JP2017195033A - All-solid type secondary battery, method for manufacturing the same, and laminate green sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、全固体二次電池、積層体グリーンシートに関する技術に関する。 The present invention relates to a technique related to an all-solid-state secondary battery and a laminate green sheet.
ノート型パーソナルコンピュータ、スマートフォンに代表される携帯電話、デジタルカメラ等の電子機器の高機能化に伴い、これら電子機器の消費電力が増大している。また、これら電子機器の小型化が求められている。このため、電子機器に用いられる二次電池に対してさらなる高エネルギー密度化が求められている。
また、定置用途である家庭用蓄電池においても高エネルギー密度化が求められている。更に、近年、ハイブリッド車や電気自動車などの車載用途の二次電池の需要拡大に伴い、二次電池の高出力密度化、高エネルギー密度化の両立が求められている。
As electronic devices such as notebook personal computers, mobile phones typified by smartphones, and digital cameras become more sophisticated, the power consumption of these electronic devices is increasing. In addition, miniaturization of these electronic devices is required. For this reason, the further high energy density is calculated | required with respect to the secondary battery used for an electronic device.
High energy density is also required for household storage batteries that are stationary applications. Further, in recent years, with the expansion of demand for secondary batteries for in-vehicle applications such as hybrid vehicles and electric vehicles, it is required to achieve both higher output density and higher energy density of secondary batteries.
この他にも、二次電池には電解液に有機溶媒が使用されている為、電解液の漏液や熱暴走の促進などのおそれがあり、二次電池の安全性向上も求められている。
現在、これらの要求を満たす二次電池として最も有力であるのが、負極層、電解質層及び正極層の全構成が固体材料から成る全固体リチウムイオン二次電池である。この全固体リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度、高い安全性、長寿命を兼ね備えた電池として、開発が進んでいる。
In addition to this, since an organic solvent is used for the electrolyte in the secondary battery, there is a risk of leakage of the electrolyte or acceleration of thermal runaway, and there is a demand for improved safety of the secondary battery. .
At present, the most promising secondary battery that satisfies these requirements is an all-solid-state lithium ion secondary battery in which the entire configuration of the negative electrode layer, the electrolyte layer, and the positive electrode layer is made of a solid material. This all-solid-state lithium ion secondary battery is being developed as a battery having high energy density, high safety, and long life.
しかしながら、現在実用化されている全固体リチウムイオン二次電池は、負極層、固体電解質層及び正極層の各層が非常に薄膜な全固体二次電池であり、エネルギー密度は高くない。さらに、正極層、固体電解質層及び負極層を、蒸着法又はスパッタ法により作製しているため、減圧雰囲気下で全固体リチウムイオン二次電池を製造する必要があり、従来の製造方法は大面積化、大量生産には不適である。 However, the all-solid-state lithium ion secondary battery currently in practical use is an all-solid-state secondary battery in which each of the negative electrode layer, the solid electrolyte layer, and the positive electrode layer is very thin, and the energy density is not high. Furthermore, since the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode layer are produced by vapor deposition or sputtering, it is necessary to produce an all solid lithium ion secondary battery in a reduced pressure atmosphere, and the conventional production method has a large area. Not suitable for mass production and mass production.
そこで、特許文献1から特許文献3に開示されているように、正極層、固体電解質層及び負極層を構成する各層のグリーンシートを焼成することで、大面積化かつ大量生産を可能にする全固体リチウムイオン二次電池を作製する手法が検討されている。
特許文献1には、正極層グリーンシート、負極層グリーンシートを焼成して正極層焼成体、負極層焼成体を作製した後、イオン伝導性無機物質層グリーンシートを介して正極層焼成体、負極層焼成体を挟み込み、再焼成して積層焼成体を形成することが記載されている。また特許文献1では、この積層焼成体を2枚の集電板で挟み込んで作製した全固体二次電池が開示されている。
Therefore, as disclosed in
In
特許文献2には、正極層グリーンシート、イオン伝導性無機物質層グリーンシート及び負極層グリーンシートを順に貼り合わせて積層体を形成し、その積層体を一括焼成して積層焼成体を形成した後、積層焼成体を2枚の集電板で挟み込んで作製した全固体二次電池が開示されている。
特許文献3には、イオン伝導性無機物質層グリーンシートの両面に正極層グリーンシート及び負極層グリーンシートをそれぞれ印刷形成し、更にその上層に各金属箔集電体ペーストを印刷形成した積層体グリーンシートを一括焼成して作製した全固体二次電池が開示されている。
In Patent Document 2, a positive electrode layer green sheet, an ion conductive inorganic material layer green sheet, and a negative electrode layer green sheet are sequentially laminated to form a laminated body, and the laminated body is collectively fired to form a laminated fired body. An all solid state secondary battery produced by sandwiching a laminated fired body between two current collector plates is disclosed.
Patent Document 3 discloses a laminate green in which a positive electrode layer green sheet and a negative electrode layer green sheet are printed on both surfaces of an ion conductive inorganic material layer green sheet, and each metal foil current collector paste is printed on the upper layer. An all-solid secondary battery produced by batch firing sheets is disclosed.
しかしながら、特許文献1に記載のように、正極層、固体電解質層、負極層から成る積層焼成体を正極集電体、負極集電体で挟み込んだ場合、正極集電体と正極層、負極集電体と負極層との界面抵抗が高く、電池性能が悪いといった課題がある。また、全固体二次電池を作製するために焼成工程を2度経る必要があり、製造効率が悪いという課題もある。
また、特許文献2に記載のように、正極層、固体電解質層、負極層の各グリーンシートを貼り合わせた積層体グリーンシートを一括焼成した場合、焼成工程は一工程であり、特許文献1と比較して製造効率は高い。しかしながら、特許文献2に開示された発明は、正極集電板と正極層との界面抵抗及び負極集電板と負極層との界面抵抗が高いという課題がある。
However, as described in
Further, as described in Patent Document 2, when the laminated green sheet obtained by bonding the green sheets of the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode layer is collectively fired, the firing process is one process. In comparison, the production efficiency is high. However, the invention disclosed in Patent Document 2 has a problem that the interface resistance between the positive electrode current collector plate and the positive electrode layer and the interface resistance between the negative electrode current collector plate and the negative electrode layer are high.
さらに、特許文献3に記載のように、正極集電体グリーンシート、正極層グリーンシート、固体電解質層グリーンシート、負極層グリーンシート及び負極集電体グリーンシートが積層されて成る積層体グリーンシートを一括焼成した場合、正極集電体と正極層、負極集電体と負極層との界面抵抗は低減すると考えられる。しかしながら、固体電解質層グリーンシートの両面に正極層グリーンシート、負極層グリーンシートを印刷形成し、その上層に金属箔集電体ペーストを印刷形成しているため、製造方法が煩雑であるという課題がある。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、電池性能の高い全固体二次電池、およびこれを得るために用いられる積層体グリーンシート、並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。
Furthermore, as described in Patent Document 3, a laminate green sheet formed by laminating a positive electrode current collector green sheet, a positive electrode layer green sheet, a solid electrolyte layer green sheet, a negative electrode layer green sheet, and a negative electrode current collector green sheet is provided. When batch firing is performed, it is considered that the interface resistance between the positive electrode current collector and the positive electrode layer and between the negative electrode current collector and the negative electrode layer is reduced. However, since the positive electrode layer green sheet and the negative electrode layer green sheet are printed on both surfaces of the solid electrolyte layer green sheet, and the metal foil current collector paste is printed on the upper layer, the manufacturing method is complicated. is there.
