JP2017168429A - Bipolar lamination type all-solid type lithium secondary battery and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an all-solid type lithium secondary battery which has a structure to prevent an internal short circuit and which is arranged so that a whole bipolar laminate can be baked integrally.SOLUTION: A bipolar lamination type all-solid type lithium secondary battery comprises: a bipolar electrode 50b; and a solid electrolyte layer. The bipolar electrode includes a current collector layer 10b, a positive electrode layer 20b formed/laminated on one principal face of the current collector layer, and a negative electrode layer 30b formed/laminated on other principal face of the current collector layer. When viewed from a laminating direction, the bipolar electrode and the solid electrolyte layer each have a rectangular or circular form. The outer edges of the current collector layer are located inside the outer edges of the positive and negative electrode layers. In the bipolar electrode, one or each of the positive and negative electrode layers has an electrically insulative part in an outer edge region of a rectangle or circular form in a face where the one or each of the positive and negative electrode layers touches the current collector layer. When the bipolar electrode is viewed from the laminating direction, a projection of the electrically insulative part makes an entire circumference of the outer edge of a rectangle or circular form. The bipolar electrode and the solid electrolyte layer form a sintered assembly.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関し、特に、リチウムイオンを伝搬する電解質として固体電解質を用いたバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池、およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery, and more particularly to a bipolar laminated all solid lithium secondary battery using a solid electrolyte as an electrolyte that propagates lithium ions, and a method for manufacturing the same.

リチウムイオン二次電池は、他の二次電池と比較して高いエネルギー密度を有することから、二次電池の小型軽量化、大容量化、および/または高出力化に有利である。そのため、リチウムイオン二次電池の用途は、小型電子機器(例えば、携帯パソコンや、携帯電話機)に加えて、大型電気機器(例えば、HEV(ハイブリッド自動車)やEV(電気自動車)などの自動車用動力電源や、電力貯蔵用電源)にも拡大してきている。   Since the lithium ion secondary battery has a higher energy density than other secondary batteries, it is advantageous for reducing the size and weight, increasing the capacity, and / or increasing the output of the secondary battery. For this reason, lithium-ion secondary batteries are used for power sources for automobiles such as small electric devices (for example, portable personal computers and mobile phones) and large electric devices (for example, HEV (hybrid vehicles) and EVs (electric vehicles)). Power supply and power storage power source).

近年では、大型電気機器に対するリチウムイオン二次電池の利用性拡大の観点から、高温環境(例えば、エンジンルーム内や屋外)での設置が検討されており、当該高温環境に耐えられるリチウムイオン二次電池が求められている。しかしながら、非水電解液を用いる従来のリチウムイオン二次電池は、一般的に非水電解液の耐熱温度が60℃程度と言われている上に、非水電解液を構成する溶媒が引火性を有するため、耐熱性や耐火性の観点で弱点がある。   In recent years, from the viewpoint of expanding the availability of lithium ion secondary batteries for large electrical equipment, installation in a high temperature environment (for example, in an engine room or outdoors) has been studied, and a lithium ion secondary that can withstand the high temperature environment. There is a need for a battery. However, the conventional lithium ion secondary battery using a non-aqueous electrolyte is generally said to have a heat resistance temperature of about 60 ° C., and the solvent constituting the non-aqueous electrolyte is flammable. Therefore, it has a weak point in terms of heat resistance and fire resistance.

この弱点を克服するため、非水電解液の代わりに固体電解質を用いた全固体リチウム二次電池が、現在、精力的に研究されている。全固体リチウム二次電池は、用いられる固体電解質(例えば、固体高分子電解質、無機電解質)が100℃を超える耐熱温度を有し引火性もないことから、非水電解液を用いる従来のリチウムイオン二次電池よりも高温環境での利用が可能になる。   In order to overcome this weakness, an all-solid lithium secondary battery using a solid electrolyte instead of a non-aqueous electrolyte is now under intense research. All solid-state lithium secondary batteries use conventional lithium ions that use non-aqueous electrolytes because the solid electrolytes used (eg, solid polymer electrolytes and inorganic electrolytes) have a heat-resistant temperature exceeding 100 ° C and are not flammable. It can be used in a higher temperature environment than the secondary battery.

リチウムイオン二次電池では、体積エネルギー密度を高める電池構造として、バイポーラ電極を用いたバイポーラ積層構造がしばしば採用される。非水電解液リチウム二次電池のバイポーラ積層型においては、バイポーラ電極間にセパレータを配設することにより、隣接するバイポーラ電極間の短絡を防止している。   In a lithium ion secondary battery, a bipolar laminated structure using bipolar electrodes is often employed as a battery structure that increases volume energy density. In the bipolar laminated type of the nonaqueous electrolyte lithium secondary battery, a short circuit between adjacent bipolar electrodes is prevented by providing a separator between the bipolar electrodes.

これに対し、全固体リチウム二次電池は、固体電解質層が流動性を有しないことから固体電解質層自体がセパレータの機能を兼ねることができるため(言い換えると、別体のセパレータを配設する必要がないため)、非水電解液リチウム二次電池よりも更に体積エネルギー密度を高めることができるポテンシャルがある。ただし、別体のセパレータを配設しないが故に、電池の内部短絡を防止するための積層構造や製造方法の工夫が必要である。   On the other hand, in the all-solid lithium secondary battery, since the solid electrolyte layer does not have fluidity, the solid electrolyte layer itself can also function as a separator (in other words, it is necessary to provide a separate separator). Therefore, there is a potential that the volume energy density can be further increased as compared with the non-aqueous electrolyte lithium secondary battery. However, since a separate separator is not provided, it is necessary to devise a laminated structure and a manufacturing method for preventing an internal short circuit of the battery.

例えば、特許文献1(特開2004-158222)には、正・負活物質層、その間にある固体電解質層、活物質層の直上、直下にある集電体層の5層からなる薄膜固体リチウムイオン電池を一つの電池セルとして、その電池セルを複数段も重ねて一枚の基板の上に順次積層する構成の多層積層電池であって、前記電池セルの各層を積層し、さらに、それらの層を複数段積層するに際して、各層の積層膜の周縁部の巾を活物質層、集電体層、固体電解質層の順に広くして、活物質層を集電体層及び固体電解質層で周縁を積層し、さらに集電体層を固体電解質層で周縁を積層して電池セル間を絶縁する構造を有する多層積層電池が開示されている。   For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-158222) discloses a thin-film solid lithium comprising five layers of a positive / negative active material layer, a solid electrolyte layer between them, a current collector layer directly above and immediately below the active material layer. A multi-layer battery having a configuration in which an ion battery is used as one battery cell and the battery cells are stacked in layers on a single substrate, and each layer of the battery cells is stacked. When laminating a plurality of layers, the width of the peripheral portion of the laminated film of each layer is increased in the order of the active material layer, the current collector layer, and the solid electrolyte layer, and the active material layer is surrounded by the current collector layer and the solid electrolyte layer. Further, a multilayer laminated battery having a structure in which the current collector layer is laminated with a solid electrolyte layer at the periphery to insulate the battery cells is disclosed.

特許文献2(WO 2012/020700)には、各々が順に積み重ねられた正極層、固体電解質層および負極層から構成される少なくとも第1と第2の単電池と、前記第1の単電池の正極層に接触する一方側面と、前記第2の単電池の負極層に接触する他方側面とを有し、前記第1と第2の単電池の間に介在するように配置された内部集電層と、を備え、前記内部集電層は、電子伝導材料を含み、さらに、イオン伝導的に絶縁性の特定伝導材料を含む、積層型固体電池が開示されている。   Patent Document 2 (WO 2012/020700) discloses at least first and second unit cells each composed of a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer, which are sequentially stacked, and the positive electrode of the first unit cell. An inner current collecting layer having one side surface in contact with the layer and the other side surface in contact with the negative electrode layer of the second unit cell, and disposed so as to be interposed between the first and second unit cells And the internal current collecting layer includes an electron conductive material, and further includes a specific conductive material that is ionically conductive and insulating.

また、特許文献3(WO 2012/164642)には、集電体、並びに上記集電体の一方の表面に形成され正極活物質を含有する正極活物質層、および上記集電体の他方の表面に形成され負極活物質を含有する負極活物質層からなる電極活物質層を有するバイポーラ電極と、固体電解質を含有する固体電解質層とを有し、上記固体電解質層を介して複数の上記バイポーラ電極が積層されているバイポーラ全固体電池であって、上記電極活物質層は上記集電体の端部の内側に形成され、上記電極活物質層の端部と上記集電体表面との間には上記集電体表面上に形成された補強層が配置されていることを特徴とするバイポーラ全固体電池が開示されている。   Patent Document 3 (WO 2012/164642) discloses a current collector, a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material formed on one surface of the current collector, and the other surface of the current collector. A bipolar electrode having an electrode active material layer formed of a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and a solid electrolyte layer containing a solid electrolyte, and a plurality of the bipolar electrodes via the solid electrolyte layer The electrode active material layer is formed on the inner side of the end of the current collector, and between the end of the electrode active material layer and the current collector surface. Discloses a bipolar all solid state battery in which a reinforcing layer formed on the surface of the current collector is disposed.

特開2004−158222号公報JP 2004-158222 A 国際公開第2012/020700号International Publication No. 2012/020700 国際公開第2012/164642号International Publication No. 2012/164642

全固体リチウム二次電池は薄膜型とバルク型とに大別できるが、電池容量の観点からは電極活物質の絶対量を多くできるバルク型が有利である。すなわち、大型電気機器用の大容量二次電池を想定した場合、バルク型の全固体リチウム二次電池が対象となる。言い換えると、バルク型の構成であれば電池容量に余裕が取れるので、電気機器の大小(消費電力量の大小)による制約が少なくなり、幅広く適用することが可能となる。   All-solid lithium secondary batteries can be broadly classified into thin film types and bulk types. From the viewpoint of battery capacity, a bulk type that can increase the absolute amount of the electrode active material is advantageous. That is, when a large-capacity secondary battery for large-sized electrical equipment is assumed, a bulk-type all-solid lithium secondary battery is a target. In other words, since the battery capacity can be afforded with a bulk type configuration, there is less restriction due to the size of the electric device (the amount of power consumption), and the device can be widely applied.

特許文献1によると、フォトレジスト工程を必要とせず、製造プロセスを大幅に簡略化した(すなわち製造コストを低減した)多層積層電池を提供できるとされている。しかしながら、特許文献1の多層積層電池は薄膜型の全固体リチウム二次電池に関する技術であるため、その技術を単純に大型電気機器用の大容量二次電池へ適用することは困難である。   According to Patent Document 1, it is said that a multilayer laminated battery that does not require a photoresist process and greatly simplifies the manufacturing process (that is, reduces the manufacturing cost) can be provided. However, since the multilayer laminated battery of Patent Document 1 is a technique related to a thin-film type all-solid lithium secondary battery, it is difficult to simply apply the technique to a large-capacity secondary battery for a large electric device.

特許文献2によると、積層型固体電池を構成する正極層、負極層、固体電解質層および内部集電体層において、正極層および/または負極層に含まれる活物質材料および固体電解質材料と、固体電解質層に含まれる固体電解質材料と、内部集電体層に含まれる特定伝導材料とにリチウム含有リン酸化合物を含ませることにより、各層がリン酸骨格を共有化することができ、各層の剥離やクラックの発生を抑制しながら一体焼結した積層型固体電池を提供できるとされている。しかしながら、特許文献2の積層型固体電池は小型電子機器用の比較的小型の二次電池を想定していると考えられるため、その技術を単純に大型電気機器用の大容量二次電池へ転用することには困難がある。   According to Patent Document 2, in the positive electrode layer, the negative electrode layer, the solid electrolyte layer, and the internal current collector layer constituting the stacked solid battery, the active material and the solid electrolyte material included in the positive electrode layer and / or the negative electrode layer, By including a lithium-containing phosphate compound in the solid electrolyte material contained in the electrolyte layer and the specific conductive material contained in the internal current collector layer, each layer can share the phosphate skeleton, and peeling of each layer It is said that it is possible to provide a laminated solid battery that is integrally sintered while suppressing the occurrence of cracks. However, since the stacked solid state battery of Patent Document 2 is assumed to be a relatively small secondary battery for small electronic devices, the technology is simply transferred to a large capacity secondary battery for large electric devices. There are difficulties to do.

特許文献3によると、電極活物質層の端部と集電体表面との間に集電体を補強する補強層を配置することにより、バイポーラ全固体電池の端部付近における集電体の破れを防止し、内部短絡の発生を好適に防止することが可能なバイポーラ全固体電池を提供できるとされている。また、集電体材料としては薄い金属箔が好ましく、補強層材料としては樹脂材料が好ましい旨が記載されている。しかしながら、補強層材料として樹脂材料を用いた場合、樹脂材料の耐熱性の観点からバイポーラ全固体電池の一体高温焼成は困難と考えられる。   According to Patent Document 3, the current collector is broken near the end of the bipolar all solid state battery by disposing a reinforcing layer that reinforces the current collector between the end of the electrode active material layer and the current collector surface. It is said that a bipolar all solid state battery capable of preventing the occurrence of an internal short circuit can be provided. Further, it is described that a thin metal foil is preferable as the current collector material, and a resin material is preferable as the reinforcing layer material. However, when a resin material is used as the reinforcing layer material, integrated high-temperature firing of the bipolar all solid state battery is considered difficult from the viewpoint of the heat resistance of the resin material.

全固体リチウム二次電池では、リチウムイオン伝導経路としての固体電解質が流動性を有しないことから、二次電池の高出力化のためには、固体電解質自体が高いイオン伝導性を有する必要があると共に、固体電解質層と電極活物質層との間で良好なイオン伝導パスを構築し(イオン伝導の障害を極力低減し)、かつ電極活物質層とバイポーラ電極との間で良好な電子伝導パスを構築する必要がある。加えて、バイポーラ積層型電池の場合、内部短絡を防止する必要がある。   In an all-solid lithium secondary battery, the solid electrolyte as a lithium ion conduction path does not have fluidity. Therefore, in order to increase the output of the secondary battery, the solid electrolyte itself needs to have high ion conductivity. At the same time, a good ion conduction path is constructed between the solid electrolyte layer and the electrode active material layer (impedance of ion conduction is minimized), and a good electron conduction path is established between the electrode active material layer and the bipolar electrode. Need to build. In addition, in the case of a bipolar stacked battery, it is necessary to prevent an internal short circuit.

これらの要求を実現するためには、内部短絡を防止しながらバイポーラ積層体全体を一体高温焼成することが好ましいが、特許文献1〜3の技術の単純組み合わせでは実現困難であり、更なる工夫が必要である。   In order to realize these requirements, it is preferable to integrally heat the entire bipolar laminate while preventing an internal short circuit, but it is difficult to achieve with a simple combination of the techniques of Patent Documents 1 to 3, and there are further ideas. is necessary.

したがって、本発明の目的は、バルク型でバイポーラ積層型の全固体リチウム二次電池であって、内部短絡を防止する構造を有し、かつバイポーラ積層体全体を一体高温焼成することが可能な全固体リチウム二次電池、およびその製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is a bulk type bipolar stacked type all solid lithium secondary battery having a structure for preventing an internal short circuit, and capable of integrally firing the entire bipolar stacked body at a high temperature. An object of the present invention is to provide a solid lithium secondary battery and a manufacturing method thereof.

(I)本発明の一態様は、バイポーラ電極と固体電解質層とが交互に積層されたバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池であって、
前記バイポーラ電極は、集電体層と、該集電体層の一方の主面上に積層形成された正極層と、該集電体層の他方の主面上に積層形成された負極層とからなり、
積層方向から見たときに、前記バイポーラ電極および前記固体電解質層はそれぞれ四辺形または円形の形状を有し、前記集電体層はその外縁が前記正極層および前記負極層の外縁よりも内側にあり、
前記バイポーラ電極中の前記正極層および/または前記負極層は、前記集電体層に接する面において前記四辺形または前記円形の外縁領域に電気絶縁部を具備し、かつ該バイポーラ電極を前記積層方向から見たときに、前記電気絶縁部の投影が前記四辺形または前記円形の外縁全周を構成し、
前記バイポーラ電極および前記固体電解質層が、焼結接合体を形成していることを特徴とするバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池を提供する。
なお、本発明において、四辺形とは角の丸められた矩形を含み、円形とは真円、楕円、長円、角丸長方形(いわゆるレーストラック形状)を含むものとする。
(I) One aspect of the present invention is a bipolar laminated all solid lithium secondary battery in which bipolar electrodes and solid electrolyte layers are alternately laminated,
The bipolar electrode includes a current collector layer, a positive electrode layer formed on one main surface of the current collector layer, and a negative electrode layer formed on the other main surface of the current collector layer. Consists of
When viewed from the stacking direction, each of the bipolar electrode and the solid electrolyte layer has a quadrangular or circular shape, and the current collector layer has an outer edge inside the outer edges of the positive electrode layer and the negative electrode layer. Yes,
The positive electrode layer and / or the negative electrode layer in the bipolar electrode includes an electrical insulating portion in an outer edge region of the quadrilateral or the circle on a surface in contact with the current collector layer, and the bipolar electrode is disposed in the stacking direction. When viewed from the projection of the electrical insulation portion constitutes the entire circumference of the quadrilateral or the circular outer edge,
The bipolar laminated all solid lithium secondary battery is characterized in that the bipolar electrode and the solid electrolyte layer form a sintered joined body.
In the present invention, a quadrangle includes a rectangle with rounded corners, and a circle includes a perfect circle, an ellipse, an ellipse, and a rounded rectangle (so-called racetrack shape).

