JP2017069121A - 全固体蓄電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1絶縁基板上に正極集電体を形成する工程と、正極集電体上に正極層を形成する工程と、正極層上に第1固体電解質層を形成する工程と、第2絶縁基板上に負極集電体を形成する工程と、負極集電体上に負極層を形成する工程と、負極層上に第2固体電解質層を形成する工程と、第1固体電解質層上及び第2固体電解質層上の少なくとも一方に接着層を形成する工程と、接着層によって第1固体電解質層と第2固体電解質層を互いに接合する接合工程とを有し、接着層は高分子固体電解質と溶媒を含む。
【選択図】図1
Description
全固体蓄電デバイス10は、まず正極構造体20と負極構造体30をそれぞれ形成し、その後、接着層40によって正極構造体20の第1固体電解質層24と負極構造体30の第2固体電解質層34を互いに接合することによって正極構造体20と負極構造体30を一体化させる。以下、各工程について説明する。
表1は、本実施形態の実施例1〜11の製造条件と評価結果を示す表である。図4〜図15は、実施例のサンプルについての充放電特性を示すグラフであり、各図と実施例の関係は次のとおりである。
(A)表1に示す実施例の各層の構成は次のとおりである。
第1絶縁基板21と第2絶縁基板31は、厚さ0.5mmのガラス基板である。
(1)実施例1〜6
正極層23が形成された正極集電体22(表1の「市販正極」)として、MTI社の正極用電極(型番:EQ−Lib−LMO)を使用した。また、負極層33が形成された負極集電体32(表1の「市販負極」)として、MTI社の負極用電極(型番:EQ−Lib−CMSG)を使用した。
正極集電体22は、厚さ25μmのアルミ箔であって、第1絶縁基板21に対して圧着することによって貼り付けられている。
負極集電体32は、厚さ25μmの銅箔であって、第2絶縁基板31に対して圧着することによって貼り付けられている。
正極集電体22と負極集電体32は、それぞれ、厚さ0.1mmのステンレス箔であって、第1絶縁基板21又は第2絶縁基板31に対して圧着することによって貼り付けられている。
(1)実施例1〜6
正極層23は、正極活物質としてマンガン酸リチウムを用いて厚さ140μmの正極層が形成されている。
負極層33は、負極活物質としてメソカーボンマイクロビーズ(球状人造黒鉛)を用いて厚さ100μmの負極層が形成されている。
正極層23は、正極活物質としてマンガン酸リチウムを用いて厚さ約50μmの正極層を形成した。実施例7〜8ではマンガン酸リチウムを粉砕していないものを用い、実施例9〜11ではマンガン酸リチウムを粉砕したものを用いた。マンガン酸リチウムは、未粉砕のものの粒径は5〜20μm程度であり、粉砕したものの粒径は約0.5μm程度である。
負極層33は、負極活物質としてハードカーボンを用いて厚さ約50μmの負極層を形成した。
第1固体電解質層24と第2固体電解質層34の形成に用いる電解質ペーストは共通のものであって、表1に示す電解質ペーストの材料の組成は次のとおりである。
LATP01(固体電解質):95wt%(重量%)
バインダ :5wt%
ここで、バインダは、エチレンオキシド・プロピレンオキシド共重合体であって、LiTFSIは添加していない。
LATP01(固体電解質):95wt%
バインダ :5wt%
ここで、バインダは、γ−ブチロラクトンにエチレンオキシド・プロピレンオキシド共重合体を15wt%溶解させた後に、約2%RHの低湿度下でLiTFSIを0.25モル(0.25M)添加した高分子固体電解質の固形分である。
LATP01(固体電解質):95wt%
バインダ :5wt%
ここで、バインダは、γ−ブチロラクトンにLiTFSIを0.25モル添加した後に、エチレンオキシド・プロピレンオキシド共重合体を15wt%溶解させた高分子固体電解質の固形分である。
接着層40の形成に用いる接着剤の組成は、
溶媒としてのγ−ブチロラクトン又はアセトニトリルにLiTFSIを5モル添加した後に、エチレンオキシド・プロピレンオキシド共重合体を15wt%溶解させたポリマー電解質である。
表1の評価欄は、実施例1〜11の各製造条件に対する2つずつのサンプルについての充放電特性の評価結果を示している。この評価は、窒素パージした湿度2%以下のグローブボックス内において、1mAの電流負荷をかけた状態で行い、カットオフ電圧は4.1V−0.1Vとし、基本的に充放電回数は1回とした。
20 正極構造体
21 第1絶縁基板
22 正極集電体
23 正極層
24 第1固体電解質層
30 負極構造体
31 第2絶縁基板
32 負極集電体
33 負極層
34 第2固体電解質層
40 接着層
Claims (9)
- 第1絶縁基板上に正極集電体を形成する工程と、
前記正極集電体上に正極層を形成する工程と、
前記正極層上に第1固体電解質層を形成する工程と、
第2絶縁基板上に負極集電体を形成する工程と、
前記負極集電体上に負極層を形成する工程と、
前記負極層上に第2固体電解質層を形成する工程と、
前記第1固体電解質層上及び前記第2固体電解質層上の少なくとも一方に接着層を形成する工程と、
前記接着層によって前記第1固体電解質層と前記第2固体電解質層を互いに接合する接合工程と
を有し、
前記接着層は高分子固体電解質と溶媒を含む
ことを特徴とする全固体蓄電デバイスの製造方法。 - 前記第1固体電解質層及び前記第2固体電解質層は、それぞれ固体電解質とバインダからなり、
前記バインダは前記高分子固体電解質を含むことを特徴とする請求項1に記載の全固体蓄電デバイスの製造方法。 - 前記高分子固体電解質はリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを含むことを特徴とする請求項2に記載の全固体蓄電デバイスの製造方法。
- 前記固体電解質はLi−Al−Ti−PO4系固体電解質であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の全固体蓄電デバイスの製造方法。
- 前記固体電解質はLi1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3であることを特徴とする請求項4に記載の全固体蓄電デバイスの製造方法。
- 前記溶媒はγ−ブチロラクトン又はアセトニトリルであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の全固体蓄電デバイスの製造方法。
- 前記バインダは、エチレンプロピレン/ポリプロピレン共重合体と、γ−ブチロラクトン又はアセトニトリルとを含むことを特徴とする請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の全固体蓄電デバイスの製造方法。
- 前記バインダは、ポリエチレンオキシド又はエチレンオキシド・プロピレンオキシド共重合体と、γ−ブチロラクトン又はアセトニトリルとを含む
ことを特徴とする請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の全固体蓄電デバイスの製造方法。 - 前記接合工程において、前記第1固体電解質層と前記第2固体電解質層は熱圧着によって接合されることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の全固体蓄電デバイスの製造方法。
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