The present invention has been made in view of the above points, and provides an all-solid-state secondary battery having high battery performance, a laminate green sheet used for obtaining the same, and a method for producing the same. Objective.
以上の課題を解決するため、本発明の一態様に係る全固体二次電池は、集電体と正極層との層間および集電体と負極層との層間のうち、少なくとも一方の層間に、層間の面に沿って面の中央部から端部まで延在して外部に開放された空隙を有することを特徴とする。
また、本発明の一態様に係る積層体グリーンシートは、集電体と正極層グリーンシートとの層間および集電体と負極層グリーンシートとの層間のうち、少なくとも一方の層間に、層間の面に沿って面の中央部から端部まで延在する空隙形成層を有し、
前記空隙形成層はバインダーおよび多孔質導電体を含み、前記空隙形成層に含まれるバインダーの熱分解開始温度は、正極層グリーンシート、固体電解質層グリーンシートおよび負極層グリーンシートに含まれるバインダーの熱分解開始温度よりも低いことを特徴とする。
また、本発明の一態様に係る全固体二次電池の製造方法は、前記一態様に係る積層体グリーンシートを一括焼成して、積層された集電体と正極層との層間および積層された集電体と負極層との層間のうち、少なくとも一方の層間に、層間の面に沿って面の中央部から端部まで延在する空隙を形成することを特徴とする。
In order to solve the above problems, an all-solid-state secondary battery according to one embodiment of the present invention includes an interlayer between a current collector and a positive electrode layer and an interlayer between a current collector and a negative electrode layer. It has a gap that extends from the center to the end of the surface along the surface between the layers and is open to the outside.
Further, the laminate green sheet according to one embodiment of the present invention includes an interlayer surface between at least one of the layers between the current collector and the positive electrode layer green sheet and between the current collector and the negative electrode layer green sheet. Having a void-forming layer extending from the center to the end of the surface along
The void-forming layer contains a binder and a porous conductor, and the thermal decomposition start temperature of the binder contained in the void-forming layer is the heat of the binder contained in the positive electrode layer green sheet, the solid electrolyte layer green sheet, and the negative electrode layer green sheet. It is characterized by being lower than the decomposition start temperature.
In addition, the method for manufacturing an all-solid-state secondary battery according to one embodiment of the present invention includes: laminating the laminated green sheet according to the one embodiment; and laminating and stacking the stacked current collector and the positive electrode layer. A gap extending from the center of the surface to the end along the surface of the interlayer is formed between at least one of the layers of the current collector and the negative electrode layer.
本発明の態様によれば、簡易な手段で、正極集電体と正極層との界面抵抗及び負極集電体と負極層との界面抵抗の少なくとも一方の界面抵抗を低減することが可能となって、電池性能の高い全固体二次電池を提供することが可能となる。 According to the aspect of the present invention, it is possible to reduce the interface resistance of at least one of the interface resistance between the positive electrode current collector and the positive electrode layer and the interface resistance between the negative electrode current collector and the negative electrode layer with a simple means. Thus, it is possible to provide an all-solid secondary battery with high battery performance.
次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
ここで、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。すなわち、本発明に係る全固体二次電池および積層体グリーンシート、並びに積層体グリーンシートの製造方法および全固体二次電池の製造方法は、以下に記載する実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて設計等の変更を加えることも可能であり、そのような変更が加えられた実施の形態も本発明の実施形態の範囲に含まれるものである。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Here, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones.
Further, the embodiment described below exemplifies a configuration for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is that the material, shape, structure, etc. of the component parts are as follows. It is not something specific. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims. That is, the all-solid-state secondary battery and the laminate green sheet according to the present invention, the method for producing the laminate-green sheet, and the method for producing the all-solid-state secondary battery are not limited to the embodiments described below. It is possible to make design changes based on the knowledge of those skilled in the art, and embodiments to which such changes are made are also included in the scope of the embodiments of the present invention.
<第1の実施形態>
以下の第1の実施形態において、本発明に係る単層の全固体二次電池及び全固体二次電池の製造方法について説明する。また、以下の第1の実施形態において、本発明に係る全固体二次電池、およびその製造に用いられる積層体グリーンシート、並びに積層体グリーンシートの製造方法および全固体二次電池の製造方法の例について説明する。
<First Embodiment>
In the following first embodiment, a single-layer all-solid secondary battery and a method for manufacturing an all-solid secondary battery according to the present invention will be described. Further, in the following first embodiment, an all-solid secondary battery according to the present invention, a laminate green sheet used for the production thereof, a method for producing a laminate green sheet, and a method for producing an all-solid secondary battery An example will be described.
(1−1)全固体二次電池の構成
[全固体二次電池の構成]
図1は、第1の実施形態で説明する全固体二次電池の断面図である。
図1に示すように、第1の実施形態における全固体二次電池1は、正極集電体11の一方の面に正極層12が積層されると共に、負極集電体15の一方の面に負極層14が積層され、正極層12と負極層14との間に無機固体電解質層(以下、固体電解質層と記載する)13が配置されている。
(1-1) Configuration of all-solid secondary battery [Configuration of all-solid secondary battery]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an all solid state secondary battery described in the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the all-solid-state
また、正極集電体11と正極層12との層間および負極集電体15と負極層14との層間のうち、少なくとも一方の層間に空隙を有する。第1の実施形態では、空隙16を、負極集電体15と前記負極層14との層間に形成した場合を例示している。
空隙16は、図2や図3に示すように、層間の面に沿って面の中央部から端部まで延在して外部に開放されている。図2及び図3には、空隙16が負極層14の面に沿って延びる溝として形成された場合が例示され、図2の例では、空隙16が、負極層14の面方向中央部を通り、縦方向及び横方向の端部までそれぞれ貫通するように延在している場合を例示している。図3は、空隙16が上下に延びる溝で形成された場合を例示している。
この構成は、後に詳細に説明するように、正極集電体11、正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13aおよび空隙形成層17を埋設した負極層グリーンシート14aを積層した積層体グリーンシートと、負極集電体15が貼り合わされた状態で一括焼成を行うという全固体二次電池1の製造方法により実現される。
Further, there is a gap between at least one of the layers between the positive electrode
As shown in FIGS. 2 and 3, the
As will be described in detail later, this configuration is a laminate green sheet in which a positive electrode
(固体電解質層)
固体電解質層13は、固体電解質および焼成後に固体電解質となるガラスの少なくとも一方を含んでいる。
固体電解質層に含まれる固体電解質および焼成後に固体電解質となるガラスは、電子の伝導性が小さく、リチウムイオンの伝導性が高い材料であれば特に限定されず、例えば、酸化物系固体電解質や硫化物系固体電解質の非晶質体(ガラス体)、結晶体、及びガラスセラミックス等が用いられる。特に、高温焼成が可能な酸化物系固体電解質が好ましく、NASICON型酸化物、ペロブスカイト型酸化物、LISICON型酸化物、ガーネット型酸化物、酸化物ガラスなどを用いることが好ましい。このような高温焼成が可能な酸化物系固体電解質としては、例えば、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li0.29La0.571TiO3、Li4SiO4−Li3PO4、Li3BO3−Li3PO4、Li7La3Zr2O12、Li3.4V0.6Si0.4O4などを用いることができる。
(Solid electrolyte layer)
The
The solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer and the glass that becomes the solid electrolyte after firing are not particularly limited as long as the material has low electron conductivity and high lithium ion conductivity. For example, an oxide solid electrolyte or sulfide Amorphous bodies (glass bodies), crystal bodies, glass ceramics, and the like of physical solid electrolytes are used. In particular, an oxide-based solid electrolyte that can be fired at high temperature is preferable, and a NASICON type oxide, a perovskite type oxide, a LISICON type oxide, a garnet type oxide, an oxide glass, or the like is preferably used. Examples of the oxide-based solid electrolyte that can be fired at such a high temperature include Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 , Li 0.29 La 0.571 TiO 3 , Li 4 SiO 4 —Li 3 PO 4 , Li 3 BO 3 —Li 3 PO 4 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 3.4 V 0 .6 Si 0.4 O 4 or the like can be used.