本発明は、上記のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池(I)において、以下のような改良や変更を加えることができる。
(i)前記積層方向から見たときに、前記バイポーラ電極および前記固体電解質層はそれぞれ四辺形の形状であり、前記正極層の電気絶縁部は前記四辺形の一対の対辺領域に配置され、前記負極層の電気絶縁部は前記四辺形の他の一対の対辺領域に配置されている。
(ii)前記集電体層は主要成分が炭素系材料および/または導電性酸化物からなり、
前記正極層は主要成分がリチウム遷移金属複合酸化物からなり、
前記負極層は主要成分が炭素系材料、リチウム遷移金属複合酸化物および/またはリチウム遷移金属複合窒化物からなり、
前記固体電解質層は主要成分がリチウム複合酸化物電解質からなる。
なお、本発明において、主要成分とは当該層の骨格・骨材となる成分を意味するものとする。
The present invention can add the following improvements and changes to the above-mentioned bipolar stacked type all solid lithium secondary battery (I).
(I) When viewed from the stacking direction, each of the bipolar electrode and the solid electrolyte layer has a quadrilateral shape, and the electrical insulating portion of the positive electrode layer is disposed in a pair of opposite side regions of the quadrilateral, The electrically insulating portion of the negative electrode layer is disposed in another pair of opposite side regions of the quadrilateral.
(Ii) The current collector layer is mainly composed of a carbon-based material and / or a conductive oxide,
The positive electrode layer is mainly composed of a lithium transition metal composite oxide,
The negative electrode layer is mainly composed of a carbon-based material, a lithium transition metal composite oxide and / or a lithium transition metal composite nitride,
The solid electrolyte layer is mainly composed of a lithium composite oxide electrolyte.
In addition, in this invention, a main component shall mean the component used as the frame | skeleton and aggregate of the said layer.

(II)本発明の他の一態様は、バイポーラ電極と固体電解質層とが交互に積層されたバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法であって、
前記バイポーラ電極は、集電体層と、該集電体層の一方の主面上に積層形成された正極層と、該集電体層の他方の主面上に積層形成された負極層とからなり、
積層方向から見たときに、前記バイポーラ電極および前記固体電解質層はそれぞれ四辺形または円形の形状を有し、前記集電体層はその外縁が前記正極層および前記負極層の外縁よりも内側になるように形成されており、
前記バイポーラ電極中の前記正極層および/または前記負極層は、前記集電体層に接する面において前記四辺形または前記円形の外縁領域に電気絶縁部を具備し、かつ該バイポーラ電極を前記積層方向から見たときに、前記電気絶縁部の投影が前記四辺形または前記円形の外縁全周を構成するものであり、
前記集電体層の主要成分と樹脂バインダーとを含む集電体層グリーンシートを形成した後に所定寸法の四辺形または円形の形状に切り出して集電体層グリーン基板を用意する集電体層グリーン基板準備工程と、
前記正極層の主要成分と樹脂バインダーとを含む正極層グリーンシートを形成した後に所定寸法の四辺形または円形の形状に切り出して正極層グリーン基板を用意する正極層グリーン基板準備工程と、
前記負極層の主要成分と樹脂バインダーとを含む負極層グリーンシートを形成した後に所定寸法の四辺形または円形の形状に切り出して負極層グリーン基板を用意する負極層グリーン基板準備工程と、
前記固体電解質層の主要成分と樹脂バインダーとを含む固体電解質層グリーンシートを形成した後に所定寸法の四辺形または円形の形状に切り出して固体電解質層グリーン基板を用意する固体電解質層グリーン基板準備工程と、
上記の各工程で用意した前記負極層グリーン基板、前記集電体層グリーン基板、前記正極層グリーン基板、および前記固体電解質層グリーン基板を順次積層して全固体電池グリーン基板積層体を形成する全固体電池グリーン基板積層体形成工程と、
前記全固体電池グリーン基板積層体全体を焼成して、前記負極層、前記集電体層、前記正極層、および前記固体電解質層の各層間を焼結接合させた全固体電池焼結接合体を形成する全固体電池グリーン基板積層体焼成工程とを有し、
前記正極層グリーン基板準備工程および/または前記負極層グリーン基板準備工程は、前記電気絶縁部となる電気絶縁部グリーンシートを形成した後に、当該電気絶縁部グリーンシートを埋め込み一体化するように正極活物質部グリーンシートおよび/または負極活物質部グリーンシートを積層して前記正極層グリーンシートおよび/または前記負極層グリーンシートを形成し、その後、当該電気絶縁部グリーンシートを基にする前記電気絶縁部が前記四辺形または前記円形の外縁領域に配置されるように切出加工を行う工程であり、
前記全固体電池グリーン基板積層体形成工程は、前記集電体層グリーン基板の一方の主面上に前記正極層グリーン基板を積層し、他方の主面上に前記負極層グリーン基板を積層してバイポーラ電極グリーン基板を形成するバイポーラ電極グリーン基板形成工程を含み、
前記バイポーラ電極グリーン基板形成工程は、前記正極層グリーン基板内および/または前記負極層グリーン基板内の前記電気絶縁部が前記集電体層グリーン基板に対面し、かつ該バイポーラ電極グリーン基板を前記積層方向から見たときに、前記電気絶縁部の投影が前記四辺形または前記円形の外縁全周を構成するように、前記正極層グリーン基板および前記負極層グリーン基板を前記集電体層グリーン基板に積層する工程であることを特徴とするバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法を提供する。
(II) Another aspect of the present invention is a method for producing a bipolar laminated all solid lithium secondary battery in which bipolar electrodes and solid electrolyte layers are alternately laminated,
The bipolar electrode includes a current collector layer, a positive electrode layer formed on one main surface of the current collector layer, and a negative electrode layer formed on the other main surface of the current collector layer. Consists of
When viewed from the stacking direction, each of the bipolar electrode and the solid electrolyte layer has a quadrangular or circular shape, and the current collector layer has an outer edge inside the outer edges of the positive electrode layer and the negative electrode layer. Is formed to be
The positive electrode layer and / or the negative electrode layer in the bipolar electrode includes an electrical insulating portion in an outer edge region of the quadrilateral or the circle on a surface in contact with the current collector layer, and the bipolar electrode is disposed in the stacking direction. When viewed from the projection of the electrical insulation portion constitutes the entire circumference of the quadrilateral or the circular outer edge,
A current collector layer green in which a current collector layer green sheet containing a main component of the current collector layer and a resin binder is formed and then cut into a quadrilateral or circular shape of a predetermined size to prepare a current collector layer green substrate Substrate preparation process;
A positive electrode layer green substrate preparation step of preparing a positive electrode layer green substrate by cutting out into a quadrangular or circular shape of a predetermined dimension after forming a positive electrode layer green sheet containing the main component of the positive electrode layer and a resin binder;
A negative electrode layer green substrate preparation step of preparing a negative electrode layer green substrate by cutting out into a quadrangular or circular shape of a predetermined dimension after forming a negative electrode layer green sheet containing the main component of the negative electrode layer and a resin binder,
A solid electrolyte layer green substrate preparation step of preparing a solid electrolyte layer green substrate by forming a solid electrolyte layer green sheet containing a main component of the solid electrolyte layer and a resin binder and then cutting into a quadrilateral or circular shape of a predetermined size; ,
The negative electrode layer green substrate, the current collector layer green substrate, the positive electrode layer green substrate, and the solid electrolyte layer green substrate prepared in each of the above steps are sequentially stacked to form an all-solid battery green substrate stack. A solid battery green substrate laminate forming step;
An all-solid battery sintered assembly obtained by firing the whole solid battery green substrate laminate and sintering and bonding the negative electrode layer, the current collector layer, the positive electrode layer, and the solid electrolyte layer. An all solid state battery green substrate laminate firing step to form,
In the positive electrode layer green substrate preparation step and / or the negative electrode layer green substrate preparation step, after forming an electrical insulation part green sheet to be the electrical insulation part, the positive electrode active green part is embedded and integrated. The positive electrode layer green sheet and / or the negative electrode layer green sheet are formed by laminating the material part green sheet and / or the negative electrode active material part green sheet, and then the electric insulating part based on the electric insulating part green sheet Is a step of cutting so as to be disposed in the outer edge region of the quadrilateral or the circle,
The all-solid-state battery green substrate laminate forming step includes laminating the positive electrode layer green substrate on one main surface of the current collector layer green substrate and laminating the negative electrode layer green substrate on the other main surface. Including a bipolar electrode green substrate forming step of forming a bipolar electrode green substrate;
In the bipolar electrode green substrate forming step, the electrical insulating portion in the positive electrode green substrate and / or the negative electrode green substrate faces the current collector green substrate, and the bipolar electrode green substrate is stacked. When viewed from the direction, the positive electrode layer green substrate and the negative electrode layer green substrate are formed on the current collector layer green substrate so that the projection of the electrical insulating portion constitutes the entire circumference of the quadrilateral or the circular outer edge. Provided is a method for manufacturing a bipolar stacked type all solid lithium secondary battery, characterized in that it is a step of stacking.

本発明は、上記のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法(II)において、以下のような改良や変更を加えることができる。
(iii)前記積層方向から見たときに、前記バイポーラ電極および前記固体電解質層はそれぞれ四辺形の形状であり、
前記バイポーラ電極グリーン基板形成工程は、前記積層方向から見たときに、前記正極層グリーン基板内の前記電気絶縁部が前記四辺形の一対の対辺領域に配置され、前記負極層グリーン基板内の前記電気絶縁部が前記四辺形の他の一対の対辺領域に配置されるように、前記正極層グリーン基板および前記負極層グリーン基板を前記集電体層グリーン基板に積層する工程である。
(iv)前記集電体層グリーン基板準備工程は、前記全固体電池グリーン基板積層体焼成工程の際に前記集電体層グリーン基板が前記正極層グリーン基板および前記負極層グリーン基板よりも収縮量が大きくなるように、集電体層スラリーを調整して前記集電体層グリーンシートを形成する工程である。
(v)前記全固体電池グリーン基板積層体形成工程は、
前記集電体層グリーン基板の一方の主面上に前記正極層グリーン基板を積層して正モノポーラ電極グリーン基板を形成する正モノポーラ電極グリーン基板形成工程と、
前記集電体層グリーン基板の一方の主面上に前記負極層グリーン基板を積層して負モノポーラ電極グリーン基板を形成する負モノポーラ電極グリーン基板形成工程と、
前記バイポーラ電極グリーン基板と前記固体電解質層グリーン基板とを交互に積層し、当該バイポーラ電極グリーン基板−固体電解質層グリーン基板積層体の積層方向両端に、前記正モノポーラ電極グリーン基板と前記負モノポーラ電極グリーン基板とをそれぞれ積層する積層体組立工程とを更に含む。
(vi)前記集電体層の主要成分は炭素系材料および/または導電性酸化物からなり、
前記正極層の主要成分はリチウム遷移金属複合酸化物からなり、
前記負極層の主要成分は炭素系材料、リチウム遷移金属複合酸化物および/またはリチウム遷移金属複合窒化物からなり、
前記固体電解質層の主要成分はリチウム複合酸化物電解質からなる。
The present invention can be modified or changed as described below in the manufacturing method (II) of the bipolar stacked type all solid lithium secondary battery.
(Iii) When viewed from the stacking direction, each of the bipolar electrode and the solid electrolyte layer has a quadrangular shape,
In the bipolar electrode green substrate forming step, when viewed from the stacking direction, the electrical insulating portion in the positive electrode layer green substrate is disposed in a pair of opposite side regions of the quadrilateral, and the positive electrode layer green substrate in the negative electrode layer green substrate The step of laminating the positive electrode layer green substrate and the negative electrode layer green substrate on the current collector layer green substrate such that an electrical insulating portion is disposed in another pair of opposite side regions of the quadrilateral.
(Iv) In the current collector layer green substrate preparation step, the current collector layer green substrate shrinks more than the positive electrode layer green substrate and the negative electrode layer green substrate in the all solid state battery green substrate laminate firing step. Is a step of adjusting the current collector layer slurry to form the current collector layer green sheet so as to increase.
(V) The all solid state battery green substrate laminate forming step includes:
A positive monopolar electrode green substrate forming step of forming the positive monopolar electrode green substrate by laminating the positive electrode layer green substrate on one main surface of the current collector layer green substrate;
A negative monopolar electrode green substrate forming step of forming the negative monopolar electrode green substrate by laminating the negative electrode layer green substrate on one main surface of the current collector layer green substrate;
The bipolar electrode green substrate and the solid electrolyte layer green substrate are alternately stacked, and the positive monopolar electrode green substrate and the negative monopolar electrode green are disposed at both ends of the bipolar electrode green substrate-solid electrolyte layer green substrate stack in the stacking direction. It further includes a laminate assembly process for laminating the substrates.
(Vi) The main component of the current collector layer is made of a carbon-based material and / or a conductive oxide,
The main component of the positive electrode layer is composed of a lithium transition metal composite oxide,
The main component of the negative electrode layer is composed of a carbon-based material, a lithium transition metal composite oxide and / or a lithium transition metal composite nitride,
The main component of the solid electrolyte layer is composed of a lithium composite oxide electrolyte.

本発明によれば、バルク型でバイポーラ積層型の全固体リチウム二次電池であって、内部短絡を防止する構造を有し、かつバイポーラ積層体全体を一体焼成することが可能な全固体リチウム二次電池、およびその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, an all-solid lithium secondary battery of a bulk type and a bipolar laminate type that has a structure that prevents an internal short circuit and that can integrally fire the entire bipolar laminate. A secondary battery and a method for manufacturing the secondary battery can be provided.

本発明に係るバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the manufacturing method of the bipolar laminated type all-solid-state lithium secondary battery which concerns on this invention. 本発明に係るバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の前駆体である全固体電池グリーン基板積層体の一例を示す分解模式図である。It is a decomposition | disassembly schematic diagram which shows an example of the all-solid-state battery green board | substrate laminated body which is a precursor of the bipolar lamination-type all-solid-state lithium secondary battery which concerns on this invention. 全固体電池グリーン基板積層体焼成工程によって得られる全固体電池焼結接合体の一例を示す縦断面模式図である。It is a longitudinal cross-sectional schematic diagram which shows an example of the all-solid-state battery sintered joined body obtained by the all-solid-state battery green board | substrate laminated body baking process. 正極層グリーン基板準備工程の手順例を示す斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram which shows the example of a procedure of a positive electrode layer green board | substrate preparation process. 正極層グリーン基板準備工程の他の手順例を示す斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram which shows the other example of a procedure of a positive electrode layer green board | substrate preparation process. 正極層グリーン基板準備工程の更に他の手順例を示す斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram which shows the other example of a procedure of a positive electrode layer green board | substrate preparation process. 外部端子接続工程によって得られる全固体電池構造体の一例を示す縦断面模式図である。It is a longitudinal cross-sectional schematic diagram which shows an example of the all-solid-state battery structure obtained by an external terminal connection process. パッケージング工程によって得られる全固体電池の一例を示す縦断面模式図である。It is a longitudinal cross-sectional schematic diagram which shows an example of the all-solid-state battery obtained by a packaging process.

(本発明の基本思想)
前述したように、全固体リチウム二次電池では、リチウムイオン伝導経路としての固体電解質が流動性を有しないことから、二次電池の高出力化のためには、固体電解質自体が高いイオン伝導性を有する必要があると共に、固体電解質層と電極活物質層との間で良好なイオン伝導パスを構築し(イオン伝導の障害を極力低減し)、かつ電極活物質層とバイポーラ電極層との間で良好な電子伝導パスを構築する必要がある。加えて、バイポーラ積層型電池の場合、内部短絡を防止する必要がある。そして、これらの要求を実現するためには、内部短絡を防止しながらバイポーラ積層体全体(正極層、集電体層、負極層、および固体電解質層の積層体全体)を一体焼成した焼結接合体とすることが望ましい。
(Basic idea of the present invention)
As described above, in the all-solid-state lithium secondary battery, the solid electrolyte as the lithium ion conduction path does not have fluidity. Therefore, in order to increase the output of the secondary battery, the solid electrolyte itself has high ion conductivity. And a good ion conduction path between the solid electrolyte layer and the electrode active material layer (to reduce the obstacle of ion conduction as much as possible) and between the electrode active material layer and the bipolar electrode layer It is necessary to construct a good electron conduction path. In addition, in the case of a bipolar stacked battery, it is necessary to prevent an internal short circuit. In order to realize these requirements, sintered junctions in which the entire bipolar laminate (the entire laminate of the positive electrode layer, the current collector layer, the negative electrode layer, and the solid electrolyte layer) is integrally fired while preventing an internal short circuit. The body is desirable.

