JP2017183120A - 全固体二次電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この内部短絡の原因を検討した結果、その原因は、押圧時に加えられた力による粉体からなる構成層(以下、粉体層と称す)に作用する主応力およびこの主応力にて生じるせん断応力に起因するものと判明した。すなわち、粉体層に垂直に力が掛かると垂直方向に最大主応力が発生するとともに、横方向にも最小主応力が発生し、これら両主応力により斜め方向のせん断応力が発生する。言い換えれば、せん断力が働くことになる。
上記絶縁部材の内縁が第1の電極層の外縁に接触または近接されるとともに、当該絶縁部材の内縁より離れた外側部分に、その板状部よりも厚い帯状の突状部を有し、
且つ上記固体電解質層の外縁が上記突状部より少なくとも内側の絶縁部材の表面を覆うようにしたものである。
一方の集電体の表面に、第1の電極層を案内し得る開口部を有し且つ当該開口部の内縁より離れた外側部分にその板状部よりも厚い帯状の突状部が設けられた絶縁部材を接着する工程と、
この工程で接着された絶縁部材の開口部内に第1の電極層を配置する工程と、
この工程で配置された第1の電極層の表面および上記突状部よりも少なくとも内側の絶縁部材の表面に固体電解質層を配置する工程と、
この工程で配置された固体電解質層の上面に第2の電極層を配置して積層体を得る工程と、
この工程で得られた積層体の上面に、他方の集電体を配置した後、押圧する工程とを具備する製造方法である。
まず、全固体二次電池の構成について説明する。
この全固体二次電池1は、一対の集電体、すなわち正極集電体11と負極集電体21との間に、正極層(第1の電極層の一例)12、固体電解質層32および負極層(第2の電極層の一例)22が順番に積層されてなる積層体X、並びにこの積層体Xの周囲に配置されるとともに少なくとも固体電解質層32と接触して正極層12と負極層22とを電気的に絶縁する板状の絶縁部材41が配置された全固体二次電池であって、上記絶縁部材41の板状部41aの中央に形成された開口部41dの内周面が正極層12の外周面(外周側面)に接触されるとともに、この開口部41dの内周面より所定距離はなれた板状部41aの外側部分に、所定幅でもって板状部41aよりも厚くされた帯状の突状部41bが設けられ、且つ上記正極層12の表面に積層される固体電解質層32を、その外周が上記突状部41bより少なくとも内側の板状部41aの表面すなわち内縁部を覆うような大きさにしたものである。なお、以下、板状部41aの内縁部に41cを付して説明する。
以下、全固体二次電池の製造方法について、図2〜図8に基づき、詳しく説明する。
次に、図4に示すように、この正極層12の上面に固体電解質層32を所定厚さでもって配置する。この場合、固体電解質層32の外周部は、例えば1mm幅の帯状の副絶縁部材41Bの上方を覆うように配置される。なお、正極層12の上方の固体電解質層32の表面高さは、突状部41b(副絶縁部材41B)の表面と同一またはそれよりも少し低くされている。
次に、図6および図7に示すように、負極層22の上面に、周囲に上部接着層52が取り付けられた負極集電体21を配置するとともに空気を吸引しながら5000Pa程度の低圧力でもって仮押圧(仮プレス)して、上部接着層52により、負極集電体21を絶縁部材41の上面に接着する。
なお、負極集電体21を上方から押圧する際には、負極集電体21と押圧部材(図示せず)との間には、弾性部材、例えばゴム板などが配置される。
上記製造方法の主要部分を、工程形式で記載すると、以下のようになる。