固体電解質層13の厚さは、1μm以上500μm以下の範囲であることが好ましい。固体電解質層13の厚さが1μmよりも薄い場合、正極層12と負極層14とが短絡しやすくなり、全固体二次電池1の性能が低下するだけでなく、安全性も低下する可能性がある。また、固体電解質層13の厚さが500μmよりも厚い場合、固体電解質層13におけるリチウムイオン等の伝導イオンの移動が阻害されやすくなり、全固体二次電池1の出力が低くなる可能性がある。
The thickness of the
(正極層)
正極層12は、正極活物質と、固体電解質および焼成後に固体電解質となるガラスの少なくとも一方とを含んでいる。
正極層12に含まれる正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出することができる材料であればよく、特に限定されない。正極層12は、負極層14に含まれる活物質より貴な電位を示す活物質を正極活物質として含有する。
(Positive electrode layer)
The
The positive electrode active material contained in the
正極活物質としては、例えば、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(LiNixCo1−y−xMnyO2)、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、リン酸コバルトリチウム(LiCoPO4)、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO4)、リン酸バナジウムリチウム(Li3V2(PO4)3)などのリチウム遷移金属化合物を用いることができる。 As the positive electrode active material, for example, lithium nickel cobalt manganese oxide (LiNixCo1-y-xMnyO 2) , lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickelate (LiNiO 2), lithium manganate (LiMn 2 O 4), phosphoric acid Lithium transition metal compounds such as lithium iron (LiFePO 4 ), lithium cobalt phosphate (LiCoPO 4 ), lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), and lithium vanadium phosphate (Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 ) may be used. it can.
また、正極層12に含まれる固体電解質としては、固体電解質層13に含まれる固体電解質と同様の材料を用いることができる。正極層12に含まれる固体電解質は、2種以上を混合して用いてもよい。また、正極層12に含まれる固体電解質は、固体電解質層13および後述する負極層14に含まれる固体電解質と同じであってもよく、異なっていてもよい。
Further, as the solid electrolyte contained in the
正極層12は、導電助剤を含有していてもよい。導電助剤としては、導電性を有するものであれば特に限定されず、例えば、導電性炭素材料、特にカーボンブラックや活性炭、カーボン炭素繊維等を用いることができる。
正極層12における導電助剤の含有量は、正極活物質の質量に対して0質量%超90質量%未満であることが好ましい。導電助剤の含有量が90質量%以上であると、正極層12中の正極活物質量が不足してリチウム吸蔵容量が低下してしまうことがあるためである。
正極層12は、所望の電池容量に応じて任意の厚さを選択することができる。
The
The content of the conductive additive in the
The
(負極層)
負極層14は、負極活物質と、固体電解質および焼成後に固体電解質となるガラスの少なくとも一方とを含んでいる。
負極層14に含まれる負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出することができる材料であればよく、特に限定されない。負極層14は、正極層12に含まれる活物質より卑な電位を示す活物質を負極活物質として含有する。
(Negative electrode layer)
The
The negative electrode active material included in the
負極活物質としては、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、グラファイト等の炭素材料や、Sn系合金、Si系合金などの合金材料、LiCoNなどの窒化物、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、リン酸バナジウムリチウム(Li3V2(PO4)3)などのリチウム遷移金属酸化物を用いることができる。また、負極活物質として金属リチウム箔を用いてもよい。 Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as hard carbon, soft carbon, and graphite, alloy materials such as Sn-based alloys and Si-based alloys, nitrides such as LiCoN, and lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ). Lithium transition metal oxides such as lithium vanadium phosphate (Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 ) can be used. Moreover, you may use metal lithium foil as a negative electrode active material.
また、負極層14に含まれる固体電解質としては、固体電解質層13および正極層12に含まれる固体電解質と同様の材料を用いることができる。負極層14に含まれる固体電解質は、2種以上を混合して用いてもよい。また、負極層14に含まれる固体電解質は、固体電解質層13および正極層12に含まれる固体電解質と同じであってもよく、異なっていてもよい。
Further, as the solid electrolyte contained in the
負極層14は、導電助剤を含有していてもよい。導電助剤としては、正極層12に含まれる導電助剤と同様に導電性を有するものであれば特に限定されず、例えば、導電性炭素材料、特にカーボンブラックや活性炭、カーボン炭素繊維等を用いることができる。
負極層14における導電助剤の含有量は、負極活物質の質量に対して0質量%超90質量%未満であることが好ましい。導電助剤の含有量が90質量%以上であると、負極層14中の負極活物質量が不足してリチウム吸蔵容量が低下してしまうことがあるためである。
負極層14は、所望の電池容量に応じて任意の厚さを選択することができる。
The
The content of the conductive additive in the
The
(空隙)
空隙16は、積層した正極集電体11と正極層12との層間および積層した負極集電体15と負極層14との層間のうち、少なくとも一方に形成されていればよく、さらには、層間の面方向の中央部から面方向の端部まで延在して外部に開放するように形成されていればよい。図2,図3では、空隙を、積層した負極集電体15と負極層14との層間のうち負極層14側に形成しているが、集電体15側に空隙を形成しても良い。
(Void)
The void 16 may be formed in at least one of the layer between the stacked positive electrode
このように層間に外部に開放した空隙16が形成されることで、積層体グリーンシートの焼成工程において生じるバインダーの分解ガスを滞りなく積層体外へ排出でき、積層焼成体にクラックが生じて電池性能が低下することを抑制することができる。
ここで、図1に示す構成に限定されず、空隙16は、正極集電体11と正極層12との層間に形成しても良い。また、空隙16は、積層した正極集電体11と正極層12との層間および積層した負極集電体15と負極層14との層間の両方に形成されていても良い。
By forming
Here, without being limited to the configuration shown in FIG. 1, the
また、空隙16は、層間の面方向の中央部から端部へ延在して外部に開放していれば、図2及び図3の延在形態に限定されない。空隙は、例えば面に沿って蛇行するように、つまり曲線状に延在していても良い。
平面視において、層間の面位置における空隙16の面積は、金属集電体と電極層の接触面積の0.5%以上、10%未満であることが好ましい。また、空隙16の厚さ方向の大きさ(深さ)は、形成される電極層の厚さの5%以上、20%未満であることが好ましい。これらの条件から大きく逸脱する場合には、電極層にクラックが生じたり、集電体と電極層の間で電子伝導が阻害されたりして、電池性能が低下する可能性がある。
なお、空隙16を構成する溝の断面形状は、矩形ある必要は無く、半円形形状などであっても良い。
Moreover, the space |
In plan view, the area of the
In addition, the cross-sectional shape of the groove | channel which comprises the space |
(金属集電体)
本実施形態では、正極層12と密着して積層する正極集電体11と、負極層14と密着して積層する負極集電体15が、それぞれ金属箔から構成される金属箔集電体で構成される場合を例示している。なお、本明細書では、正極集電体11と負極集電体15との双方を指す場合、または正極集電体11と負極集電体15とを区別しない場合には、正極集電体11および負極集電体15を「金属集電体」と記載する場合がある。
(Metal current collector)
In the present embodiment, the positive electrode
金属集電体の材料としては、導電性を有する材料であれば特に限定はされず、例えば、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、鉄、チタン、銅、パラジウム、金および白金などの金属材料を用いることができる。また、金属集電体の材料として、後述する焼成条件で溶融および分解しないことや、金属集電体にかかる電池作動電位や導電性を考慮して選択することが好ましい。 The material of the metal current collector is not particularly limited as long as it is a conductive material. For example, a metal material such as stainless steel, nickel, aluminum, iron, titanium, copper, palladium, gold and platinum may be used. it can. The material for the metal current collector is preferably selected in consideration of not being melted and decomposed under the firing conditions described later, or the battery operating potential and conductivity applied to the metal current collector.