特許文献2には、バイポーラ積層体全体を一体焼結する技術思想が教示されているが、積層体を構成する各層の焼成収縮量の差異については考慮されていない。これは、特許文献2が小型電子機器用の比較的小型の二次電池(例えば、積層体直径12 mm)を想定しているためと考えられる。より具体的には、仮に各層の焼成収縮量に5%の差異が生じるとしても、直径12 mmに対しては直径差で0.6 mm(片側のはみ出し量が0.3 mm)であり、収縮量差の絶対量が小さいことから電池の内部短絡をほとんど考慮しなくてよいと考えられる。   Patent Document 2 teaches a technical idea of integrally sintering the entire bipolar laminate, but does not take into account differences in the amount of firing shrinkage of each layer constituting the laminate. This is considered because Patent Document 2 assumes a relatively small secondary battery (for example, a laminated body diameter of 12 mm) for a small electronic device. More specifically, even if a difference of 5% occurs in the firing shrinkage of each layer, the difference in diameter is 0.6 mm (the protrusion amount on one side is 0.3 mm) with respect to the diameter of 12 mm. Since the absolute amount is small, it is considered that the internal short circuit of the battery need not be considered.

これに対し、本発明は、大型電気機器用の大容量二次電池(例えば、積層方向から見た積層体寸法が50〜100 mm角程度)を想定している。この場合、仮に積層体寸法が60 mm角で各層の焼成収縮量に5%の差異が生じるとすると、一辺の長さ差が3 mm(片側のはみ出し量が1.5 mm)にもなる。全体寸法が大きくなると収縮量差の絶対量が大きくなることから、電池の内部短絡のリスクが急激に大きくなるという問題がある。   On the other hand, the present invention assumes a large-capacity secondary battery (for example, a laminate size of about 50 to 100 mm square viewed from the stacking direction) for a large electric device. In this case, if the laminate size is 60 mm square and the difference in firing shrinkage of each layer is 5%, the length difference on one side is 3 mm (the protruding amount on one side is 1.5 mm). Since the absolute amount of the difference in shrinkage increases as the overall dimensions increase, there is a problem that the risk of an internal short circuit of the battery increases rapidly.

そこで、本発明者は、積層体を構成する各層の焼成収縮量にある程度の差異が生じたとしても、電池の内部短絡を防止できる積層体構造および該積層体構造の製造方法について鋭意研究を行った。その結果、集電体層の焼成収縮量が正極層および負極層のそれらよりも大きくなるように制御し、かつ正極層および負極層のそれぞれ集電体層に接する面で四辺形の対辺領域に電気絶縁部を形成することにより、電池の内部短絡(正極層と負極層との短絡、集電体層同士の短絡)を効果的に防止できることを見出した。本発明は、当該知見に基づいて完成されたものである。   Therefore, the present inventor has conducted earnest research on a laminate structure that can prevent internal short circuit of a battery and a method of manufacturing the laminate structure even if a certain amount of difference in firing shrinkage of each layer constituting the laminate occurs. It was. As a result, the amount of firing shrinkage of the current collector layer is controlled to be larger than those of the positive electrode layer and the negative electrode layer, and the surface of the positive electrode layer and the negative electrode layer in contact with the current collector layer has a quadrilateral opposite side region. It has been found that the internal short circuit of the battery (short circuit between the positive electrode layer and the negative electrode layer, short circuit between the current collector layers) can be effectively prevented by forming the electrical insulating portion. The present invention has been completed based on this finding.

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら製造手順に沿って具体的に説明する。ただし、本発明は、ここで取り挙げた実施形態に限定されることはなく、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、公知技術と適宜組み合わせたり公知技術に基づいて改良したりすることが可能である。また、図面において、同義の部材・部位には同じ符号を付して重複する説明を省略する。   Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be specifically described along a manufacturing procedure with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments mentioned here, and can be appropriately combined with known techniques or improved based on known techniques without departing from the technical idea of the invention. It is. In the drawings, the same reference numerals are given to the same members / parts, and duplicate descriptions are omitted.

なお、本明細書では、全固体二次電池としてリチウムイオン二次電池を例にして説明するが、本発明の技術的思想は、リチウムイオン二次電池の他、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、アルミニウムイオン二次電池などに対しても適用することができる。   In this specification, a lithium ion secondary battery will be described as an example of an all-solid secondary battery. However, the technical idea of the present invention is not only a lithium ion secondary battery but also a sodium ion secondary battery, a magnesium ion The present invention can also be applied to secondary batteries, aluminum ion secondary batteries, and the like.

図1は、本発明に係るバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法の一例を示す工程図である。図2は、全固体電池グリーン基板積層体形成工程によって得られる全固体電池グリーン基板積層体の一例を示す分解模式図である。   FIG. 1 is a process diagram showing an example of a method for producing a bipolar laminated all solid lithium secondary battery according to the present invention. FIG. 2 is an exploded schematic view showing an example of an all solid state battery green substrate laminate obtained by the all solid state battery green substrate laminate formation step.

図1〜2に示したように、本発明の製造方法は、集電体層グリーン基板10bを用意する集電体層グリーン基板準備工程と、正極層グリーン基板20bを用意する正極層グリーン基板準備工程と、負極層グリーン基板30bを用意する負極層グリーン基板準備工程と、固体電解質層グリーン基板40bを用意する固体電解質層グリーン基板準備工程と、集電体層グリーン基板10bと正極層グリーン基板20bと負極層グリーン基板30bと固体電解質層グリーン基板40bとから全固体電池グリーン基板積層体100bを形成する全固体電池グリーン基板積層体形成工程と、全固体電池グリーン基板積層体100b全体を焼結接合させて全固体電池焼結接合体を形成する全固体電池グリーン基板積層体焼成工程とを有する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the manufacturing method of the present invention includes a current collector layer green substrate preparation step for preparing a current collector layer green substrate 10b and a positive electrode layer green substrate preparation for preparing a positive electrode layer green substrate 20b. Negative electrode layer green substrate preparation step for preparing negative electrode layer green substrate 30b, solid electrolyte layer green substrate preparation step for preparing solid electrolyte layer green substrate 40b, current collector layer green substrate 10b and positive electrode layer green substrate 20b All-solid-state battery green substrate laminate forming step of forming all-solid-state battery green substrate laminate 100b from negative electrode layer green substrate 30b and solid electrolyte layer green substrate 40b, and sintering joining of all-solid-state battery green substrate laminate 100b as a whole And an all solid state battery green substrate laminate firing step for forming an all solid state battery sintered assembly.

なお、全固体電池グリーン基板積層体形成工程は、集電体層グリーン基板10bと正極層グリーン基板20bと負極層グリーン基板30bとからバイポーラ電極グリーン基板50bを形成するバイポーラ電極グリーン基板形成工程、集電体層グリーン基板10bおよび正極層グリーン基板20bから正モノポーラ電極グリーン基板61bを形成する正モノポーラ電極グリーン基板形成工程、集電体層グリーン基板10bおよび負極層グリーン基板30bから負モノポーラ電極グリーン基板65bを形成する負モノポーラ電極グリーン基板形成工程、および正モノポーラ電極グリーン基板61bと固体電解質層グリーン基板40bとバイポーラ電極グリーン基板50bと負モノポーラ電極グリーン基板65bとから全固体電池グリーン基板積層体100bを形成する積層体組立工程から構成されていてもよい。   The all-solid-state battery green substrate laminate forming step includes a bipolar electrode green substrate forming step of forming a bipolar electrode green substrate 50b from the current collector layer green substrate 10b, the positive electrode layer green substrate 20b, and the negative electrode layer green substrate 30b. Positive monopolar electrode green substrate forming step of forming positive monopolar electrode green substrate 61b from electric body layer green substrate 10b and positive electrode layer green substrate 20b, negative monopolar electrode green substrate 65b from current collector layer green substrate 10b and negative electrode layer green substrate 30b Forming a negative monopolar electrode green substrate forming step, and forming an all-solid-state battery green substrate laminate 100b from a positive monopolar electrode green substrate 61b, a solid electrolyte layer green substrate 40b, a bipolar electrode green substrate 50b, and a negative monopolar electrode green substrate 65b You may comprise from the laminated body assembly process to do.

また、必要に応じて、正モノポーラ電極および負モノポーラ電極に外部端子を接続する外部端子接続工程と、全固体電池構造体をパッケージングするパッケージング工程とを更に有する。   Moreover, it further has the external terminal connection process which connects an external terminal to a positive monopolar electrode and a negative monopolar electrode, and the packaging process which packages an all-solid-state battery structure as needed.

全固体電池グリーン基板積層体焼成工程によって、積層された各グリーン基板は焼成収縮すると共に各層間の焼結接合が進行して全固体電池焼結接合体となる。図3は、全固体電池グリーン基板積層体焼成工程によって得られる全固体電池焼結接合体の一例を示す縦断面模式図である。   In the all-solid-state battery green substrate laminate firing step, the laminated green substrates are fired and contracted, and the sintered joining between the layers proceeds to form an all-solid battery sintered joined body. FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of an all-solid battery sintered assembly obtained by the all-solid battery green substrate laminate firing step.

図3に示したように、全固体電池焼結接合体100cは、正モノポーラ電極61c(集電体層10c+正極層20c)と、固体電解質層40cと、バイポーラ電極50c(負極層30c+集電体層10c+正極層20c)と、負モノポーラ電極65c(負極層30c+集電体層10c)とを有する。集電体層グリーン基板10bは、焼成工程の際に、他のグリーン基板(正極層グリーン基板20b、負極層グリーン基板30b)よりも焼成収縮量が大きくなるように制御形成することから、集電体層10cは、その外縁が正極層20cおよび負極層30cの外縁よりも内側になるように形成される。   As shown in FIG. 3, the all-solid battery sintered assembly 100c includes a positive monopolar electrode 61c (current collector layer 10c + positive electrode layer 20c), a solid electrolyte layer 40c, and a bipolar electrode 50c (negative electrode layer 30c + current collector). Layer 10c + positive electrode layer 20c) and negative monopolar electrode 65c (negative electrode layer 30c + current collector layer 10c). The current collector layer green substrate 10b is formed so as to have a firing shrinkage larger than that of other green substrates (the positive electrode layer green substrate 20b and the negative electrode layer green substrate 30b) during the firing process. The body layer 10c is formed such that its outer edge is inside the outer edges of the positive electrode layer 20c and the negative electrode layer 30c.

また、図3に示した例では、正極層20cの対辺領域(積層方向から見た四辺形の一対の対辺領域)と負極層30cの対辺領域(積層方向から見た四辺形の他の一対の対辺領域)とに、それぞれ電気絶縁部22c,32cが形成されている。すなわち、バイポーラ電極50cを積層方向から見たときに、電気絶縁部22c,32cの投影が四辺形の外縁全周を構成している。これにより、仮にバイポーラ電極50c内の正極層20cと負極層30cとが接触したとしても、内部短絡を防止することができる。   In the example shown in FIG. 3, the opposite side region of the positive electrode layer 20c (a pair of opposite sides of the quadrangle as viewed from the stacking direction) and the opposite side region of the negative electrode layer 30c (the other pair of quadrilaterals as viewed from the stacking direction). Electrically insulating portions 22c and 32c are respectively formed in the opposite side region). That is, when the bipolar electrode 50c is viewed from the stacking direction, the projections of the electrical insulating portions 22c and 32c form the entire outer periphery of the quadrilateral. Thereby, even if the positive electrode layer 20c and the negative electrode layer 30c in the bipolar electrode 50c come into contact with each other, an internal short circuit can be prevented.

以下、本発明に係るバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法の各工程をより具体的に説明する。   Hereinafter, each process of the manufacturing method of the bipolar lamination type all solid lithium secondary battery concerning the present invention is explained more concretely.

(正極層グリーン基板準備工程)
本工程は、正極層グリーンシートを形成した後に所定寸法の四辺形または円形の形状に切り出して正極層グリーン基板20bを用意する工程である。正極層グリーン基板20bは、正極活物質部21bと電気絶縁部22bとからなるが、図2の例では、電気絶縁部22bは、四辺形の対辺領域に形成されている。
(Positive layer green substrate preparation process)
This step is a step of preparing a positive electrode layer green substrate 20b by forming a positive electrode layer green sheet and then cutting it into a quadrangular or circular shape of a predetermined size. The positive electrode layer green substrate 20b includes a positive electrode active material portion 21b and an electric insulation portion 22b. In the example of FIG. 2, the electric insulation portion 22b is formed in the opposite side region of the quadrilateral.

図4Aは、正極層グリーン基板準備工程の手順例を示す斜視模式図である。図4Aに示したように、まず、キャリアシート70上に、平行一対の電気絶縁部グリーンシート22aを形成する。次に、平行一対の電気絶縁部グリーンシート22aを埋め込み一体化するように正極活物質部グリーンシート21aを積層して正極層グリーンシート20aを形成する。その後、当該平行一対の電気絶縁部グリーンシート22aが四辺形の対辺領域に配置されるように切り出し加工を行って正極層グリーン基板20bを用意する。   FIG. 4A is a schematic perspective view illustrating a procedure example of a positive electrode layer green substrate preparation step. As shown in FIG. 4A, first, a pair of parallel electrical insulation part green sheets 22 a is formed on the carrier sheet 70. Next, the positive electrode active material part green sheet 21a is laminated so as to embed and integrate a pair of parallel electric insulation part green sheets 22a to form the positive electrode layer green sheet 20a. Thereafter, the positive pair green substrate 20b is prepared by performing a cutting process so that the pair of parallel electric insulating portion green sheets 22a are arranged in the opposite side region of the quadrilateral.

各グリーンシートの形成方法に特段の限定はなく、例えば、ドクターブレード法やスクリーン印刷法を好適に用いることができる。また、グリーン基板の切り出し加工方法にも特段の限定はなく、例えば、打抜加工を好適に用いることができる。以下で説明するグリーンシートの形成も同様である。   There is no special limitation in the formation method of each green sheet, For example, a doctor blade method and a screen printing method can be used suitably. Moreover, there is no special limitation in the cutting-out method of a green substrate, For example, a punching process can be used suitably. The same applies to the formation of the green sheet described below.

図4Bは、正極層グリーン基板準備工程の他の手順例を示す模式図である。図4Bに示したように、キャリアシート70上に、四辺形の切り欠けを有する電気絶縁部グリーンシート22a’を形成する。次に、電気絶縁部グリーンシート22a’を埋め込み一体化するように正極活物質部グリーンシート21aを積層して正極層グリーンシート20a’を形成する。その後、当該の電気絶縁部グリーンシート22a’が四辺形の外縁領域の全周に配置されるように切り出し加工を行って正極層グリーン基板20b’を用意する。   FIG. 4B is a schematic diagram illustrating another example of the procedure for preparing the positive electrode layer green substrate. As shown in FIG. 4B, the electrical insulating portion green sheet 22 a ′ having a quadrilateral cutout is formed on the carrier sheet 70. Next, the positive electrode active material part green sheet 21a is laminated so as to embed and integrate the electrical insulating part green sheet 22a 'to form the positive electrode layer green sheet 20a'. Thereafter, the electrical insulation portion green sheet 22a 'is cut out so as to be disposed on the entire circumference of the quadrilateral outer edge region to prepare the positive electrode layer green substrate 20b'.

図4Cは、正極層グリーン基板準備工程の更に他の手順例を示す模式図である。図4Cに示したように、キャリアシート70上に、円形の切り欠けを有する電気絶縁部グリーンシート22a”を形成する。次に、電気絶縁部グリーンシート22a”を埋め込み一体化するように正極活物質部グリーンシート21aを積層して正極層グリーンシート20a”を形成する。その後、当該の電気絶縁部グリーンシート22a”が円形の外縁領域の全周に配置されるように切り出し加工を行って正極層グリーン基板20b”を用意する。   FIG. 4C is a schematic diagram illustrating still another procedure example of the positive electrode layer green substrate preparation step. As shown in FIG. 4C, an electrical insulating part green sheet 22a ″ having a circular notch is formed on a carrier sheet 70. Next, a positive electrode active layer is formed so that the electrical insulating part green sheet 22a ″ is embedded and integrated. The material part green sheet 21a is laminated to form the positive electrode layer green sheet 20a ". After that, the electric insulation part green sheet 22a" is cut out so as to be disposed on the entire circumference of the circular outer edge region. A layer green substrate 20b "is prepared.

なお、正極層グリーン基板20b,20b’,20b”内に配置する電気絶縁部グリーンシート22a,22a’,22a”の面内幅については、後工程の焼成工程における各グリーン基板の焼結収縮量から逆算して、集電体を挟む正極層と負極層とが短絡しないように適宜設定すればよい。   In addition, regarding the in-plane width of the electrical insulating part green sheets 22a, 22a ′, 22a ″ disposed in the positive electrode layer green substrates 20b, 20b ′, 20b ″, the amount of sintering shrinkage of each green substrate in the subsequent firing step From the above, the positive electrode layer and the negative electrode layer sandwiching the current collector may be appropriately set so as not to be short-circuited.

