defective product, and the open-circuit voltage is less than 2 V. The unit battery can be identified as a defective product.
一方、図5は、サンプルNo.16〜30について、単位電池の開放端電圧と7日間の自己放電率との関係を示す散布図である。図5から明らかなように、サンプルNo.16〜30では、開放端電圧と自己放電率の間に相関関係はない。従って、固体電解質層と負極層の間にスパッタ法で中間層を設けなかった単位電池では、単位電池の開放端電圧に基づいて良品と不良品を判別できなかった。 On the other hand, FIG. It is a scatter diagram which shows the relationship between the open end voltage of a unit battery, and the self-discharge rate for 7 days about 16-30. As is clear from FIG. In 16-30, there is no correlation between the open circuit voltage and the self-discharge rate. Therefore, in the unit battery in which the intermediate layer is not provided by the sputtering method between the solid electrolyte layer and the negative electrode layer, it was not possible to discriminate between a good product and a defective product based on the open-circuit voltage of the unit battery.
10 全固体リチウム電池
12 配向正極板
14 固体電解質層
15 中間層
16 負極層
18 端部絶縁部
20 正極外装材
22 金属層
24 負極外装材
26 封止部
28 導電性接着剤
DESCRIPTION OF
Claims (2)
を備える全固体リチウム電池の検査方法。 A positive electrode layer, a solid electrolyte layer formed on the positive electrode layer, an intermediate layer containing a metal that can be alloyed with lithium formed on the solid electrolyte layer by a sputtering method, and a lithium formed on the intermediate layer An inspection method for an all-solid-state lithium battery comprising a step of determining the presence or absence of a short circuit and a fine short circuit in the unit battery by comparing an open end voltage of the unit battery having a negative electrode layer with a predetermined threshold.
固体電解質層を前記正極層上に形成する工程と、
リチウムと合金化可能な金属を含有する中間層をスパッタリング法によって前記固体電解質層上に形成する工程と、
リチウムを含有する負極層を前記中間層上に形成する工程と、
前記正極層、前記固体電解質層、前記中間層及び前記負極層を有する単位電池の開放端電圧を所定の閾値と比較することによって、前記単位電池における短絡及び微短絡の有無を判別する工程と、
を備える全固体リチウム電池の製造方法。 Forming a positive electrode layer;
Forming a solid electrolyte layer on the positive electrode layer;
Forming an intermediate layer containing a metal that can be alloyed with lithium on the solid electrolyte layer by a sputtering method;
Forming a negative electrode layer containing lithium on the intermediate layer;
Determining the presence or absence of a short circuit and a micro short circuit in the unit cell by comparing the open end voltage of the unit cell having the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, the intermediate layer and the negative electrode layer with a predetermined threshold;
A method for producing an all-solid-state lithium battery.
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