金属集電体の厚さは、3μm以上50μm以下であることが好ましい。金属箔集電体の厚さが3μm以上50μm以下である場合、積層焼成体の製造時において金属箔集電体にクラック等が入りにくく、また、積層体グリーンシート10を十分に支持する厚さが得られる。
The thickness of the metal current collector is preferably 3 μm or more and 50 μm or less. When the thickness of the metal foil current collector is 3 μm or more and 50 μm or less, the metal foil current collector is not easily cracked during the production of the laminated fired body, and the thickness sufficiently supports the laminated
(1−2)積層体グリーンシートの構成
以下、本実施形態の積層体グリーンシート10について説明する。
[積層体グリーンシートの構成]
図4は、第1の実施形態で用いられる積層体グリーンシート10の断面図である。
図4に示すように、第1の実施形態における積層体グリーンシート10は、金属箔集電体からなる正極集電体11と、正極集電体11上に設けられた正極層グリーンシート12aと、正極層グリーンシート12a上に設けられた固体電解質層グリーンシート13aと、固体電解質層グリーンシート13a上に設けられた負極層グリーンシート14aと、負極層グリーンシート14a上に設けられた負極集電体15からなる負極集電体15と、負極層グリーンシート14aと負極集電体15との間に配置された空隙形成層17を備えている。
(1-2) Configuration of Laminated Green Sheet Hereinafter, the laminated
[Configuration of laminated green sheet]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the multilayer
As shown in FIG. 4, the laminate
図4では、図1の全固体二次電池1を形成する場合を例示しているため、負極層グリーンシート14aと負極集電体15との間に空隙形成層17を配置した場合を例示している。形成する全固体二次電池1に応じて空隙形成層17を設ければ良い。
後述するように、空隙形成層17に含まれるバインダーは、正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aのそれぞれに含まれるバインダーよりも熱により分解しやすいものを用いて形成する。すなわち各グリーンシートのバインダーが分解するよりも早く、空隙16が形成されるように空隙形成層17を形成する。
以下、各グリーンシートおよび空隙形成層17について説明する。
4 illustrates the case where the all-solid-state
As will be described later, the binder contained in the
Hereinafter, each green sheet and the
(固体電解質層グリーンシート)
固体電解質層グリーンシート13aは、固体電解質および有機樹脂からなるバインダーが溶媒に分散された固体電解質用スラリーを使用して形成される。即ち、固体電解質用スラリーが後述する正極層グリーンシート12aまたは負極層グリーンシート14a上に塗布もしくは印刷され、乾燥されることにより固体電解質層グリーンシート13aが形成される。固体電解質用スラリーの調製方法は特に限定されない。
固体電解質層グリーンシート13aが焼成されることにより、固体電解質層13が得られる。
(Solid electrolyte layer green sheet)
The solid electrolyte layer
The
(正極層グリーンシート)
正極層グリーンシート12aは、正極活物質、固体電解質および有機物からなるバインダーが溶媒に分散された正極用スラリーを使用して形成される。即ち、正極用スラリーが、金属箔集電体からなる正極集電体11又は固体電解質層グリーンシート13a上に塗布もしくは印刷され、乾燥されることにより正極層グリーンシート12aが形成される。正極集電体11と正極層12との間に空隙16を形成する場合には、あらかじめ正極集電体11上に後述する空隙形成層17が形成されていて、正極層グリーンシート12aが焼成されることにより、正極層12が得られる。
(Positive layer green sheet)
The positive electrode layer
(負極層グリーンシート)
負極層グリーンシート14aは、負極活物質、固体電解質および有機物からなるバインダーが溶媒に分散された負極用スラリーを使用して形成される。即ち、負極用スラリーが、金属箔集電体からなる負極集電体15又は固体電解質層グリーンシート13a上に塗布もしくは印刷され、乾燥されることにより負極層グリーンシート14aが形成される。負極集電体15と負極層14との間に空隙16が形成される場合には、あらかじめ負極集電体15上に後述する空隙形成層17形成されていて、負極層グリーンシート14aが焼成されることにより、負極層14が得られる。
(Negative electrode layer green sheet)
The negative electrode layer
(空隙形成層)
空隙形成層17は、低温焼成用バインダーおよび多孔質導電体を含んでいればよい。空隙形成層17に含有される低温焼成用バインダーは、熱分解開始温度が正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13aおよび負極層グリーンシート14aに含まれるバインダーの熱分解開始温度よりも低ければ特に限定されず、さらに好ましくは500℃以下で90%以上分解するものが好ましい。低温焼成用バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、アクリル樹脂などを用いることができる。
(Void forming layer)
The
また、空隙形成層には、発泡剤、マイクロカプセル、有機繊維などバインダーの熱分解開始温度よりも低い温度で体積減少もしくは消失する物質が含まれていてもよい。
空隙形成層17は、低温焼成用バインダーおよび多孔質導電体が溶媒に分散された空隙形成層用スラリーが、金属箔集電体上に塗布もしくは印刷され、乾燥されることにより形成される。空隙形成層用スラリーの調製方法は特に限定されない。
空隙形成層17が熱分解されることにより、空隙16が得られる。
In addition, the void forming layer may contain a substance that decreases or disappears at a temperature lower than the thermal decomposition start temperature of the binder, such as a foaming agent, microcapsules, and organic fibers.