正極活物質部グリーンシート21aは、主要成分としての正極活物質と、形状維持成分としての樹脂バインダーとを少なくとも含む。また、該グリーンシート21aは、焼成工程における正極活物質粒子同士の焼結性向上の観点から、焼結助剤を更に含むことが好ましく、正極活物質部の導電性向上の観点から、導電助剤を更に含むことが好ましい。   The positive electrode active material part green sheet 21a includes at least a positive electrode active material as a main component and a resin binder as a shape maintaining component. The green sheet 21a preferably further includes a sintering aid from the viewpoint of improving the sinterability between the positive electrode active material particles in the firing step, and from the viewpoint of improving the conductivity of the positive electrode active material part. It is preferable to further contain an agent.

正極活物質は、充電時にリチウムイオンを放出し放電時にリチウムイオンを吸蔵する結晶材料であり、従前のリチウムイオン二次電池で用いられる正極活物質を利用することができる。例えば、リチウム遷移金属複合酸化物が好ましく、具体例としては、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2、Li4Mn5O12、Li2Mn3MO8(M=Fe,Co,Ni,Cu,Zn)、Li1-xMxMn2O4(M=Mg,B,Al,Fe,Co,Ni,Cr,Zn,Ca、x=0.01〜0.1)、LiMn2-xMxO2(M=Co,Ni,Fe,Cr,Zn,Ta、x=0.01〜0.2)、LiCo1-xMxO2(M=Ni,Fe,Mn、x=0.01〜0.2)、LiNi1-xMxO2(M=Mn,Fe,Co,Al,Ga,Ca,Mg、x=0.01〜0.2)、LiNi1-x-yMnxCoyO2(x=0.1〜0.8、y=0.1〜0.8、x+y=0.1〜0.9)、LiFeO2、LiFePO4、LiMnPO4などが挙げられる。 The positive electrode active material is a crystalline material that releases lithium ions during charging and occludes lithium ions during discharge, and a positive electrode active material used in a conventional lithium ion secondary battery can be used. For example, a lithium transition metal composite oxide is preferable, and specific examples include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 , Li 4 Mn 5 O 12 , Li 2 Mn 3 MO 8 (M = Fe, Co, Ni, Cu, Zn), Li 1-x M x Mn 2 O 4 (M = Mg, B, Al, Fe, Co, Ni, Cr, Zn, Ca, x = 0.01 ~ 0.1), LiMn 2-x M x O 2 (M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn, Ta, x = 0.01 to 0.2), LiCo 1-x M x O 2 (M = Ni, Fe, Mn, x = 0.01 to 0.2), LiNi 1-x M x O 2 (M = Mn, Fe, Co, Al, Ga, Ca, Mg, x = 0.01 to 0.2), LiNi 1-xy Mn x Co y O 2 ( x = 0.1 to 0.8, y = 0.1 to 0.8, x + y = 0.1 to 0.9), LiFeO 2 , LiFePO 4 , LiMnPO 4 and the like.

焼結助剤は、正極層内、正極層−集電体層間、および正極層−固体電解質層間の焼結接合を補助するための材料であり、易接合性と良好なイオン伝導性とを有していることが好ましい。例えば、B2O3、Li3PO4、Li3BO3、これらの一をベースとするガラス材料、固体電解質材料を好適に用いることができる。 The sintering aid is a material for assisting the sintering joining in the positive electrode layer, the positive electrode layer-current collector layer, and the positive electrode layer-solid electrolyte layer, and has easy bondability and good ionic conductivity. It is preferable. For example, B 2 O 3 , Li 3 PO 4 , Li 3 BO 3 , a glass material based on one of these, and a solid electrolyte material can be preferably used.

導電助剤は、正極層内、および正極層−集電体層間の導電性を補助するための材料であり、正極活物質よりも良好な電子伝導性を有していることが好ましい。例えば、導電性繊維(気相成長炭素、カーボンナノチューブ、ピッチを原料に高温で炭化して製造した繊維、アクリル繊維から製造した炭素繊維など)が好適に用いられる。また、電池の充放電電位(通常2.5〜4.5 V)において酸化しない導電性材料(例えば、耐食性金属(チタンや金など)、酸化物(酸化インジウムスズやSnOやZnOなど)、炭化物(SiCやWCなど)、窒化物(Si3N4やBNなど))や、高比表面積の炭素材料(カーボンブラックや活性炭など)を使用してもよい。 The conductive auxiliary agent is a material for assisting conductivity in the positive electrode layer and between the positive electrode layer and the current collector layer, and preferably has better electronic conductivity than the positive electrode active material. For example, conductive fibers (vapor-grown carbon, carbon nanotubes, fibers produced by carbonizing pitch at a high temperature and carbon fibers produced from acrylic fibers, etc.) are preferably used. In addition, conductive materials that do not oxidize at the charge / discharge potential of the battery (usually 2.5 to 4.5 V) (for example, corrosion-resistant metals (such as titanium and gold), oxides (such as indium tin oxide, SnO, and ZnO), and carbides (SiC and WC) Etc.), nitrides (such as Si 3 N 4 and BN)) and carbon materials having a high specific surface area (such as carbon black and activated carbon) may be used.

樹脂バインダーは、グリーンシート21aの形状維持のための材料であり、焼成工程において各層の焼結接合を阻害しないものであれば特段の限定はない。例えば、ポリビニルブチラール(PVB)、エチルセルロース(EC)を好適に用いることができる。また、必要に応じて、可塑剤(例えば、フタル酸ジオクチル:DOP)を更に混合してもよい。   The resin binder is a material for maintaining the shape of the green sheet 21a, and is not particularly limited as long as it does not hinder the sintered joining of each layer in the firing step. For example, polyvinyl butyral (PVB) and ethyl cellulose (EC) can be suitably used. Moreover, you may further mix a plasticizer (for example, dioctyl phthalate: DOP) as needed.

電気絶縁部グリーンシート22aは、主要成分としての電気絶縁性材料と、形状維持成分としての樹脂バインダーとを少なくとも含む。また、該グリーンシート22aも、焼成工程における電気絶縁性材料粒子同士の焼結性向上の観点から、焼結助剤を更に含むことは好ましい。   The electrical insulating part green sheet 22a includes at least an electrical insulating material as a main component and a resin binder as a shape maintaining component. The green sheet 22a preferably further includes a sintering aid from the viewpoint of improving the sinterability between the electrically insulating material particles in the firing step.

なお、電気絶縁部グリーンシート22aに関する説明は、電気絶縁部グリーンシート22a’,22a”に対しても同様である。   In addition, the description regarding the electrical insulation part green sheet 22a is the same also about the electrical insulation part green sheet 22a ', 22a ".

電気絶縁性材料としては、電池の充放電電位(通常2.5〜4.5 V)において電気絶縁性(1012Ωcm以上)の材料で、かつ焼成工程(例えば、800℃)において焼失や流失しない酸化物材料であれば特段の限定はなく、例えば、シリカガラスを好適に用いることができる。 As an electrically insulating material, an oxide material that is electrically insulating (10 12 Ωcm or more) at the charge / discharge potential of the battery (usually 2.5 to 4.5 V) and that does not burn out or flow out in the firing process (eg, 800 ° C.) If there is no particular limitation, for example, silica glass can be suitably used.

グリーンシート22aの焼結助剤としては、電気絶縁性材料と同様に、電池の充放電電位において電気絶縁性で焼成工程において焼失や流失しない材料であり、さらに易接合性の材料であることが好ましい。例えば、シリカゲルを好適に用いることができる。   The sintering aid for the green sheet 22a is a material that is electrically insulative at the charge / discharge potential of the battery and that will not be burned out or lost in the firing process, as well as an easily insulating material. preferable. For example, silica gel can be suitably used.

グリーンシート22aの樹脂バインダーも、グリーンシート21aのそれと同様に、PVBやECを好適に用いることができる。また、必要に応じて、可塑剤(例えば、DOP)を更に混合してもよい。   As the resin binder of the green sheet 22a, PVB or EC can be suitably used as in the case of the green sheet 21a. Moreover, you may further mix a plasticizer (for example, DOP) as needed.

正極層グリーン基板20bは、正極活物質部21bと電気絶縁部22bとの複合体であり、それぞれが樹脂成分(樹脂バインダー、可塑剤)を含有するため、焼成工程において、通常、樹脂成分の含有率分は焼成収縮する。焼成収縮の際に焼結体にクラックや剥離が発生するのを防止するためには、正極活物質部21bと電気絶縁部22bとの焼成収縮量に大きな差異が生じないように制御する必要がある。   The positive electrode layer green substrate 20b is a composite of the positive electrode active material part 21b and the electrical insulating part 22b, and each contains a resin component (resin binder, plasticizer). The rate shrinks by firing. In order to prevent the sintered body from cracking or peeling during firing shrinkage, it is necessary to control the firing shrinkage amount between the positive electrode active material portion 21b and the electrical insulating portion 22b so as not to cause a large difference. is there.

なお、正極層グリーン基板20bに関する説明は、正極層グリーン基板20b’,20b”に対しても同様である。   The description regarding the positive electrode layer green substrate 20b is the same for the positive electrode layer green substrates 20b 'and 20b ".

具体的には、各グリーンシートを形成する段階(より正確には、グリーンシートを形成するためのスラリーまたはペーストを調合する段階)において、スラリーまたはペースト中の無機材料成分と樹脂成分との総和に対する無機材料成分の含有率(厳密に言うと体積含有率であるが、製造プロセスとしては比重を考慮した上での質量含有率)を制御する。以下、スラリーまたはペーストを簡単化のためにスラリーと総称する。   Specifically, in the step of forming each green sheet (more precisely, the step of preparing the slurry or paste for forming the green sheet), the total of the inorganic material component and the resin component in the slurry or paste The content of the inorganic material component (strictly speaking, it is the volume content, but the mass content after considering the specific gravity as a manufacturing process) is controlled. Hereinafter, the slurry or paste is collectively referred to as a slurry for simplification.

正極活物質部グリーンシート21a用のスラリー中の無機材料成分の含有率と、電気絶縁部グリーンシート22a用のスラリー中のそれとの差異を5%以内に制御することにより、焼結体でのクラックや剥離の発生を効果的に抑制することができる。このとき、正極活物質部グリーンシート21a用のスラリー中の無機材料成分の含有率を、電気絶縁部グリーンシート22a用のスラリー中の含有率以下とすることがより好ましい。   By controlling the difference between the content of the inorganic material component in the slurry for the positive electrode active material part green sheet 21a and that in the slurry for the electrical insulation part green sheet 22a to within 5%, cracks in the sintered body And the occurrence of peeling can be effectively suppressed. At this time, it is more preferable that the content of the inorganic material component in the slurry for the positive electrode active material part green sheet 21a is equal to or less than the content in the slurry for the electrical insulation part green sheet 22a.

また、スラリー中の無機材料成分のうち(無機材料成分の合計量を100%とした場合)、主要成分の含有率を60%以上とすることが好ましい。主要成分の含有率を60%以上とすることにより、主要成分がその焼結体の骨材(骨格)を構成することから、当該焼結体の実効的な線膨張係数を制御することができる。その結果、熱履歴やヒートサイクルに起因する層間の剥離やクラックの発生を効果的に抑制することができる。これは、他の層用のスラリーにおいても同様である。なお、スラリー中の無機材料成分の残部(含有率40%以下)は、焼結助剤および/または導電助剤からなる。   In addition, among the inorganic material components in the slurry (when the total amount of the inorganic material components is 100%), the content of the main component is preferably 60% or more. By setting the content of the main component to 60% or more, the main component constitutes the aggregate (skeleton) of the sintered body, so that the effective linear expansion coefficient of the sintered body can be controlled. . As a result, it is possible to effectively suppress the occurrence of delamination and cracks due to thermal history and heat cycle. The same applies to the slurry for the other layers. In addition, the remainder (content rate 40% or less) of the inorganic material component in the slurry is composed of a sintering aid and / or a conductive aid.

(負極層グリーン基板準備工程)
本工程は、負極層グリーンシートを形成した後に所定寸法の四辺形または円形の形状に切り出して負極層グリーン基板30bを用意する工程である。負極層グリーン基板30bは、負極活物質部31bと電気絶縁部32bとからなるが、図2の例では、電気絶縁部32bは、四辺形の対辺領域に形成されている。
(Negative electrode layer green substrate preparation process)
This step is a step of preparing a negative electrode layer green substrate 30b by forming a negative electrode layer green sheet and then cutting it into a quadrangular or circular shape of a predetermined size. The negative electrode layer green substrate 30b includes a negative electrode active material portion 31b and an electric insulating portion 32b. In the example of FIG. 2, the electric insulating portion 32b is formed in the opposite side region of the quadrilateral.

負極層グリーン基板30bは、負極活物質部31bの構成が正極活物質部21bと異なること以外は、正極層グリーン基板20bと同様の手順(図4A参照)で用意することができる。   The negative electrode layer green substrate 30b can be prepared in the same procedure as the positive electrode layer green substrate 20b (see FIG. 4A), except that the configuration of the negative electrode active material portion 31b is different from that of the positive electrode active material portion 21b.

なお、正極層グリーン基板20b’,20b”を対の相手とする負極層グリーン基板においては、正極層グリーン基板20b’,20b”と同様の手順(図4B、図4C参照)で電気絶縁部を配置した負極層グリーン基板を用意してもよいが、基板内に電気絶縁部を配置しない負極層グリーン基板を用意してもよい。これは、正極層グリーン基板20b’,20b”においては、電気絶縁部が該基板の外縁全周に配置されていることにより、バイポーラ電極内での内部短絡を防止できるためである。   In the negative electrode green substrate having the positive electrode green substrate 20b ′, 20b ″ as a counterpart, the electrical insulating portion is formed by the same procedure as that of the positive electrode green substrate 20b ′, 20b ″ (see FIGS. 4B and 4C). Although the arranged negative electrode layer green board | substrate may be prepared, the negative electrode layer green board | substrate which does not arrange | position an electric insulation part in a board | substrate may be prepared. This is because in the positive electrode layer green substrates 20b 'and 20b ", the electrical insulating portion is arranged on the entire outer periphery of the substrate, thereby preventing an internal short circuit in the bipolar electrode.

この観点から言うと、図4B、図4Cと同様の手順で、基板の外縁全周に電気絶縁部を配置した負極層グリーン基板を用意する場合は、対の相手となる正極層グリーン基板として、基板内に電気絶縁部を配置しない正極層グリーン基板を用意してもよい。   From this point of view, when preparing a negative electrode layer green substrate having an electrical insulating portion arranged around the entire outer edge of the substrate in the same procedure as FIG. 4B and FIG. 4C, You may prepare the positive electrode layer green board | substrate which does not arrange | position an electric insulation part in a board | substrate.

ただし、正極層グリーン基板20b’,20b”を対の相手とする負極層グリーン基板においても、負極活物質部31bに関しては、負極層グリーン基板30bと同様である。   However, the negative electrode active material portion 31b is the same as that of the negative electrode green substrate 30b in the negative electrode green substrate having the positive electrode green substrate 20b ', 20b "as a pair.

負極活物質部グリーンシートは、主要成分としての負極活物質と、形状維持成分としての樹脂バインダーとを少なくとも含む。また、該グリーンシートは、焼成工程における負極活物質粒子同士の焼結性向上の観点から、焼結助剤を更に含むことが好ましく、負極活物質部の導電性向上の観点から、導電助剤を更に含むことが好ましい。   The negative electrode active material part green sheet includes at least a negative electrode active material as a main component and a resin binder as a shape maintaining component. The green sheet preferably further contains a sintering aid from the viewpoint of improving the sinterability between the negative electrode active material particles in the firing step, and from the viewpoint of improving the conductivity of the negative electrode active material portion, the conductive aid. It is preferable that it is further included.

負極活物質は、充電時にリチウムイオンを吸蔵し放電時にリチウムイオンを放出する結晶材料であり、従前のリチウムイオン二次電池で用いられる負極活物質を利用することができる。具体例としては、炭素系材料(例えば、カーボンブラック、易黒鉛化炭素材料、非晶質炭素材料)、リチウム遷移金属複合酸化物(例えば、Li4Ti5O12、LiTiO4)、リチウム遷移金属複合窒化物(例えば、LiCoN)を好適に用いることができる。なお、炭素系材料は導電助剤としても機能する。 The negative electrode active material is a crystalline material that occludes lithium ions during charging and releases lithium ions during discharge, and a negative electrode active material used in a conventional lithium ion secondary battery can be used. Specific examples include carbon-based materials (eg, carbon black, graphitizable carbon materials, amorphous carbon materials), lithium transition metal composite oxides (eg, Li 4 Ti 5 O 12 , LiTiO 4 ), lithium transition metals. A composite nitride (for example, LiCoN) can be preferably used. The carbon-based material also functions as a conductive aid.