正極集電体11および負極集電体21としては、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)、ステンレス鋼、チタン(Ti)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、リチウム(Li)、錫(Sn)またはこれらの合金等から成る薄板状体、箔状体が用いられる。ここで、薄板状体および箔状体は、その厚さが5μm〜100μmの範囲内のものである。本実施の形態においては、正極集電体11としてはアルミニウム箔、負極集電体21としては銅箔が用いられる。さらに、各集電体11,21は、粉末の積層体Xとの密着性向上の観点から、その表面に粗化処理が施されたものであることが好ましい。粗化処理とは、エッチングなどで表面粗さを大きくする処理である。本実施の形態においては、正極集電体11には、エッチング処理されたアルミニウム箔(エッチドアルミ箔とも言う)が用いられる。また、負極集電体21には、エッチング処理された銅箔(粗化銅箔とも言う)が用いられるが、エッチング処理がされない銅箔を用いてもよい。また、絶縁部材41(41A,41B)には、PETフィルムなどの高分子材料でできた絶縁シートが用いられる。
また、上記実施の形態においては、絶縁部材41の内縁を正極層12の外縁に接触させるように説明したが、製造誤差により、絶縁部材41の内縁と正極層12との間に、例えば2mm以下の隙間が生じる場合がある。すなわち、絶縁部材41の内縁が正極層12の外縁に近接する場合もある。
この全固体二次電池においては、正極集電体11として、厚さ20μmの粗化処理されたアルミ箔(エッチドアルミニウム)を用いるとともに、負極集電体21として、厚さ18μmの銅箔を用いた。また、絶縁部材41としては、厚さ50μmのPETフィルム(ポリエチレンテレフタレートフィルム)を用いた。また、下部接着層51および上部接着層52としては、厚さ30μmで幅が2mmの感圧接着フィルム(両面接着テープ)を用いるとともに、突状部41bの接着層53としては、同じもので幅が1mmのものを用いた。
ところで、上記実施の形態においては、積層体の周囲に配置される絶縁部材の一部を帯状の突出部として説明したが、例えば図10に示すように、図6で示した負極集電体21側に、帯状の副絶縁部材41Bの外側に沿って配置し得る環状の外側絶縁部材42を、上部接着層52を介して接着させておき、そして押圧時に(矢印aで示す)、この外側絶縁部材42を、接着層54を介して、絶縁部材41の板状部41A(41a)の上面に接着させるようにしたものでもよい。言い換えると、絶縁部材41,42の全体の厚さを、押圧後における積層体Xの固体電解質層32の下面より上方の位置となるように厚くしてもよい。
1 全固体二次電池
11 正極集電体
12 正極層
21 負極集電体
22 負極層
32 固体電解質層
41 絶縁部材
41a 板状部
41b 突状部
41c 内縁部
41d 開口部
41A 主絶縁部材
41B 副絶縁部材
51 下部接着層
52 上部接着層
53 接着層
Claims (2)
- 一対の集電体の間に、第1の電極層、固体電解質層および第2の電極層からなる積層体、並びにこの積層体の周囲に配置されて上記両電極層同士を絶縁する板状の絶縁部材を具備する全固体二次電池であって、
上記絶縁部材の内縁が第1の電極層の外縁に接触または近接されるとともに、当該絶縁部材の内縁より離れた外側部分に、その板状部よりも厚い帯状の突状部を有し、
且つ上記固体電解質層の外縁が上記突状部より少なくとも内側の絶縁部材の表面を覆うようにしたことを特徴とする全固体二次電池。 - 一対の集電体の間に、第1の電極層、固体電解質層および第2の電極層からなる積層体、並びにこの積層体の周囲に配置されて上記両電極層同士を絶縁する板状の絶縁部材を具備する全固体二次電池の製造方法であって、
一方の集電体の表面に、第1の電極層を案内し得る開口部を有し且つ当該開口部の内縁より離れた外側部分にその板状部よりも厚い帯状の突状部が設けられた絶縁部材を接着する工程と、
この工程で接着された絶縁部材の開口部内に第1の電極層を配置する工程と、
この工程で配置された第1の電極層の表面および上記突状部よりも少なくとも内側の絶縁部材の表面に固体電解質層を配置する工程と、
この工程で配置された固体電解質層の上面に第2の電極層を配置して積層体を得る工程と、
この工程で得られた積層体の上面に、他方の集電体を配置した後、押圧する工程とを具備した特徴とする全固体二次電池の製造方法。
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