The
The void 16 is obtained by thermally decomposing the
(金属集電体)
金属集電体は、積層体グリーンシート10の製造時に、正極層グリーンシート12aと密着して積層される正極集電体11または負極層グリーンシート14aと密着して積層される負極集電体15である。正極集電体11および負極集電体15は、全固体二次電池1に用いられる正極集電体11および負極集電体15である。
(Metal current collector)
When the laminated
なお、積層体グリーンシート10は、図4に示す構成以外にも、金属箔集電体からなる正極集電体11と、正極集電体11上に設けられた正極層グリーンシート12aと、正極集電体11と正極層グリーンシート12aとの間に配置された空隙形成層17と、正極層グリーンシート12a上に設けられた固体電解質層グリーンシート13aと、固体電解質層グリーンシート13a上に設けられた負極層グリーンシート14aと、負極層グリーンシート14a上に設けられた金属箔集電体からなる負極集電体15と、を備えた構成であってもよい。
In addition to the configuration shown in FIG. 4, the laminate
(1−3)積層体グリーンシート10の製造方法
以下、積層体グリーンシート10及び全固体二次電池1の製造方法について説明する。
積層体グリーンシート10の製造方法は、金属集電体からなる正極集電体11上に、正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程と、正極層グリーンシート12a上に固体電解質を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、固体電解質層グリーンシート13a上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程と、金属箔集電体からなる負極集電体15上に空隙形成層用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して空隙形成層17を形成する空隙形成層形成工程と、負極集電体15及び空隙形成層17を負極層グリーンシート14aと圧着させる集電体貼り合わせ工程と、を備えている。上記の圧着によって、空隙形成層17が負極層グリーンシート14aに埋設された状態となる。
(1-3) Manufacturing method of laminated body
The manufacturing method of the laminated body
(固体電解質層グリーンシートの製造方法)
固体電解質層グリーンシート13aは、固体電解質および有機物からなるバインダーを溶媒と共に混合して形成された固体電解質用スラリーを塗布もしくは印刷したのち、乾燥して形成される。固体電解質用スラリーは、例えば後述する正極層グリーンシート12aまたは負極層グリーンシート14a上に塗布される。固体電解質用スラリーの調製方法は特に限定されない。
(Method for producing solid electrolyte layer green sheet)
The solid electrolyte layer
(正極層グリーンシートの製造方法)
正極層グリーンシート12aは、正極活物質、固体電解質および有機物からなるバインダーを溶媒と共に混合して正極用スラリーを塗布もしくは印刷したのち、乾燥して形成される。正極用スラリーは、正極集電体11または後述する固体電解質層グリーンシート13a上に塗布される。正極用スラリーの調製方法は特に限定されない。
(Method for producing positive electrode layer green sheet)
The positive electrode layer
(負極層グリーンシートの製造方法)
負極層グリーンシート14aは、負極活物質、固体電解質および有機物からなるバインダーを溶媒と共に混合して負極用スラリーを塗布もしくは印刷したのち、乾燥して形成される。負極用スラリーは、負極集電体15または後述する固体電解質層グリーンシート13a上に塗布される。負極用スラリーの調製方法は特に限定されない。
各グリーンシートに含まれるバインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチルセルロース、アクリル樹脂などを用いることができる。
(Method for producing negative electrode layer green sheet)
The negative electrode layer
As the binder contained in each green sheet, for example, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyvinyl acetal, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethyl cellulose, acrylic resin, and the like can be used.
(空隙形成層の製造方法)
空隙形成層17は、低温焼成用バインダーおよび多孔質導電体が溶媒に分散された空隙形成層用スラリーが、金属箔集電体上に塗布もしくは印刷され、乾燥されることにより形成される。空隙形成層用スラリーの調製方法は特に限定されない。
また、空隙形成層17を形成した金属集電体に対して平板プレス、ロールプレス、ホットプレス、冷間静水圧プレス、熱間静水圧プレスなどを行うことにより、空隙形成層17を適切な厚さに成形することができる。
(Method for producing void forming layer)
The
Further, by performing flat plate press, roll press, hot press, cold isostatic press, hot isostatic press, etc. on the metal current collector on which the
空隙形成層17が焼成されることにより、このような空隙16が得られる。
正極層グリーンシート12a、負極層グリーンシート14aおよび固体電解質層グリーンシート13aにおいて、バインダーは、3質量%以上40質量%以下含まれることが好ましく、3質量%以上25質量%以下であることがより好ましい。すなわち、各スラリーから溶媒を除いた固形分全体に対するバインダーの含有量が3質量%以上40質量%以下であることが好ましく、3質量%以上25質量%以下であることがより好ましい。
In the positive electrode layer
バインダーの含有量が3質量%より少ない場合、例えば活物質同士または固体電解質同士が十分に結着することできない場合がある。また、バインダーの含有量が40質量%より大きい場合には、体積あたりの電池容量が低下する。
正極層グリーンシート12a、負極層グリーンシート14aおよび固体電解質層グリーンシート13aは、焼成時に各グリーンシート内においてマトリックス構造の形成を促進し、焼成温度を低下させる焼成助剤を含有していてもよい。焼成助剤は正極活物質、負極活物質および固体電解質と反応せず、正極活物質、負極活物質及び固体電解質の融着温度よりも軟化点温度が低ければ特に限定はされず、例えばホウ素化合物を用いることができる。正極層グリーンシート12a、負極層グリーンシート14aおよび固体電解質層グリーンシート13aの焼成助剤の含有量と焼成温度を調整することで、積層焼成体を焼成により形成する際に、各層の内部歪や内部応力によるクラックを防止するとともに、マトリックス構造の形成を促進することができる。
When the content of the binder is less than 3% by mass, for example, active materials or solid electrolytes may not be sufficiently bound. On the other hand, when the content of the binder is larger than 40% by mass, the battery capacity per volume decreases.
The positive electrode layer
正極用スラリー、負極用スラリー、固体電解質用スラリー、空隙形成層用スラリーに用いられる溶媒は、上述したバインダーを溶解可能であれば特に限定されないが、例えばエタノール、イソプロパノール、n−ブタノール等のアルコール類、トルエン、ターピネオール、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチレングリコールエチルエーテル、イソホロン、乳酸ブチル、ジオクチルフタレート、ジオクチルアジペート、ベンジルアルコール、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの有機溶剤、および水を用いることができる。なお、これらの溶媒は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。スラリーの乾燥が容易であることから、溶媒の沸点は200℃以下であることが好ましい。 The solvent used for the positive electrode slurry, the negative electrode slurry, the solid electrolyte slurry, and the void forming layer slurry is not particularly limited as long as it can dissolve the above-mentioned binder. For example, alcohols such as ethanol, isopropanol, and n-butanol , Toluene, terpineol, ethyl acetate, butyl acetate, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethylene glycol ethyl ether, isophorone, butyl lactate, dioctyl phthalate, dioctyl adipate, benzyl alcohol, N, N-dimethylformamide (DMF), N- An organic solvent such as methyl-2-pyrrolidone (NMP) and water can be used. In addition, these solvents may be used independently and may use 2 or more types together. Since the slurry can be easily dried, the boiling point of the solvent is preferably 200 ° C. or lower.