負極活物質部グリーンシートにおける焼結助剤としては、正極活物質部グリーンシート21aにおけるそれと同様のもの(例えば、B2O3、Li3PO4、Li3BO3、これらの一をベースとするガラス材料、固体電解質材料)を好適に用いることができる。 The sintering aid in the negative electrode active material part green sheet is the same as that in the positive electrode active material part green sheet 21a (for example, B 2 O 3 , Li 3 PO 4 , Li 3 BO 3 , based on one of these. Glass materials and solid electrolyte materials) can be suitably used.

負極活物質部グリーンシートにおける導電助剤としては、金属リチウム粉末、リチウムと合金化する金属(例えば、アルミニウム、シリコン、スズ)の粉末を好適に用いることができる。これらの金属は、負極活物質としても機能することから、混合することが好ましい。なお、金属の線膨張係数は酸化物のそれよりも1桁程度大きいことから(言い換えると、金属の熱膨張/熱収縮は、酸化物のそれよりも10倍程度大きいことから)、焼結体でのクラックや剥離の発生を抑制するため、これらの金属粉末は、負極活物質部グリーンシートの主要成分としてではなく、導電助剤として混合することが好ましい。   As the conductive additive in the negative electrode active material part green sheet, metallic lithium powder and powder of metal alloyed with lithium (for example, aluminum, silicon, tin) can be suitably used. Since these metals also function as a negative electrode active material, it is preferable to mix them. Since the linear expansion coefficient of metal is about an order of magnitude larger than that of oxide (in other words, the thermal expansion / contraction of metal is about 10 times larger than that of oxide), the sintered body In order to suppress the occurrence of cracks and peeling, the metal powder is preferably mixed as a conductive aid rather than as a main component of the negative electrode active material part green sheet.

負極活物質部グリーンシート用のスラリー中の無機材料成分の含有率と、電気絶縁部グリーンシート用のスラリー中の無機材料成分の含有率との関係に関しては、正極層グリーンシート20aにおけるそれと同様である。   Regarding the relationship between the content of the inorganic material component in the slurry for the negative electrode active material part green sheet and the content of the inorganic material component in the slurry for the electrical insulation part green sheet, it is the same as that in the positive electrode layer green sheet 20a. is there.

(集電体層グリーン基板準備工程)
本工程は、集電体層グリーンシートを形成した後に所定寸法の四辺形または円形の形状に切り出して集電体層グリーン基板10bを用意する工程である。グリーンシートの形成方法に特段の限定はなく、例えば、ドクターブレード法やスクリーン印刷法を好適に用いることができる。また、グリーン基板の切り出し加工方法にも特段の限定はなく、例えば、打抜加工を好適に用いることができる。
(Current collector layer green substrate preparation process)
This step is a step of preparing the current collector layer green substrate 10b by forming the current collector layer green sheet and then cutting it into a quadrangular or circular shape having a predetermined size. There is no particular limitation on the method of forming the green sheet, and for example, a doctor blade method or a screen printing method can be suitably used. Moreover, there is no special limitation in the cutting-out method of a green substrate, For example, a punching process can be used suitably.

集電体層グリーンシートは、主要成分としての導電性(電子伝導性)物質と、形状維持成分としての樹脂バインダーとを少なくとも含む。また、該グリーンシートは、焼成工程における導電性物質粒子同士の焼結性向上の観点から、焼結助剤を更に含むことが好ましく、集電体層の導電性向上の観点から、導電助剤を更に含むことが好ましい。   The current collector layer green sheet includes at least a conductive (electron conductive) substance as a main component and a resin binder as a shape maintaining component. The green sheet preferably further contains a sintering aid from the viewpoint of improving the sinterability between the conductive substance particles in the firing step, and from the viewpoint of improving the conductivity of the current collector layer, the conductive aid. It is preferable that it is further included.

集電体層の主要成分としては、炭素系材料(例えば、ガラス状炭素)や導電性酸化物(例えば、酸化インジウムスズ、SnO、ZnO)を好適に用いることができる。   As the main component of the current collector layer, a carbon-based material (for example, glassy carbon) or a conductive oxide (for example, indium tin oxide, SnO, ZnO) can be suitably used.

集電体層グリーンシートにおける焼結助剤としては、易焼結性で上記主要成分の導電性を阻害しない材料であれば特段の限定はなく、例えば、酸化バナジウムを主成分とする導電性ガラスを好適に用いることができる。   The sintering aid in the current collector layer green sheet is not particularly limited as long as it is a material that is easily sinterable and does not hinder the conductivity of the main component. For example, a conductive glass mainly composed of vanadium oxide. Can be suitably used.

集電体層グリーンシートにおける導電助剤としては、高導電性・耐食性金属(例えば、金、銀、銅、白金、ニッケル)の粉末を好適に用いることができる。前述と同様に、焼結体でのクラックや剥離の発生を抑制するため、これらの金属粉末は、集電体層グリーンシートの主要成分としてではなく、導電助剤として混合することが好ましい。   As the conductive additive in the current collector layer green sheet, powders of highly conductive and corrosion resistant metals (for example, gold, silver, copper, platinum, nickel) can be suitably used. As described above, in order to suppress the occurrence of cracks and peeling in the sintered body, these metal powders are preferably mixed as a conductive aid rather than as a main component of the current collector layer green sheet.

前述したように、本発明では、焼成工程において集電体層の焼成収縮量が正極層および負極層のそれらよりも大きくなるように制御することが好ましい。そのため、集電体層グリーンシートを形成するスラリーにおいて、該スラリー中の無機材料成分と樹脂成分(樹脂バインダー、可塑剤)との総和に対する無機材料成分の含有率を、正極層または負極層の電極活物質部グリーンシート用のスラリー中の含有率以下で5%以内の差異になるように調整することが好ましい。そうすることにより、焼結体でのクラックや剥離の発生を効果的に抑制することができると共に、電池の内部短絡を効果的に防止できる。   As described above, in the present invention, it is preferable to control the firing shrinkage amount of the current collector layer to be larger than those of the positive electrode layer and the negative electrode layer in the firing step. Therefore, in the slurry forming the current collector layer green sheet, the content of the inorganic material component relative to the sum of the inorganic material component and the resin component (resin binder, plasticizer) in the slurry is determined as the positive electrode layer or negative electrode layer electrode. It is preferable that the difference is within 5% below the content in the slurry for the active material part green sheet. By doing so, the occurrence of cracks and delamination in the sintered body can be effectively suppressed, and an internal short circuit of the battery can be effectively prevented.

(固体電解質層グリーン基板準備工程)
本工程は、固体電解質層グリーンシートを形成した後に所定寸法の四辺形または円形の形状に切り出して固体電解質層グリーン基板40bを用意する工程である。グリーンシートの形成方法に特段の限定はなく、例えば、ドクターブレード法やスクリーン印刷法を好適に用いることができる。また、グリーン基板の切り出し加工方法にも特段の限定はなく、例えば、打抜加工を好適に用いることができる。
(Solid electrolyte layer green substrate preparation process)
This step is a step of preparing a solid electrolyte layer green substrate 40b by forming a solid electrolyte layer green sheet and then cutting it into a quadrangular or circular shape of a predetermined size. There is no particular limitation on the method of forming the green sheet, and for example, a doctor blade method or a screen printing method can be suitably used. Moreover, there is no special limitation in the cutting-out method of a green substrate, For example, a punching process can be used suitably.

固体電解質層グリーンシートは、主要成分としての固体電解質と、形状維持成分としての樹脂バインダーとを少なくとも含む。また、該グリーンシートは、焼成工程における固体電解質粒子同士の焼結性向上の観点から、焼結助剤を更に含むことが好ましい。   The solid electrolyte layer green sheet includes at least a solid electrolyte as a main component and a resin binder as a shape maintaining component. The green sheet preferably further contains a sintering aid from the viewpoint of improving the sinterability between the solid electrolyte particles in the firing step.

固体電解質は、高いイオン伝導性と焼成工程に適した耐熱性を有する限り、従前の全固体リチウム二次電池の固体電解質を利用することができる。例えば、リチウム複合酸化物が好ましく、具体例としては、ガーネット型リチウム複合酸化物(例えば、Li7La3Zr2O12、Li7+xLa3Zr2O12−xMx(0<x<1.2、MはN,Cl,S,Seのいずれか)、Li5La3Ta2O12、Li5La3Nb2O12、Li6BaLa2Ta2O12)、ペロブスカイト型リチウム複合酸化物(例えば、Li0.34La0.51TiO2.94)、NASICON型リチウム複合酸化物(例えば、Li1.1Al0.7Ti1.5(PO4)3)、ガラス型リチウム複合酸化物(例えば、50Li4SiO4-50Li3BO3、Li1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3、LiAlGe(PO4)3、Li3BO3、LiVO3、Li3.4V0.6Si0.4O4、Li2P2O6)などが挙げられる。これらの固体電解質は、単独で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。 As long as the solid electrolyte has high ion conductivity and heat resistance suitable for the firing step, the solid electrolyte of the conventional all-solid lithium secondary battery can be used. For example, a lithium composite oxide is preferable, and specific examples include a garnet-type lithium composite oxide (for example, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 7 + x La 3 Zr 2 O 12−x M x (0 <x <1.2 , M is N, Cl, S, or Se), Li 5 La 3 Ta 2 O 12 , Li 5 La 3 Nb 2 O 12 , Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 ), perovskite-type lithium composite oxide ( For example, Li 0.34 La 0.51 TiO 2.94 ), NASICON type lithium composite oxide (eg, Li 1.1 Al 0.7 Ti 1.5 (PO 4 ) 3 ), glass type lithium composite oxide (eg, 50Li 4 SiO 4 -50Li 3 BO 3 , Li 1.07 Al 0.69 Ti 1.46 (PO 4 ) 3 , Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 , Li 1.4 Al 0.4 Ti 1.6 (PO 4 ) 3 , LiAlGe (PO 4 ) 3 , Li 3 BO 3 , LiVO 3 , Li 3.4 V 0.6 Si 0.4 O 4 , Li 2 P 2 O 6 ) and the like. These solid electrolytes may be used alone or in combination of two or more.

固体電解質層グリーンシートにおける焼結助剤としては、正極活物質部グリーンシート21aにおけるそれと同様のもの(例えば、B2O3、Li3PO4、Li3BO3、これらの一をベースとするガラス材料)を好適に用いることができる。 The sintering aid in the solid electrolyte layer green sheet is the same as that in the positive electrode active material part green sheet 21a (for example, B 2 O 3 , Li 3 PO 4 , Li 3 BO 3 , based on one of these. Glass material) can be suitably used.

固体電解質層グリーンシートを形成するスラリーにおいて、該スラリー中の無機材料成分と樹脂成分との総和に対する無機材料成分の含有率を、正極層または負極層の電極活物質部グリーンシート用のスラリー中の含有率の5%以内の差異になるように調整することが好ましい。そうすることにより、焼結体でのクラックや剥離の発生を効果的に抑制することができると共に、電池の内部短絡を効果的に防止できる。   In the slurry for forming the solid electrolyte layer green sheet, the content of the inorganic material component with respect to the sum of the inorganic material component and the resin component in the slurry is determined in the slurry for the electrode active material part green sheet of the positive electrode layer or the negative electrode layer. It is preferable to adjust so that the difference in content is within 5%. By doing so, the occurrence of cracks and delamination in the sintered body can be effectively suppressed, and an internal short circuit of the battery can be effectively prevented.

以降の説明は、説明の単純化のため、図2〜3に示した実施形態を代表として行う。   In the following description, the embodiment shown in FIGS.

(全固体電池グリーン基板積層体形成工程)
本工程は、上記の各工程で用意した集電体層グリーン基板10bと正極層グリーン基板20bと負極層グリーン基板30bと固体電解質層グリーン基板40bとから全固体電池グリーン基板積層体100bを形成する工程である。図2に示したような全固体電池グリーン基板積層体100bを形成するにあたって、各層グリーン基板を順次積層してもよいし、次に示すように、電極グリーン基板(バイポーラ電極グリーン基板50b、正モノポーラ電極グリーン基板61b、負モノポーラ電極グリーン基板65b)をあらかじめ形成してもよい。
(All-solid battery green substrate laminate formation process)
In this step, the all-solid-state battery green substrate laminate 100b is formed from the current collector layer green substrate 10b, the positive electrode layer green substrate 20b, the negative electrode layer green substrate 30b, and the solid electrolyte layer green substrate 40b prepared in each of the above steps. It is a process. In forming the all-solid-state battery green substrate laminate 100b as shown in FIG. 2, each layer green substrate may be sequentially laminated. As shown below, an electrode green substrate (bipolar electrode green substrate 50b, positive monopolar The electrode green substrate 61b and the negative monopolar electrode green substrate 65b) may be formed in advance.

(a)バイポーラ電極グリーン基板形成工程
本工程は、集電体層グリーン基板10bと正極層グリーン基板20bと負極層グリーン基板30bとからバイポーラ電極グリーン基板50bを形成する工程である。このとき、図2に示したように、集電体層グリーン基板10bの一方の主面に正極層グリーン基板20b内の電気絶縁部22bが対面するように積層し、他方の主面に負極層グリーン基板30b内の電気絶縁部32bが対面するように積層する。さらに、積層方向から見たときに、正極層グリーン基板20b内の電気絶縁部22bが四辺形の一対の対辺領域に配置され、負極層グリーン基板30b内の電気絶縁部32bが四辺形の他の一対の対辺領域に配置されるように積層する。
(A) Bipolar Electrode Green Substrate Formation Step This step is a step of forming a bipolar electrode green substrate 50b from the current collector layer green substrate 10b, the positive electrode layer green substrate 20b, and the negative electrode layer green substrate 30b. At this time, as shown in FIG. 2, the current collector layer green substrate 10b is laminated so that the electrical insulating portion 22b in the positive electrode green substrate 20b faces one main surface, and the negative electrode layer is formed on the other main surface. The green substrate 30b is laminated so that the electrical insulating portions 32b face each other. Furthermore, when viewed from the stacking direction, the electrical insulation portion 22b in the positive electrode layer green substrate 20b is disposed in a pair of opposite sides of the quadrilateral, and the electrical insulation portion 32b in the negative electrode layer green substrate 30b is the other of the quadrilateral shape. Lamination is performed so as to be arranged in a pair of opposite side regions.

(b)正モノポーラ電極グリーン基板形成工程
本工程は、集電体層グリーン基板10bおよび正極層グリーン基板20bから正モノポーラ電極グリーン基板61bを形成する工程であり、集電体層グリーン基板10bの一方の主面に正極層グリーン基板20bを積層する。図2においては、正モノポーラ電極グリーン基板61bの正極層グリーン基板20bが電気絶縁部22bを有している。正極層グリーン基板準備工程で準備した正極層グリーン基板20bを利用することにより、別の工程を用意する必要が無いため、全体としてのプロセスコストを低減できる利点がある。ただし、本発明はそれに限定されるものではなく、正モノポーラ電極グリーン基板中の正極層グリーン基板は、電気絶縁部22bを有していなくてもよい。
(B) Positive monopolar electrode green substrate forming step This step is a step of forming the positive monopolar electrode green substrate 61b from the current collector layer green substrate 10b and the positive electrode layer green substrate 20b. A positive electrode layer green substrate 20b is laminated on the main surface. In FIG. 2, the positive layer green substrate 20b of the positive monopolar electrode green substrate 61b has an electrical insulating portion 22b. By using the positive electrode layer green substrate 20b prepared in the positive electrode layer green substrate preparation step, there is no need to prepare another step, and thus there is an advantage that the process cost as a whole can be reduced. However, the present invention is not limited thereto, and the positive electrode layer green substrate in the positive monopolar electrode green substrate may not have the electrical insulating portion 22b.

(c)負モノポーラ電極グリーン基板形成工程
本工程は、集電体層グリーン基板10bおよび負極層グリーン基板30bから負モノポーラ電極グリーン基板65bを形成する工程であり、集電体層グリーン基板10bの一方の主面に負極層グリーン基板30bを積層する。正モノポーラ電極グリーン基板61bの場合と同様に、負モノポーラ電極グリーン基板65bは、負極層グリーン基板30bが電気絶縁部32bを有していてもよいし、有していなくてもよい。負極層グリーン基板準備工程で準備した負極層グリーン基板30bを利用することにより、別の工程を用意する必要が無いため、全体としてのプロセスコストを低減できる利点がある。
(C) Negative Monopolar Electrode Green Substrate Formation Step This step is a step of forming the negative monopolar electrode green substrate 65b from the current collector layer green substrate 10b and the negative electrode layer green substrate 30b. A negative electrode layer green substrate 30b is laminated on the main surface of the substrate. As in the case of the positive monopolar electrode green substrate 61b, the negative monopolar electrode green substrate 65b may or may not include the electrical insulating portion 32b in the negative electrode green substrate 30b. By using the negative electrode layer green substrate 30b prepared in the negative electrode layer green substrate preparation step, there is no need to prepare another step, which has an advantage of reducing the overall process cost.