正極用スラリー及び負極用スラリーは、上述した正極活物質又は負極活物質、固体電解質、バインダー、導電助剤、焼成助剤などと、溶媒とを混合することで作製できる。また、固体電解質用スラリーは、上述した固体電解質、バインダー、導電助剤、焼成助剤などと、溶媒とを混合することで作製できる。スラリーの混合方法は特に限定されず、必要に応じて、増粘剤、可塑剤、消泡剤、レベリング剤、密着性付与剤のような添加剤を添加してもよい。 The positive electrode slurry and the negative electrode slurry can be prepared by mixing the above-described positive electrode active material or negative electrode active material, solid electrolyte, binder, conductive assistant, firing assistant, and the like with a solvent. Moreover, the slurry for solid electrolyte can be produced by mixing the solid electrolyte, the binder, the conductive aid, the firing aid and the like described above with a solvent. The method for mixing the slurry is not particularly limited, and additives such as thickeners, plasticizers, antifoaming agents, leveling agents, and adhesion imparting agents may be added as necessary.
正極用スラリー、負極用スラリー、固体電解質用スラリーおよび空隙形成層用スラリーの塗布および印刷方法としては、具体的には、ドクターブレード法、カレンダー法、スピンコート法、ディップコート法、インクジェット法、オフセット法、ダイコート法、スプレー法、スクリーン印刷法等を用いることができる。 Specific examples of coating and printing methods for positive electrode slurry, negative electrode slurry, solid electrolyte slurry and void forming layer slurry include a doctor blade method, a calendar method, a spin coating method, a dip coating method, an ink jet method, and an offset method. Method, die coating method, spraying method, screen printing method and the like can be used.
正極用スラリー、負極用スラリー、固体電解質用スラリーおよび空隙形成層用スラリーの乾燥方法は、特に限定されないが、例えば、加熱乾燥、減圧乾燥、加熱減圧乾燥などを用いることができる。乾燥雰囲気は、特に限定されず、例えば、大気雰囲気下、不活性雰囲気(窒素雰囲気、アルゴン雰囲気)下で行うことができる。
正極層グリーンシート、固体電解質層グリーンシートおよび負極層グリーンシートが、順に積層された積層体グリーンシートを構成する。
The drying method of the positive electrode slurry, the negative electrode slurry, the solid electrolyte slurry, and the void forming layer slurry is not particularly limited, and for example, heat drying, vacuum drying, heat vacuum drying, and the like can be used. The drying atmosphere is not particularly limited, and can be performed, for example, in an air atmosphere or an inert atmosphere (a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere).
The positive electrode layer green sheet, the solid electrolyte layer green sheet, and the negative electrode layer green sheet constitute a laminate green sheet that is sequentially laminated.
(集電体貼り合わせ工程)
金属箔集電体等からなる各集電体の貼り合わせ方法は特に限定されないが、例えば平板プレス、ロールプレス、ホットプレス、冷間静水圧プレス、熱間静水圧プレスなどを用いることができる。
(Current collector pasting process)
The method for attaching each current collector made of a metal foil current collector or the like is not particularly limited. For example, a flat plate press, a roll press, a hot press, a cold isostatic press, a hot isostatic press, or the like can be used.
(1−4)全固体二次電池の製造方法
本実施形態の全固体二次電池1は、積層体グリーンシート10を一括焼成することで形成される。
すなわち、本実施形態の全固体二次電池1の製造方法は、正極集電体11上に正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程と、正極層グリーンシート12a上に固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、固体電解質層グリーンシート13a上に負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程と、を含んで積層体グリーンシート10を生成する積層体グリーンシート形成工程を備えている。また、本実施形態の全固体二次電池1の製造方法は、図4に示すように、積層体グリーンシート10の表面に露出する負極層グリーンシート14a上に、負極集電体15を貼り合わせる負極集電体貼り合わせ工程と、積層体グリーンシート10及び負極集電体15を含む積層体1aを焼成する焼成工程と、を備える。
(1-4) Manufacturing method of all-solid-state secondary battery The all-solid-state
That is, the manufacturing method of the all-solid-state
焼成工程における加熱温度は、積層体グリーンシート10に含まれるバインダーの熱分解温度以上、且つ、正極活物質及び負極活物質の酸化温度未満または金属箔集電体の燃焼温度未満の温度であることが好ましい。加熱温度は、具体的には300℃以上1100℃以下が好ましく、300℃以上900℃以下がより好ましい。加熱温度が300℃より低い場合、焼成工程においてバインダーが燃焼しきらずに残渣となり、電子伝導やイオン伝導を阻害する可能性がある。また、加熱温度が1100℃よりも高い場合、正極活物質および負極活物質や固体電解質が溶融・変質し、電池性能を劣化させる可能性がある。
The heating temperature in the firing step is a temperature equal to or higher than the thermal decomposition temperature of the binder contained in the laminate
焼成工程での雰囲気は特に限定されず、例えば、大気雰囲気下、不活性雰囲気(窒素雰囲気、アルゴン雰囲気)下で行うことができる。正極活物質及び負極活物質と金属箔集電体の反応や金属箔集電体の導電性低下が懸念される場合は、焼成工程を不活性雰囲気下で行うことが望ましい。
焼成工程における焼成時間は、使用するバインダーが十分に分解される時間であればよく、特に限定されない。
The atmosphere in the firing step is not particularly limited, and can be performed, for example, in an air atmosphere or an inert atmosphere (a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere). When there is a concern about the reaction between the positive electrode active material and the negative electrode active material and the metal foil current collector or the decrease in conductivity of the metal foil current collector, it is desirable to perform the firing step in an inert atmosphere.
The firing time in the firing step is not particularly limited as long as the binder used is sufficiently decomposed.
本実施形態にあっては、上記のような空隙16を形成するという簡易な手段で、正極集電体と正極層との界面抵抗及び負極集電体と負極層との界面抵抗の少なくとも一方の界面抵抗を低減することが可能となる。この結果、電池性能の高い全固体二次電池を提供することが可能となる。
In the present embodiment, at least one of the interfacial resistance between the positive electrode current collector and the positive electrode layer and the interfacial resistance between the negative electrode current collector and the negative electrode layer is achieved by a simple means of forming the
<第2の実施形態>
第2の実施形態では、本発明に係る積層型の全固体二次電池(直列全固体型二次電池)及び全固体二次電池の製造方法について説明する。また、以下の第2の実施形態において、本発明に係る全固体二次電池の製造に用いられる連続積層体グリーンシート及び連続積層体グリーンシートの製造方法について説明する。
また、本実施形態において、第1の実施形態と同様の構成の部材等には共通の参照符号を用いて説明する。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, a laminated all solid state secondary battery (series all solid state secondary battery) and an all solid state secondary battery manufacturing method according to the present invention will be described. Moreover, in the following 2nd Embodiment, the manufacturing method of the continuous laminated body green sheet used for manufacture of the all-solid-state secondary battery which concerns on this invention, and a continuous laminated body green sheet is demonstrated.
In the present embodiment, members having the same configurations as those in the first embodiment will be described using common reference numerals.
(2−1)直列全固体二次電池の構成
[直列全固体二次電池の構成]
図5に示すように、第2の実施形態における直列全固体二次電池(以下、全固体二次電池と記載する)21は、複数の電極積層体20を連続して積層して構成されている。
電極積層体20は、金属箔からなる正極集電体11、正極層12、正極集電体11と正極層12との層間に設けられた空隙16、正極層12上に設けられた固体電解質層13、及び固体電解質層13上に設けられた負極層14、を備える。すなわち、電極積層体20は、正極層12と負極層14との間に固体電解質層13が配置された積層体と、正極集電体11とからなる。
(2-1) Configuration of series all solid state secondary battery [Configuration of series all solid state secondary battery]
As shown in FIG. 5, the series all-solid-state secondary battery (hereinafter referred to as all-solid-state secondary battery) 21 in the second embodiment is configured by successively laminating a plurality of electrode laminates 20. Yes.
The
また、全固体二次電池21は、積層された複数の電極積層体20同士の間及び積層された複数の電極積層体20の積層方向外面のさらに外側に、正極層12又は負極層14と密着して設けられた、複数の金属集電体(正極集電体11又は負極集電体15)を備えている。
この構成は、後に詳細に説明するように、空隙形成層17、正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13aおよび負極層グリーンシート14aを積層した積層体グリーンシート20a〜20eが正極集電体11を介して複数積層され、正極集電体11及び負極集電体15で外面を挟持された状態で一括焼成を行うという全固体二次電池21の製造方法により実現される。
In addition, the all-solid-state
As will be described in detail later, this structure is obtained by stacking
正極層12、固体電解質層13、負極層14および空隙16、並びに正極集電体11又は負極集電体15、は、第1実施形態の正極層12、固体電解質層13、負極層14および空隙16、並びに正極集電体11又は負極集電体15と同様であるため、説明を省略する。
なお、全固体二次電池21は、図5に示す構成以外にも、負極集電体15と、負極集電体15上に設けられた負極層14と、負極集電体15と負極層14との間に配置された空隙16と、負極層14上に設けられた固体電解質層13と、固体電解質層13上に設けられた正極層12と、正極層12上に設けられた正極集電体11と、を備えた構成であってもよい。
The
In addition to the configuration shown in FIG. 5, the all-solid
(2−2)連続積層体グリーンシートの構成
以下、連続積層体グリーンシートについて説明する。
[積層体グリーンシートの構成]
図6に示すように、第2の実施形態における連続積層体グリーンシート30は、正極集電体11と、正極集電体11上に設けられた正極層グリーンシート12aと、正極集電体11と正極層グリーンシート12aとの間に設けられた空隙形成層17と、正極層グリーンシート12a上に設けられた固体電解質層グリーンシート13aと固体電解質層グリーンシート13a上に設けられた負極層グリーンシート14aと、を備える積層体グリーンシート20a〜20eが連続的に積層されている。
(2-2) Configuration of Continuous Laminated Green Sheet Hereinafter, the continuous laminated green sheet will be described.
[Configuration of laminated green sheet]
As shown in FIG. 6, the continuous laminate
すなわち、積層体グリーンシート20a〜20eは、第1の実施形態の積層体グリーンシート10に負極集電体15を張り合わせなかったものと同様の構成である。固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aは、第1の実施形態の積層体グリーンシート10の固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aと同様であるため、説明を省略する。空隙形成層17は正極集電体11上に形成されており、空隙形成層17を形成した正極集電体11上に正極層グリーンシート12aが形成されている他は、第1の実施形態の積層体グリーンシート10の正極層グリーンシート12a、及び空隙形成層17と同様である。20aの構成を図7に示す。
That is, the multilayer
(2−3)連続積層体グリーンシートの製造方法
以下、連続積層体グリーンシート30及び全固体二次電池21の製造方法について説明する。
連続積層体グリーンシート30の製造方法は、積層体グリーンシート20a〜20eを、複数連続的に積層するグリーンシート積層工程と、を備えている。
(2-3) Manufacturing method of continuous laminated body green sheet Hereinafter, the manufacturing method of the continuous laminated body
The manufacturing method of the continuous laminated body
連続積層体グリーンシート30は、例えば、複数個の積層体グリーンシート20a〜20eのうち、一の積層体グリーンシート(例えば積層体グリーンシート20b)の正極集電体11側と他の積層体グリーンシート(例えば積層体グリーンシート20a)の負極層グリーンシート14aとを隣接するように貼り合わせて形成される。積層体グリーンシート20a〜20eの貼り合わせ方法は特に限定されず、例えば平板プレス、ロールプレス、ホットプレス、冷間静水圧プレス、熱間静水圧プレスなどを用いることができる。
The continuous laminate
なお、連続積層体グリーンシート30は、図6に示す構成以外にも、
金属箔集電体からなる負極集電体15と、負極集電体15上に設けられた負極層グリーンシート14aと、負極集電体15と負極層グリーンシート14aとの間に配置された空隙形成層17と、負極層グリーンシート14a上に設けられた固体電解質層グリーンシート13aと、固体電解質層グリーンシート13a上に設けられた正極層グリーンシート12aと、正極層グリーンシート12a上に設けられた金属箔集電体からなる正極集電体11と、を備えた構成であってもよい。
In addition to the configuration shown in FIG.
A negative electrode
(2−4)直列全固体二次電池の製造方法
第2の実施形態の全固体二次電池21は、連続積層体グリーンシート30からバインダーを脱脂し、焼成することで形成される。
すなわち、本実施形態の全固体二次電池21の製造方法は、金属箔集電体からなる正極集電体11上に、空隙形成層用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して空隙形成層17を形成する空隙形成層形成工程、空隙形成層17を形成した正極集電体11上に、正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程、正極層グリーンシート12a上に、固体電解質を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程、及び固体電解質層グリーンシート13a上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程を含んで積層体グリーンシート20(20a〜20e)を形成する積層体グリーンシート形成工程を備えている。
(2-4) Manufacturing method of serial all-solid-state secondary battery The all-solid-state
That is, in the manufacturing method of the all-solid-state
また、本実施形態の全固体二次電池21の製造方法は、積層体グリーンシート20(20a〜20e)を複数積層したのち、連続積層体グリーンシート30の表面に露出する負極層グリーンシート14a上に、金属箔集電体からなる負極集電体15を貼り合わせる負極集電体を貼り合わせる連続積層体グリーンシート形成工程と、これらを焼成する焼成工程と、を備えている。
Moreover, the manufacturing method of the all-solid-state
第2の実施形態の焼成工程における加熱温度、金属箔集電体を貼り合わせ方法などは、第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。
以上のように、第2の実施形態の全固体二次電池21は、連続積層体グリーンシート30を一括焼成して形成することができる。これにより、正極集電体11および正極層12、負極集電体15と負極層14との界面抵抗を抑制しつつ、1回の焼成工程で全固体二次電池21を製造することが可能となった。
The heating temperature, the method for attaching the metal foil current collector, and the like in the firing step of the second embodiment are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
As described above, the all-solid-state
以下に、本実施形態で説明した全固体二次電池に関して、具体的な実施例および比較例を挙げて説明する。なお、本発明に基づく全固体二次電池の構成は、以下の実施例によって制限されるものではない。
(実施例1)
[スラリー作製工程]
<正極用スラリーの作製>
正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)粉末50質量部、固体電解質としてLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(以下LAGP)粉末50質量部、導電助剤としてアセチレンブラック20質量部、バインダーとしてポリビニルブチラール(PVB)樹脂16質量部を溶剤であるターピネオールに混合してスラリーとし、このスラリーを脱泡して正極用スラリーを作製した。
Hereinafter, the all-solid-state secondary battery described in the present embodiment will be described with specific examples and comparative examples. In addition, the structure of the all-solid-state secondary battery based on this invention is not restrict | limited by a following example.