(d)積層体組立工程
本工程は、バイポーラ電極グリーン基板50bと固体電解質層グリーン基板40bとを交互に積層し、当該バイポーラ電極グリーン基板−固体電解質層グリーン基板積層体の積層方向両端に、正モノポーラ電極グリーン基板61bと負モノポーラ電極グリーン基板65bとをそれぞれ積層する工程である。全固体電池グリーン基板積層体100bを形成する際に、適度に加圧することは好ましく、例えば、冷間等方圧プレス(CIP)や温間等方圧プレス(WIP)などを利用してもよい。
(D) Laminate assembly process In this step, the bipolar electrode green substrate 50b and the solid electrolyte layer green substrate 40b are alternately laminated, and the bipolar electrode green substrate-solid electrolyte layer green substrate laminate is aligned at both ends in the stacking direction. In this step, the monopolar electrode green substrate 61b and the negative monopolar electrode green substrate 65b are laminated. When forming the all-solid-state battery green substrate laminate 100b, it is preferable to apply moderate pressure. For example, a cold isostatic press (CIP) or a warm isostatic press (WIP) may be used. .

(全固体電池グリーン基板積層体焼成工程)
本工程は、全固体電池グリーン基板積層体100b全体を焼成して、負極層30c、集電体層10c、正極層20c、および固体電解質層40cの各層間を焼結接合させた全固体電池焼結接合体100cを形成する工程である。焼成プロセスとしては、各グリーン基板に含まれる樹脂成分を焼失させるステップ(例えば、大気雰囲気中で600℃の加熱)の後、各グリーン基板を構成する無機材料成分を焼結させるステップ(例えば、非酸化性雰囲気中で800℃の加熱)を行うことが好ましい。また、各層間の焼結接合を促進するため、焼成中に適度な加圧をすることが好ましい。
(All-solid-state battery green substrate laminate firing process)
This step is performed by firing the whole solid battery green substrate laminate 100b, and sintering the solid layers of the negative electrode layer 30c, the current collector layer 10c, the positive electrode layer 20c, and the solid electrolyte layer 40c. This is a step of forming the bonded assembly 100c. As the firing process, after the step of burning off the resin component contained in each green substrate (for example, heating at 600 ° C. in the air atmosphere), the step of sintering the inorganic material component constituting each green substrate (for example, non-step) It is preferable to perform heating at 800 ° C. in an oxidizing atmosphere. Moreover, in order to promote the sintering joining between each layer, it is preferable to apply moderate pressure during firing.

前述したように、本発明では、焼成工程における各グリーン基板の焼結収縮量から逆算して、正極層グリーン基板20b内の電気絶縁部22bおよび負極層グリーン基板30b内の電気絶縁部32bの面内幅を設定していることから、焼成工程を経た後でも集電体10cを挟む正極層20cと負極層30cとの間の短絡を防止することができる。   As described above, in the present invention, the surface of the electrical insulating portion 22b in the positive electrode layer green substrate 20b and the surface of the electrical insulating portion 32b in the negative electrode layer green substrate 30b are calculated backward from the sintering shrinkage amount of each green substrate in the firing step. Since the inner width is set, a short circuit between the positive electrode layer 20c and the negative electrode layer 30c sandwiching the current collector 10c can be prevented even after the firing step.

以上の工程を経ることにより、内部短絡を防止する構造を有し、かつバイポーラ積層体全体を一体高温焼成した全固体電池焼結接合体100cが得られる。この後、外部端子接続工程、パッケージング工程を経てバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池となる。   By passing through the above process, the all-solid-state battery sintered joined body 100c which has the structure which prevents an internal short circuit, and which carried out integral high temperature baking of the whole bipolar laminated body is obtained. Thereafter, a bipolar laminated all solid lithium secondary battery is obtained through an external terminal connection process and a packaging process.

(外部端子接続工程)
本工程は、全固体電池焼結接合体の正モノポーラ電極および負モノポーラ電極に外部端子を接続する工程である。図5は、外部端子接続工程によって得られる全固体電池構造体の一例を示す縦断面模式図である。図5に示したように、正モノポーラ電極61cの集電体層10cおよび負モノポーラ電極65cの集電体層10cに対し、それぞれ接合層80を介して、正極外部端子62および負極外部端子66を接合して、全固体電池構造体100dを形成する。
(External terminal connection process)
This step is a step of connecting an external terminal to the positive monopolar electrode and the negative monopolar electrode of the all-solid battery sintered assembly. FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of the all solid state battery structure obtained by the external terminal connecting step. As shown in FIG. 5, the positive electrode external terminal 62 and the negative electrode external terminal 66 are connected to the current collector layer 10c of the positive monopolar electrode 61c and the current collector layer 10c of the negative monopolar electrode 65c via the bonding layer 80, respectively. The all-solid battery structure 100d is formed by bonding.

正極外部端子62および負極外部端子66に特段の限定はなく、高導電性金属(例えば、銅、ニッケル、アルミニウム)を好適に用いることができる。また、接合層80の材料にも特段の限定はなく、外部端子の高導電性金属と集電体層10cの構成材料とを電気的に良好に接合できる材料(例えば、銀ペースト、はんだ)を好適に用いることができる。   There is no particular limitation on the positive electrode external terminal 62 and the negative electrode external terminal 66, and a highly conductive metal (for example, copper, nickel, aluminum) can be suitably used. Further, the material of the bonding layer 80 is not particularly limited, and a material (for example, silver paste or solder) that can electrically bond the highly conductive metal of the external terminal and the constituent material of the current collector layer 10c well. It can be used suitably.

(パッケージング工程)
本工程は、全固体電池構造体100dの保護と外部絶縁とのため、全固体電池構造体100dをパッケージングする工程である。図6は、パッケージング工程によって得られる全固体電池の一例を示す縦断面模式図である。図6に示したように、正極外部端子62の一部と負極外部端子66の一部とが外部に突出するように、全固体電池構造体100dの他の部分を電気絶縁性のパッケージング材90(例えば、樹脂材、ガラス材)で封止して、バイポーラ積層型全固体リチウム二次電池100eを形成する。
(Packaging process)
This step is a step of packaging the all-solid battery structure 100d for protection and external insulation of the all-solid battery structure 100d. FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of an all solid state battery obtained by the packaging process. As shown in FIG. 6, the other part of the all-solid-state battery structure 100d is electrically insulated packaging material so that a part of the positive external terminal 62 and a part of the negative external terminal 66 protrude to the outside. Sealing with 90 (for example, resin material, glass material) to form a bipolar laminated all solid lithium secondary battery 100e.

以上の工程を経ることにより、本発明に係るバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池を得ることができる。   By undergoing the above steps, the bipolar laminated all solid lithium secondary battery according to the present invention can be obtained.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明はここでの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, this invention is not limited to the Example here.

[実施例1のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の作製]
(1)正極活物質部グリーンシート用スラリーの調合
正極活物質として75質量部のLiCoO2を用い、焼結助剤として25質量部のLi3BO3を用い、導電助剤として1質量部のカーボンブラックを用い、樹脂バインダーとして10質量部のエチルセルロース(EC)を用い、可塑剤として10質量部のフタル酸ジオクチル(DOP)を用いた。それらをボールミルに投入し、溶媒としてアセトン100質量部を加えてよく混合した。得られた混合溶液に対して減圧脱泡と溶媒の一部揮発とを行い、正極活物質部グリーンシート用スラリー(粘度:約10000 mPa・s)を調合した。
[Preparation of Bipolar Laminated All Solid Lithium Secondary Battery of Example 1]
(1) Preparation of slurry for positive electrode active material part green sheet Using 75 parts by mass of LiCoO 2 as a positive electrode active material, using 25 parts by mass of Li 3 BO 3 as a sintering aid, and 1 part by mass of a conductive aid Carbon black was used, 10 parts by weight of ethyl cellulose (EC) was used as a resin binder, and 10 parts by weight of dioctyl phthalate (DOP) was used as a plasticizer. They were put into a ball mill, and 100 parts by mass of acetone was added as a solvent and mixed well. The obtained mixed solution was degassed under reduced pressure and part of the solvent was volatilized to prepare a positive electrode active material part green sheet slurry (viscosity: about 10,000 mPa · s).

(2)電気絶縁部グリーンシート用スラリーの調合
電気絶縁性材料として75質量部のシリカガラスを用い、焼結助剤として25質量部のシリカゲルを用い、樹脂バインダーとして7質量部のECを用い、可塑剤として10質量部のDOPを用いた。それらをボールミルに投入し、溶媒としてアセトン100質量部を加えてよく混合した。得られた混合溶液に対して減圧脱泡と溶媒の一部揮発とを行い、電気絶縁部グリーンシート用スラリー(粘度:約10000 mPa・s)を調合した。
(2) Preparation of slurry for electrical insulation part green sheet Using 75 parts by mass of silica glass as an electrical insulation material, using 25 parts by mass of silica gel as a sintering aid, using 7 parts by mass of EC as a resin binder, 10 parts by mass of DOP was used as a plasticizer. They were put into a ball mill, and 100 parts by mass of acetone was added as a solvent and mixed well. The obtained mixed solution was degassed under reduced pressure and part of the solvent was volatilized to prepare a slurry for an electrical insulating part green sheet (viscosity: about 10,000 mPa · s).

(3)負極活物質部グリーンシート用スラリーの調合
負極活物質として75質量部のLi4Ti5O12を用い、焼結助剤として25質量部のLi3BO3を用い、導電助剤として1質量部のカーボンブラックを用い、樹脂バインダーとして10質量部のECを用い、可塑剤として10質量部のDOPを用いた。それらをボールミルに投入し、溶媒としてアセトン100質量部を加えてよく混合した。得られた混合溶液に対して減圧脱泡と溶媒の一部揮発とを行い、負極活物質部グリーンシート用スラリー(粘度:約10000 mPa・s)を調合した。
(3) Preparation of slurry for negative electrode active material part green sheet Use 75 parts by mass of Li 4 Ti 5 O 12 as negative electrode active material, use 25 parts by mass of Li 3 BO 3 as sintering aid, and use as conductive aid 1 part by weight of carbon black was used, 10 parts by weight of EC was used as a resin binder, and 10 parts by weight of DOP was used as a plasticizer. They were put into a ball mill, and 100 parts by mass of acetone was added as a solvent and mixed well. The obtained mixed solution was degassed under reduced pressure and part of the solvent was volatilized to prepare a negative electrode active material part green sheet slurry (viscosity: about 10,000 mPa · s).

(4)正極層グリーン基板および負極層グリーン基板の作製
図4Aに示した手順に沿って、正極層グリーン基板および負極層グリーン基板の作製を行った。まず、上記で用意した電気絶縁部グリーンシート用スラリーを用い、両端に10 mmの切り欠けを有する幅60 mmのドクターブレードを用いたドクターブレード法により、ポリエチレンテレフタレート(PET)製キャリアシート上に平行一対の電気絶縁部グリーンシート(幅10 mm、間隔40 mm、厚さ20μm)を形成した(図4A(a)参照)。その後、正極層用および負極層用となるように、平行一対の電気絶縁部グリーンシートをキャリアシートごと二分割した。
(4) Production of positive electrode layer green substrate and negative electrode layer green substrate A positive electrode layer green substrate and a negative electrode layer green substrate were produced according to the procedure shown in FIG. 4A. First, using the slurry for electrical insulation green sheet prepared above, parallel to a polyethylene terephthalate (PET) carrier sheet by the doctor blade method using a doctor blade with a width of 60 mm with 10 mm notches at both ends. A pair of electrical insulating part green sheets (width 10 mm, interval 40 mm, thickness 20 μm) was formed (see FIG. 4A (a)). Thereafter, the parallel pair of electrically insulating part green sheets was divided into two together with the carrier sheet so as to be used for the positive electrode layer and the negative electrode layer.

次に、上記で用意した正極活物質部グリーンシート用スラリーを用い、幅60 mmのドクターブレードを用いたドクターブレード法により、上記平行一対の電気絶縁部グリーンシートを埋め込み一体化するように正極活物質部グリーンシートを積層して正極層グリーンシート(幅60 mm、厚さ70μm)を形成した(図4A(b)参照)。   Next, the positive electrode active material part green sheet slurry prepared above is used and the positive electrode active material part green sheet is embedded and integrated by a doctor blade method using a doctor blade having a width of 60 mm. The material part green sheet was laminated to form a positive electrode layer green sheet (width 60 mm, thickness 70 μm) (see FIG. 4A (b)).

次に、平行一対の電気絶縁部グリーンシートが四辺形(一辺50 mm)の対辺領域にそれぞれ5 mm幅で配置されるように、上記の正極層グリーンシートに打抜加工を行って正極層グリーン基板(50 mm角、厚さ70μm)を作製した(図4A(c)参照)。   Next, the positive electrode layer green sheet is punched into the positive electrode layer green so that a pair of parallel electrical insulation green sheets are arranged in a width of 5 mm in the opposite sides of the quadrilateral (one side of 50 mm). A substrate (50 mm square, 70 μm thick) was produced (see FIG. 4A (c)).

また、正極層グリーン基板と同様にして、電気絶縁部グリーンシート用スラリーと負極活物質部グリーンシート用スラリーとを用いて、負極層グリーン基板(50 mm角、厚さ70μm)を作製した。   Similarly to the positive electrode layer green substrate, a negative electrode layer green substrate (50 mm square, thickness 70 μm) was prepared using the slurry for the electrical insulating portion green sheet and the slurry for the negative electrode active material portion green sheet.

(5)集電体層グリーン基板の作製
導電性材料として75質量部の酸化インジウムスズ(ITO)を用い、焼結助剤として5質量部のバナジウム系導電性ガラスを用い、導電助剤として23質量部の銀を用い、樹脂バインダーとして10質量部のPVBを用い、可塑剤として12質量部のDOPを用いた。それらをボールミルに投入し、溶媒としてアセトン100質量部を加えてよく混合した。得られた混合溶液に対して減圧脱泡と溶媒の一部揮発とを行い、集電体層グリーンシート用スラリー(粘度:約10000 mPa・s)を調合した。
(5) Production of current collector layer green substrate 75 parts by mass of indium tin oxide (ITO) is used as the conductive material, 5 parts by mass of vanadium-based conductive glass is used as the sintering aid, and 23 as the conductive aid. Part by weight of silver was used, 10 parts by weight of PVB was used as a resin binder, and 12 parts by weight of DOP was used as a plasticizer. They were put into a ball mill, and 100 parts by mass of acetone was added as a solvent and mixed well. The obtained mixed solution was degassed under reduced pressure and part of the solvent was volatilized to prepare a current collector layer green sheet slurry (viscosity: about 10,000 mPa · s).

上記で用意した集電体層グリーンシート用スラリーを用い、幅60 mmのドクターブレードを用いたドクターブレード法により、PET製キャリアシート上に集電体層グリーンシート(幅60 mm、厚さ50μm)を形成した。その後、集電体層グリーンシートに打抜加工を行って集電体層グリーン基板(50 mm角、厚さ50μm)を作製した。   Using the slurry for the collector layer green sheet prepared above, the collector layer green sheet (width 60 mm, thickness 50 μm) on the PET carrier sheet by the doctor blade method using a doctor blade with a width of 60 mm Formed. Thereafter, the current collector layer green sheet was punched to produce a current collector layer green substrate (50 mm square, thickness 50 μm).

(6)固体電解質層グリーン基板の作製
固体電解質として75質量部のLi7La3Zr2O12を用い、焼結助剤として30質量部のLi3BO3を用い、樹脂バインダーとして10質量部のPVBを用い、可塑剤として10質量部のDOPを用いた。それらをボールミルに投入し、溶媒としてアセトン100質量部を加えてよく混合した。得られた混合溶液に対して減圧脱泡と溶媒の一部揮発とを行い、固体電解質層グリーンシート用スラリー(粘度:約10000 mPa・s)を調合した。
(6) Production of solid electrolyte layer green substrate 75 parts by mass of Li 7 La 3 Zr 2 O 12 as a solid electrolyte, 30 parts by mass of Li 3 BO 3 as a sintering aid, and 10 parts by mass as a resin binder 10 parts by weight of DOP was used as a plasticizer. They were put into a ball mill, and 100 parts by mass of acetone was added as a solvent and mixed well. The resulting mixed solution was subjected to degassing under reduced pressure and partial volatilization of the solvent to prepare a solid electrolyte layer green sheet slurry (viscosity: about 10,000 mPa · s).

上記で用意した固体電解質層グリーンシート用スラリーを用い、幅60 mmのドクターブレードを用いたドクターブレード法により、PET製キャリアシート上に固体電解質層グリーンシート(幅60 mm、厚さ100μm)を形成した。その後、固体電解質層グリーンシートに打抜加工を行って固体電解質層グリーン基板(50 mm角、厚さ100μm)を作製した。   Using the solid electrolyte layer green sheet slurry prepared above, a solid electrolyte layer green sheet (width 60 mm, thickness 100 μm) is formed on a PET carrier sheet by the doctor blade method using a doctor blade with a width of 60 mm. did. Thereafter, the solid electrolyte layer green sheet was punched into a solid electrolyte layer green substrate (50 mm square, thickness 100 μm).

(7)全固体電池グリーン基板積層体の作製
上記で用意した正極層グリーン基板、負極層グリーン基板、集電体層グリーン基板、および固体電解質層グリーン基板を用いて、図2に示した構造になるように積層した。その後、該積層体に対して温間等方圧プレス(温度90℃、圧力40 MPa)を施して圧着し、全固体電池グリーン基板積層体を作製した。
(7) Production of all-solid-state battery green substrate laminate Using the positive electrode layer green substrate, negative electrode layer green substrate, current collector layer green substrate, and solid electrolyte layer green substrate prepared above, the structure shown in FIG. It was laminated so as to be. Thereafter, a warm isostatic press (temperature: 90 ° C., pressure: 40 MPa) was applied to the laminate and pressure-bonded to produce an all-solid battery green substrate laminate.

(8)全固体電池焼結接合体の作製
上記で作製した全固体電池グリーン基板積層体に対して焼成工程を行い、全固体電池焼結接合体を作製した。焼成条件は、全固体電池グリーン基板積層体を2枚のアルミナ製セラミックス板で挟んだ状態で、大気雰囲気中600℃で2時間保持して樹脂成分を焼失させた後、窒素ガス雰囲気中800℃で2時間保持して無機材料成分を焼結接合する熱処理とした。
(8) Production of all-solid battery sintered joined body A firing process was performed on the all-solid battery green substrate laminate produced above to produce an all-solid battery sintered joined body. The firing condition is that the all-solid-state battery green substrate laminate is sandwiched between two alumina ceramic plates and held in an air atmosphere at 600 ° C. for 2 hours to burn off the resin components and then in a nitrogen gas atmosphere at 800 ° C. For 2 hours, and heat treatment was performed to sinter-bond the inorganic material components.

(9)外部端子の接続
上記で作製した全固体電池焼結接合体の正モノポーラ電極および負モノポーラ電極に対し、それぞれ銀ペーストの接合層を介して、ニッケル箔の正極外部端子および負極外部端子を貼り合わせた。その後、大気雰囲気中120℃で加熱して、モノポーラ電極と外部端子との電気的接合を確保した。
(9) Connection of external terminals For the positive monopolar electrode and negative monopolar electrode of the all-solid battery sintered assembly produced above, the positive external terminal and the negative external terminal of the nickel foil are respectively connected via the bonding layer of silver paste. Pasted together. Thereafter, heating was performed at 120 ° C. in an air atmosphere to ensure electrical connection between the monopolar electrode and the external terminal.

以上の工程により、実施例1のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池(試験評価用)を作製した。なお、充放電試験後の観察をし易くするため、全固体電池構造体のパッケージングは行わなかった。   Through the above steps, a bipolar laminated all solid lithium secondary battery (for test evaluation) of Example 1 was produced. In order to facilitate observation after the charge / discharge test, the all-solid battery structure was not packaged.

[実施例2のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の作製]
正極層グリーン基板における電気絶縁部の配置を図4Bの実施形態としたこと以外は実施例1と同様にして、実施例2のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池(試験評価用)を作製した。以下、実施例1と異なるところについてのみ説明する。
[Preparation of Bipolar Laminated All Solid Lithium Secondary Battery of Example 2]
A bipolar stacked all-solid lithium secondary battery (for test evaluation) of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the arrangement of the electrical insulating portion on the positive electrode layer green substrate was changed to the embodiment of FIG. 4B. . Only differences from the first embodiment will be described below.

(10)正極層グリーン基板および負極層グリーン基板の作製
図4Bに示した手順に沿って、正極層グリーン基板の作製を行った。まず、実施例1と同じ電気絶縁部グリーンシート用スラリーを用い、金属メッシュを有するスクリーン版を用いたスクリーン印刷法により、PET製キャリアシート上に40 mm角の切り欠けを有する電気絶縁部グリーンシート(全体幅60 mm、厚さ20μm)を形成した(図4B(a)参照)。
(10) Production of positive electrode layer green substrate and negative electrode layer green substrate A positive electrode layer green substrate was produced according to the procedure shown in FIG. 4B. First, the same electrical insulating part green sheet slurry as in Example 1 was used, and the electrical insulating part green sheet having a 40 mm square notch on the PET carrier sheet by screen printing using a screen plate having a metal mesh. (Whole width 60 mm, thickness 20 μm) was formed (see FIG. 4B (a)).

次に、実施例1と同じ正極活物質部グリーンシート用スラリーを用い、幅60 mmのドクターブレードを用いたドクターブレード法により、上記40 mm角の切り欠けを有する電気絶縁部グリーンシートを埋め込み一体化するように正極活物質部グリーンシートを積層して正極層グリーンシート(幅60 mm、厚さ70μm)を形成した(図4B(b)参照)。   Next, using the same positive electrode active material part green sheet slurry as in Example 1, the electrical insulating part green sheet having a 40 mm square notch was embedded by the doctor blade method using a doctor blade having a width of 60 mm. The positive electrode active material part green sheet was laminated so as to form a positive electrode layer green sheet (width 60 mm, thickness 70 μm) (see FIG. 4B (b)).

次に、電気絶縁部グリーンシートが四辺形(一辺50 mm)の外縁領域全周に5 mm幅で配置されるように、上記の正極層グリーンシートに打抜加工を行って正極層グリーン基板(50 mm角、厚さ70μm)を作製した(図4B(c)参照)。   Next, the positive electrode layer green sheet is punched into the positive electrode layer green substrate so that the electric insulation portion green sheet is arranged with a width of 5 mm around the outer edge region of the quadrilateral (side 50 mm). 50 mm square and 70 μm thickness) were produced (see FIG. 4B (c)).

一方、負極層グリーン基板に関しては、まず、実施例1と同じ負極活物質部グリーンシート用スラリーを用い、幅60 mmのドクターブレードを用いたドクターブレード法により、負極層グリーンシート(幅60 mm、厚さ70μm)を形成した。電気絶縁部グリーンシートは、形成しなかった。   On the other hand, for the negative electrode layer green substrate, first, the negative electrode active material part green sheet slurry as in Example 1 was used, and the negative electrode layer green sheet (width 60 mm, A thickness of 70 μm) was formed. The electrical insulation part green sheet was not formed.

次に、上記の負極層グリーンシートに打抜加工を行って負極層グリーン基板(50 mm角、厚さ70μm)を作製した。すなわち、電気絶縁部を有しない負極層グリーン基板を作製した。   Next, the negative electrode layer green sheet was punched to prepare a negative electrode layer green substrate (50 mm square, thickness 70 μm). That is, a negative electrode layer green substrate having no electrical insulating portion was produced.

[実施例3のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の作製]
負極層グリーン基板における電気絶縁部の配置を図4Cの実施形態とし、かつ各グリーン基板の形状を円形としたこと以外は実施例1と同様にして、実施例3のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池(試験評価用)を作製した。以下、実施例1と異なるところについてのみ説明する。
[Preparation of Bipolar Laminated All Solid Lithium Secondary Battery of Example 3]
The bipolar laminated all solid-state lithium battery of Example 3 is the same as Example 1 except that the arrangement of the electrical insulating portion in the negative electrode layer green substrate is the embodiment of FIG. 4C and the shape of each green substrate is circular. A secondary battery (for test evaluation) was produced. Only differences from the first embodiment will be described below.

(11)正極層グリーン基板および負極層グリーン基板の作製
図4Cに示した手順に沿って、負極層グリーン基板の作製を行った。まず、実施例1と同じ電気絶縁部グリーンシート用スラリーを用い、金属メッシュを有するスクリーン版を用いたスクリーン印刷法により、PET製キャリアシート上に直径40 mmの円形の切り欠けを有する電気絶縁部グリーンシート(全体幅60 mm、厚さ20μm)を形成した(図4C(a)参照)。
(11) Production of positive electrode layer green substrate and negative electrode layer green substrate A negative electrode layer green substrate was produced according to the procedure shown in FIG. 4C. First, using the same electrical insulating part green sheet slurry as in Example 1 and using a screen printing method using a screen plate having a metal mesh, an electrical insulating part having a circular notch with a diameter of 40 mm on a PET carrier sheet. A green sheet (whole width 60 mm, thickness 20 μm) was formed (see FIG. 4C (a)).

次に、実施例1と同じ負極活物質部グリーンシート用スラリーを用い、幅60 mmのドクターブレードを用いたドクターブレード法により、上記直径40 mmの円形の切り欠けを有する電気絶縁部グリーンシートを埋め込み一体化するように負極活物質部グリーンシートを積層して負極層グリーンシート(幅60 mm、厚さ70μm)を形成した(図4C(b)参照)。   Next, by using the same negative electrode active material part green sheet slurry as in Example 1 and a doctor blade method using a doctor blade having a width of 60 mm, the electrical insulating part green sheet having a circular notch with a diameter of 40 mm was obtained. A negative electrode active material part green sheet was laminated so as to be embedded and integrated to form a negative electrode layer green sheet (width 60 mm, thickness 70 μm) (see FIG. 4C (b)).

次に、電気絶縁部グリーンシートが円形(直径50 mm)の外縁領域全周に5 mm幅で配置されるように、上記の負極層グリーンシートに打抜加工を行って負極層グリーン基板(直径50 mm、厚さ70μm)を作製した(図4C(c)参照)。   Next, the negative electrode layer green sheet (diameter) is punched into the negative electrode layer green sheet so that the electric insulation part green sheet is arranged with a width of 5 mm around the entire outer edge region of the circle (diameter 50 mm). 50 mm and a thickness of 70 μm) (see FIG. 4C (c)).

一方、正極層グリーン基板に関しては、まず、実施例1と同じ正極活物質部グリーンシート用スラリーを用い、幅60 mmのドクターブレードを用いたドクターブレード法により、正極層グリーンシート(幅60 mm、厚さ70μm)を形成した。電気絶縁部グリーンシートは、形成しなかった。   On the other hand, for the positive electrode layer green substrate, first, the positive electrode active material part green sheet slurry as in Example 1 was used, and the positive electrode layer green sheet (width 60 mm, A thickness of 70 μm) was formed. The electrical insulation part green sheet was not formed.

次に、上記の正極層グリーンシートに打抜加工を行って正極層グリーン基板(直径50 mm、厚さ70μm)を作製した。すなわち、電気絶縁部を有しない正極層グリーン基板を作製した。   Next, the positive electrode layer green sheet was punched to prepare a positive electrode layer green substrate (diameter 50 mm, thickness 70 μm). That is, a positive electrode layer green substrate having no electrical insulating portion was produced.

(12)集電体層グリーン基板および固体電解質層グリーン基板の作製
打抜加工の形状を円形(直径50 mm)としたこと以外は実施例1と同様にして、集電体層グリーン基板(直径50 mm、厚さ50μm)および固体電解質層グリーン基板(直径50 mm、厚さ100μm)を作製した。
(12) Preparation of current collector layer green substrate and solid electrolyte layer green substrate Current collector layer green substrate (diameter) in the same manner as in Example 1 except that the punching shape was circular (diameter 50 mm). 50 mm, thickness 50 μm) and a solid electrolyte layer green substrate (diameter 50 mm, thickness 100 μm).

[比較例1のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の作製]
電気絶縁部を有しない正極層グリーン基板および負極層グリーン基板を作製し用いたこと以外は実施例1と同様にして、比較例1のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池(試験評価用)を作製した。
[Preparation of Bipolar Laminated All Solid Lithium Secondary Battery of Comparative Example 1]
A bipolar laminated all solid lithium secondary battery (for test evaluation) of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode layer green substrate and a negative electrode layer green substrate having no electrical insulating portion were prepared and used. Produced.

[比較例2のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の作製]
集電体層として銀シート(厚さ50μm)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、比較例2のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池(試験評価用)を作製した。
[Preparation of Bipolar Multilayer All Solid Lithium Secondary Battery of Comparative Example 2]
A bipolar laminated all solid lithium secondary battery (for test evaluation) of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that a silver sheet (thickness: 50 μm) was used as the current collector layer.

[全固体電池の試験評価]
上記で用意した実施例1〜3および比較例1〜2のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池に対し、定電流定電圧充放電試験(電圧範囲:3.0〜5.5 V、電流密度:100μA/cm2)を行った。その結果、実施例1〜3の二次電池は、設計どおりの充放電特性(電気容量、充放電レート)が得られることが確認された。これは、内部短絡が防止されたと共に、二次電池を構成する各層間の電気的接合性が十分に確保されたことを表している。また、電気絶縁部の配置や各層の形状を変えた場合も、本発明が有効であることを表している。
[All-solid-state battery test evaluation]
Constant current constant voltage charge / discharge test (voltage range: 3.0 to 5.5 V, current density: 100 μA / cm) for the bipolar laminated all solid lithium secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 prepared above. 2 ) went. As a result, it was confirmed that the secondary batteries of Examples 1 to 3 had the charge / discharge characteristics (electric capacity, charge / discharge rate) as designed. This indicates that an internal short circuit is prevented and that the electrical connection between the layers constituting the secondary battery is sufficiently ensured. In addition, the present invention is also effective when the arrangement of the electrical insulating portions and the shape of each layer are changed.

一方、比較例1の二次電池は、電気容量が設計値を大きく下回った。試験後の二次電池をよく観察したところ、バイポーラ電極の端部において、正極層と負極層との間で内部短絡している箇所が見られた。このことから、電気絶縁部を有しない正極層および負極層を用いた比較例1は、電池の内部短絡に起因して電気容量が低下したものと考えられた。   On the other hand, in the secondary battery of Comparative Example 1, the electric capacity was significantly lower than the design value. When the secondary battery after the test was closely observed, an internal short-circuited portion was observed between the positive electrode layer and the negative electrode layer at the end of the bipolar electrode. From this, it was considered that Comparative Example 1 using the positive electrode layer and the negative electrode layer that did not have an electrical insulating portion had a reduced electric capacity due to an internal short circuit of the battery.

また、比較例2の二次電池は、上記電流密度での充放電が困難であった。試験後の二次電池をよく観察したところ、集電体層と正極層との間や、集電体層と負極層との間で剥離が生じている箇所が見られた。集電体層として金属シートを用いた比較例2は、集電体層と他の層との間で焼成収縮挙動が大きく異なる(金属シートからなる集電体層は、昇温時に膨張して降温時に収縮して元の寸法に戻るが、他の層(正極層、負極層、固体電解質層)は、焼成によってグリーン基板よりも収縮する)ことから、焼成過程において層間剥離が生じ、層間の電気的接合性が十分に確保できなかったものと考えられた。   Moreover, the secondary battery of Comparative Example 2 was difficult to charge and discharge at the current density. When the secondary battery after the test was closely observed, a portion where peeling occurred between the current collector layer and the positive electrode layer or between the current collector layer and the negative electrode layer was observed. In Comparative Example 2 using a metal sheet as the current collector layer, the firing shrinkage behavior is greatly different between the current collector layer and the other layers (the current collector layer made of the metal sheet expands when the temperature rises). Shrinks when the temperature drops and returns to the original dimensions, but the other layers (positive layer, negative layer, solid electrolyte layer) shrink more than the green substrate by firing), causing delamination during the firing process, It was thought that sufficient electrical bondability could not be secured.

上述した実施形態や実施例は、本発明の理解を助けるために説明したものであり、本発明は、記載した具体的な構成のみに限定されるものではない。例えば、実施形態の構成の一部を当業者の技術常識の構成に置き換えることが可能であり、また、実施形態の構成に当業者の技術常識の構成を加えることも可能である。すなわち、本発明は、本明細書の実施形態や実施例の構成の一部について、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、削除・他の構成に置換・他の構成の追加を行うことが可能である。   The above-described embodiments and examples are described in order to facilitate understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the specific configurations described. For example, it is possible to replace a part of the configuration of the embodiment with the configuration of common technical knowledge of those skilled in the art, and it is also possible to add the configuration of technical common sense of those skilled in the art to the configuration of the embodiment. That is, according to the present invention, a part of the configurations of the embodiments and examples of the present specification can be deleted, replaced with other configurations, and added with other configurations without departing from the technical idea of the invention. Is possible.

10b…集電体層グリーン基板、10c…集電体層、
20a…正極層グリーンシート、20b…正極層グリーン基板、20c…正極層、
21a…正極活物質部グリーンシート、21b…正極活物質部、
22a…電気絶縁部グリーンシート、22b…電気絶縁部、
30b…負極層グリーン基板、30c…負極層、
31b…負極活物質部、32b…電気絶縁部、
40b…固体電解質層グリーン基板、40c…固体電解質層、
50b…バイポーラ電極グリーン基板、50c…バイポーラ電極、
61b…正モノポーラ電極グリーン基板、61c…正モノポーラ電極、62…正極外部端子、
65b…負モノポーラ電極グリーン基板、65c…負モノポーラ電極、66…負極外部端子、
70…キャリアシート、80…接合層、90…パッケージング材、
100b…全固体電池グリーン基板積層体、100c…全固体電池焼結接合体、
100d…全固体電池構造体、100e…バイポーラ積層型全固体リチウム二次電池。
10b ... current collector layer green substrate, 10c ... current collector layer,
20a ... positive electrode layer green sheet, 20b ... positive electrode layer green substrate, 20c ... positive electrode layer,
21a ... cathode active material part green sheet, 21b ... cathode active material part,
22a ... Electric insulation part green sheet, 22b ... Electrical insulation part,
30b ... negative electrode layer green substrate, 30c ... negative electrode layer,
31b ... negative electrode active material part, 32b ... electrical insulation part,
40b ... Solid electrolyte layer green substrate, 40c ... Solid electrolyte layer,
50b ... Bipolar electrode green substrate, 50c ... Bipolar electrode,
61b ... Positive monopolar electrode green substrate, 61c ... Positive monopolar electrode, 62 ... Positive external terminal,
65b ... negative monopolar electrode green substrate, 65c ... negative monopolar electrode, 66 ... negative external terminal,
70 ... carrier sheet, 80 ... bonding layer, 90 ... packaging material,
100b ... all solid battery green substrate laminate, 100c ... all solid battery sintered joint,
100d: All-solid battery structure, 100e: Bipolar laminated all-solid lithium secondary battery.

Claims (8)

バイポーラ電極と固体電解質層とが交互に積層されたバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池であって、
前記バイポーラ電極は、集電体層と、該集電体層の一方の主面上に積層形成された正極層と、該集電体層の他方の主面上に積層形成された負極層とからなり、
積層方向から見たときに、前記バイポーラ電極および前記固体電解質層はそれぞれ四辺形または円形の形状を有し、前記集電体層はその外縁が前記正極層および前記負極層の外縁よりも内側にあり、
前記バイポーラ電極中の前記正極層および/または前記負極層は、前記集電体層に接する面において前記四辺形または前記円形の外縁領域に電気絶縁部を具備し、かつ該バイポーラ電極を前記積層方向から見たときに、前記電気絶縁部の投影が前記四辺形または前記円形の外縁全周を構成し、
前記バイポーラ電極および前記固体電解質層が、焼結接合体を形成していることを特徴とするバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池。
A bipolar laminated all solid lithium secondary battery in which bipolar electrodes and solid electrolyte layers are alternately laminated,
The bipolar electrode includes a current collector layer, a positive electrode layer formed on one main surface of the current collector layer, and a negative electrode layer formed on the other main surface of the current collector layer. Consists of
When viewed from the stacking direction, each of the bipolar electrode and the solid electrolyte layer has a quadrangular or circular shape, and the current collector layer has an outer edge inside the outer edges of the positive electrode layer and the negative electrode layer. Yes,
The positive electrode layer and / or the negative electrode layer in the bipolar electrode includes an electrical insulating portion in an outer edge region of the quadrilateral or the circle on a surface in contact with the current collector layer, and the bipolar electrode is disposed in the stacking direction. When viewed from the projection of the electrical insulation portion constitutes the entire circumference of the quadrilateral or the circular outer edge,
The bipolar laminated all solid lithium secondary battery, wherein the bipolar electrode and the solid electrolyte layer form a sintered joined body.
請求項1に記載のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池において、
前記積層方向から見たときに、前記バイポーラ電極および前記固体電解質層はそれぞれ四辺形の形状であり、前記正極層の電気絶縁部は前記四辺形の一対の対辺領域に配置され、前記負極層の電気絶縁部は前記四辺形の他の一対の対辺領域に配置されていることを特徴とするバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池。
In the bipolar laminated all solid lithium secondary battery according to claim 1,
When viewed from the stacking direction, each of the bipolar electrode and the solid electrolyte layer has a quadrilateral shape, and the electrical insulating portion of the positive electrode layer is disposed in a pair of opposite side regions of the quadrilateral, The bipolar laminated all solid lithium secondary battery, wherein the electrical insulating portion is disposed in another pair of opposite side regions of the quadrilateral.
請求項1又は請求項2に記載のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池において、
前記集電体層は主要成分が炭素系材料および/または導電性酸化物からなり、
前記正極層は主要成分がリチウム遷移金属複合酸化物からなり、
前記負極層は主要成分が炭素系材料、リチウム遷移金属複合酸化物および/またはリチウム遷移金属複合窒化物からなり、
前記固体電解質層は主要成分がリチウム複合酸化物電解質からなることを特徴とするバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池。
In the bipolar laminated all solid lithium secondary battery according to claim 1 or 2,
The current collector layer is mainly composed of a carbon-based material and / or a conductive oxide,
The positive electrode layer is mainly composed of a lithium transition metal composite oxide,
The negative electrode layer is mainly composed of a carbon-based material, a lithium transition metal composite oxide and / or a lithium transition metal composite nitride,
The bipolar electrolyte type all-solid lithium secondary battery, wherein the solid electrolyte layer is mainly composed of a lithium composite oxide electrolyte.
バイポーラ電極と固体電解質層とが交互に積層されたバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法であって、
前記バイポーラ電極は、集電体層と、該集電体層の一方の主面上に積層形成された正極層と、該集電体層の他方の主面上に積層形成された負極層とからなり、
積層方向から見たときに、前記バイポーラ電極および前記固体電解質層はそれぞれ四辺形または円形の形状を有し、前記集電体層はその外縁が前記正極層および前記負極層の外縁よりも内側になるように形成されており、
前記バイポーラ電極中の前記正極層および/または前記負極層は、前記集電体層に接する面において前記四辺形または前記円形の外縁領域に電気絶縁部を具備し、かつ該バイポーラ電極を前記積層方向から見たときに、前記電気絶縁部の投影が前記四辺形または前記円形の外縁全周を構成するものであり、
前記集電体層の主要成分と樹脂バインダーとを含む集電体層グリーンシートを形成した後に所定寸法の四辺形または円形の形状に切り出して集電体層グリーン基板を用意する集電体層グリーン基板準備工程と、
前記正極層の主要成分と樹脂バインダーとを含む正極層グリーンシートを形成した後に所定寸法の四辺形または円形の形状に切り出して正極層グリーン基板を用意する正極層グリーン基板準備工程と、
前記負極層の主要成分と樹脂バインダーとを含む負極層グリーンシートを形成した後に所定寸法の四辺形または円形の形状に切り出して負極層グリーン基板を用意する負極層グリーン基板準備工程と、
前記固体電解質層の主要成分と樹脂バインダーとを含む固体電解質層グリーンシートを形成した後に所定寸法の四辺形または円形の形状に切り出して固体電解質層グリーン基板を用意する固体電解質層グリーン基板準備工程と、
上記の各工程で用意した前記負極層グリーン基板、前記集電体層グリーン基板、前記正極層グリーン基板、および前記固体電解質層グリーン基板を順次積層して全固体電池グリーン基板積層体を形成する全固体電池グリーン基板積層体形成工程と、
前記全固体電池グリーン基板積層体全体を焼成して、前記負極層、前記集電体層、前記正極層、および前記固体電解質層の各層間を焼結接合させた全固体電池焼結接合体を形成する全固体電池グリーン基板積層体焼成工程とを有し、
前記正極層グリーン基板準備工程および/または前記負極層グリーン基板準備工程は、前記電気絶縁部となる電気絶縁部グリーンシートを形成した後に、当該電気絶縁部グリーンシートを埋め込み一体化するように正極活物質部グリーンシートおよび/または負極活物質部グリーンシートを積層して前記正極層グリーンシートおよび/または前記負極層グリーンシートを形成し、その後、当該電気絶縁部グリーンシートを基にする前記電気絶縁部が前記四辺形または円形の外縁領域に配置されるように切出加工を行う工程であり、
前記全固体電池グリーン基板積層体形成工程は、前記集電体層グリーン基板の一方の主面上に前記正極層グリーン基板を積層し、他方の主面上に前記負極層グリーン基板を積層してバイポーラ電極グリーン基板を形成するバイポーラ電極グリーン基板形成工程を含み、前記バイポーラ電極グリーン基板形成工程は、前記正極層グリーン基板内および/または前記負極層グリーン基板内の前記電気絶縁部が前記集電体層グリーン基板に対面し、かつ該バイポーラ電極グリーン基板を前記積層方向から見たときに、前記電気絶縁部の投影が前記四辺形または前記円形の外縁全周を構成するように、前記正極層グリーン基板および前記負極層グリーン基板を前記集電体層グリーン基板に積層する工程であることを特徴とするバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法。
A bipolar laminated all solid lithium secondary battery manufacturing method in which bipolar electrodes and solid electrolyte layers are alternately laminated,
The bipolar electrode includes a current collector layer, a positive electrode layer formed on one main surface of the current collector layer, and a negative electrode layer formed on the other main surface of the current collector layer. Consists of
When viewed from the stacking direction, each of the bipolar electrode and the solid electrolyte layer has a quadrangular or circular shape, and the current collector layer has an outer edge inside the outer edges of the positive electrode layer and the negative electrode layer. Is formed to be
The positive electrode layer and / or the negative electrode layer in the bipolar electrode includes an electrical insulating portion in an outer edge region of the quadrilateral or the circle on a surface in contact with the current collector layer, and the bipolar electrode is disposed in the stacking direction. When viewed from the projection of the electrical insulation portion constitutes the entire circumference of the quadrilateral or the circular outer edge,
A current collector layer green in which a current collector layer green sheet containing a main component of the current collector layer and a resin binder is formed and then cut into a quadrilateral or circular shape of a predetermined size to prepare a current collector layer green substrate Substrate preparation process;
A positive electrode layer green substrate preparation step of preparing a positive electrode layer green substrate by cutting out into a quadrangular or circular shape of a predetermined dimension after forming a positive electrode layer green sheet containing the main component of the positive electrode layer and a resin binder;
A negative electrode layer green substrate preparation step of preparing a negative electrode layer green substrate by cutting out into a quadrangular or circular shape of a predetermined dimension after forming a negative electrode layer green sheet containing the main component of the negative electrode layer and a resin binder,
A solid electrolyte layer green substrate preparation step of preparing a solid electrolyte layer green substrate by forming a solid electrolyte layer green sheet containing a main component of the solid electrolyte layer and a resin binder and then cutting into a quadrilateral or circular shape of a predetermined size; ,
The negative electrode layer green substrate, the current collector layer green substrate, the positive electrode layer green substrate, and the solid electrolyte layer green substrate prepared in each of the above steps are sequentially stacked to form an all-solid battery green substrate stack. A solid battery green substrate laminate forming step;
An all-solid battery sintered assembly obtained by firing the whole solid battery green substrate laminate and sintering and bonding the negative electrode layer, the current collector layer, the positive electrode layer, and the solid electrolyte layer. An all solid state battery green substrate laminate firing step to form,
In the positive electrode layer green substrate preparation step and / or the negative electrode layer green substrate preparation step, after forming an electrical insulation part green sheet to be the electrical insulation part, the positive electrode active green part is embedded and integrated. The positive electrode layer green sheet and / or the negative electrode layer green sheet are formed by laminating the material part green sheet and / or the negative electrode active material part green sheet, and then the electric insulating part based on the electric insulating part green sheet Is a process of cutting so as to be arranged in the quadrilateral or circular outer edge region,
The all-solid-state battery green substrate laminate forming step includes laminating the positive electrode layer green substrate on one main surface of the current collector layer green substrate and laminating the negative electrode layer green substrate on the other main surface. A bipolar electrode green substrate forming step of forming a bipolar electrode green substrate, wherein the bipolar electrode green substrate forming step includes the step of forming the current collector in the positive electrode green substrate and / or in the negative electrode green substrate. The positive electrode green layer so that the projection of the electric insulation portion forms the entire circumference of the quadrilateral or the circular outer edge when facing the layer green substrate and viewing the bipolar electrode green substrate from the stacking direction. Bipolar laminated all solid, characterized in that it is a step of laminating a substrate and the negative electrode layer green substrate on the current collector layer green substrate Method of manufacturing a lithium secondary battery.
請求項4に記載のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法において、
前記積層方向から見たときに、前記バイポーラ電極および前記固体電解質層はそれぞれ四辺形の形状であり、
前記バイポーラ電極グリーン基板形成工程は、前記積層方向から見たときに、前記正極層グリーン基板内の前記電気絶縁部が前記四辺形の一対の対辺領域に配置され、前記負極層グリーン基板内の前記電気絶縁部が前記四辺形の他の一対の対辺領域に配置されるように、前記正極層グリーン基板および前記負極層グリーン基板を前記集電体層グリーン基板に積層する工程であることを特徴とするバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法。
In the manufacturing method of the bipolar laminated all solid lithium secondary battery according to claim 4,
When viewed from the stacking direction, each of the bipolar electrode and the solid electrolyte layer has a quadrangular shape,
In the bipolar electrode green substrate forming step, when viewed from the stacking direction, the electrical insulating portion in the positive electrode layer green substrate is disposed in a pair of opposite side regions of the quadrilateral, and the positive electrode layer green substrate in the negative electrode layer green substrate It is a step of laminating the positive electrode layer green substrate and the negative electrode layer green substrate on the current collector layer green substrate so that an electrical insulating portion is disposed in another pair of opposite side regions of the quadrilateral. A method for manufacturing a bipolar laminated all solid lithium secondary battery.
請求項4又は請求項5に記載のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法において、
前記集電体層グリーン基板準備工程は、前記全固体電池グリーン基板積層体焼成工程の際に前記集電体層グリーン基板が前記正極層グリーン基板および前記負極層グリーン基板よりも収縮量が大きくなるように、集電体層スラリーを調整して前記集電体層グリーンシートを形成する工程であることを特徴とするバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法。
In the manufacturing method of the bipolar laminated all solid lithium secondary battery according to claim 4 or 5,
In the current collector layer green substrate preparation step, the current collector layer green substrate contracts more than the positive electrode layer green substrate and the negative electrode layer green substrate in the all solid state battery green substrate laminate firing step. Thus, the manufacturing method of the bipolar lamination type all-solid-state lithium secondary battery characterized by being the process of adjusting a collector layer slurry and forming the said collector layer green sheet.
請求項4乃至請求項6のいずれか一項に記載のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法において、
前記全固体電池グリーン基板積層体形成工程は、
前記集電体層グリーン基板の一方の主面上に前記正極層グリーン基板を積層して正モノポーラ電極グリーン基板を形成する正モノポーラ電極グリーン基板形成工程と、
前記集電体層グリーン基板の一方の主面上に前記負極層グリーン基板を積層して負モノポーラ電極グリーン基板を形成する負モノポーラ電極グリーン基板形成工程と、
前記バイポーラ電極グリーン基板と前記固体電解質層グリーン基板とを交互に積層し、当該バイポーラ電極グリーン基板−固体電解質層グリーン基板積層体の積層方向両端に、前記正モノポーラ電極グリーン基板と前記負モノポーラ電極グリーン基板とをそれぞれ積層する積層体組立工程とを更に含むことを特徴とするバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法。
In the manufacturing method of the bipolar laminated type all solid lithium secondary battery according to any one of claims 4 to 6,
The all solid state battery green substrate laminate forming step includes:
A positive monopolar electrode green substrate forming step of forming the positive monopolar electrode green substrate by laminating the positive electrode layer green substrate on one main surface of the current collector layer green substrate;
A negative monopolar electrode green substrate forming step of forming the negative monopolar electrode green substrate by laminating the negative electrode layer green substrate on one main surface of the current collector layer green substrate;
The bipolar electrode green substrate and the solid electrolyte layer green substrate are alternately laminated, and the positive monopolar electrode green substrate and the negative monopolar electrode green are disposed at both ends in the lamination direction of the bipolar electrode green substrate-solid electrolyte layer green substrate laminate. A method for manufacturing a bipolar stacked type all solid lithium secondary battery, further comprising a stacked body assembly step of stacking the substrates.
請求項4乃至請求項7のいずれか一項に記載のバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法において、
前記集電体層の主要成分は炭素系材料および/または導電性酸化物からなり、
前記正極層の主要成分はリチウム遷移金属複合酸化物からなり、
前記負極層の主要成分は炭素系材料、リチウム遷移金属複合酸化物および/またはリチウム遷移金属複合窒化物からなり、
前記固体電解質層の主要成分はリチウム複合酸化物電解質からなることを特徴とするバイポーラ積層型全固体リチウム二次電池の製造方法。
In the manufacturing method of the bipolar laminated type all solid lithium secondary battery according to any one of claims 4 to 7,
The main component of the current collector layer is made of a carbon-based material and / or a conductive oxide,
The main component of the positive electrode layer is composed of a lithium transition metal composite oxide,
The main component of the negative electrode layer is composed of a carbon-based material, a lithium transition metal composite oxide and / or a lithium transition metal composite nitride,
The main component of the solid electrolyte layer is made of a lithium composite oxide electrolyte, and the method for producing a bipolar laminated all solid lithium secondary battery.
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