Example 1
[Slurry preparation process]
<Preparation of slurry for positive electrode>
50 parts by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) powder as a positive electrode active material, 50 parts by mass of Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (hereinafter LAGP) powder as a solid electrolyte, and acetylene as a
<固体電解質用スラリーの作製>
固体電解質としてLAGP粉末100質量部、バインダーとしてPVB樹脂16質量部を溶剤であるターピネオールに混合してスラリーとし、このスラリーを脱泡して固体電解質用スラリーを作製した。
<負極用スラリーの作製>
負極活物質としてチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)粉末50質量部、固体電解質としてLAGP粉末50質量部、導電助剤としてグラファイト20質量部、バインダーとしてPVB樹脂16質量部を溶剤であるターピネオールに混合してスラリーとし、このスラリーを脱泡して負極用スラリーを作製した。
<Preparation of slurry for solid electrolyte>
100 parts by mass of LAGP powder as a solid electrolyte and 16 parts by mass of PVB resin as a binder were mixed with terpineol as a solvent to form a slurry, and this slurry was defoamed to prepare a slurry for solid electrolyte.
<Preparation of slurry for negative electrode>
50 parts by mass of lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) powder as a negative electrode active material, 50 parts by mass of LAGP powder as a solid electrolyte, 20 parts by mass of graphite as a conductive additive, and 16 parts by mass of PVB resin as a binder are terpineol as a solvent The slurry was defoamed to prepare a slurry for negative electrode.
<空隙形成層用スラリー>
カーボンナノチューブ粉末100質量部、低温焼成用バインダーとしてアクリル樹脂20質量部を溶剤であるシクロヘキサノンに混合してスラリーとし、このスラリーを脱泡して空隙形成層用スラリーを作製した。
<空隙形成層付き負極集電体作製工程>
負極集電体として厚さ20μmのステンレス製の金属集電箔を使用した。集電箔の一方の面に、空隙形成層用スラリーを10mmごとに1mm幅の空隙形成層が縦横に交差して形成されるようスクリーン印刷し、乾燥して、図2に示すような空隙形成層を形成した負極集電体を作製した。
<Slurry for void forming layer>
100 parts by mass of carbon nanotube powder and 20 parts by mass of an acrylic resin as a binder for low-temperature firing were mixed with cyclohexanone as a solvent to form a slurry, and this slurry was defoamed to prepare a void forming layer slurry.
<Negative electrode collector manufacturing process with void forming layer>
A stainless steel metal current collector foil with a thickness of 20 μm was used as the negative electrode current collector. On one surface of the current collector foil, the void forming layer slurry is screen-printed so that a gap forming layer having a width of 1 mm is formed every 10 mm so as to intersect vertically and horizontally, and dried to form a void as shown in FIG. A negative electrode current collector having a layer formed thereon was produced.
<積層体グリーンシート作製工程>
正極集電体として厚さ20μmのステンレス製の金属集電箔を使用した。この集電箔の一方の面に、正極用スラリーを塗布、乾燥し、正極層グリーンシートを作製した。
続いて、正極層グリーンシートの集電箔対向面とは反対側の面上に、固体電解質用スラリーを塗布、乾燥し、固体電解質層グリーンシートを作製し、さらに、固体電解質層グリーンシートの正極層グリーンシート対向面とは反対側の面上に、負極用スラリーを塗布、乾燥し、負極層グリーンシートを作製した。
続いて、負極層グリーンシート上に、空隙形成層付き負極集電体を貼り合わせ、80℃、1000kgf/cm2(98MPa)で加圧した。この後、正極集電体および負極集電体が、積層体のそれぞれ異なる面で露出するように個々の要素に切断した。
これにより、図4に示すような積層体グリーンシートを作製した。
<Laminated green sheet production process>
A stainless steel metal current collector foil with a thickness of 20 μm was used as the positive electrode current collector. A positive electrode slurry was applied to one surface of the current collector foil and dried to prepare a positive electrode layer green sheet.
Subsequently, on the surface of the positive electrode layer green sheet opposite to the surface facing the current collector foil, a slurry for solid electrolyte is applied and dried to produce a solid electrolyte layer green sheet. Further, the positive electrode of the solid electrolyte layer green sheet The negative electrode slurry was applied on the surface opposite to the surface facing the layer green sheet and dried to prepare a negative electrode layer green sheet.
Subsequently, a negative electrode current collector with a void forming layer was bonded onto the negative electrode layer green sheet, and pressed at 80 ° C. and 1000 kgf / cm 2 (98 MPa). Thereafter, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector were cut into individual elements so as to be exposed on different surfaces of the laminate.
As a result, a laminate green sheet as shown in FIG. 4 was produced.
<焼成工程>
個々の要素に切断した積層体を、窒素気流中、昇温速度100℃/minで室温から700℃まで昇温し、その温度で30分間保持し焼成を実施した。その後、積層体を炉内放冷で室温まで冷却し、図1に示すような実施例1の全固体二次電池を作製した。
<熱分解開始温度の測定>
上述した積層体グリーンシートの正極、固体電解質層、及び負極に含有されるPVB樹脂と、空隙形成層に含有されるアクリル樹脂について、熱質量測定装置を使用し、窒素気流中、昇温速度100℃/minで室温から700℃まで昇温して、熱分解開始温度を測定した。熱分解開始温度は、累積の質量減少率が10%以上となった温度とした。
測定の結果、PVB樹脂の熱分解開始温度は370℃であった。またアクリル樹脂の熱分解開始温度は345℃であった。
<Baking process>
The laminate cut into individual elements was heated from room temperature to 700 ° C. at a temperature rising rate of 100 ° C./min in a nitrogen stream, and held at that temperature for 30 minutes for firing. Thereafter, the laminate was allowed to cool to room temperature in a furnace, and an all-solid secondary battery of Example 1 as shown in FIG. 1 was produced.
<Measurement of thermal decomposition start temperature>
About the PVB resin contained in the positive electrode, the solid electrolyte layer, and the negative electrode of the laminate green sheet described above, and the acrylic resin contained in the void forming layer, using a thermal mass measuring device, the temperature rising rate is 100 in a nitrogen stream. The temperature was raised from room temperature to 700 ° C. at a rate of ° C./min, and the thermal decomposition start temperature was measured. The thermal decomposition start temperature was a temperature at which the cumulative mass reduction rate was 10% or more.
As a result of the measurement, the thermal decomposition start temperature of the PVB resin was 370 ° C. The thermal decomposition starting temperature of the acrylic resin was 345 ° C.
(実施例2)
負極集電体の一方の面に、空隙形成層用スラリーを10mmごとに1mm幅の空隙形成層がストライプ状に形成されるようスクリーン印刷し、乾燥して、図3に示すような空隙形成層を形成した負極集電体を作製した以外は、実施例1と同様にして、実施例2の全固体二次電池を作製した。
(Example 2)
On one surface of the negative electrode current collector, the void forming layer slurry is screen-printed so that a gap forming layer having a width of 1 mm is formed in a stripe shape every 10 mm, and dried to form a void forming layer as shown in FIG. An all-solid-state secondary battery of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that a negative electrode current collector formed with a negative electrode was produced.
(実施例3)
<空隙形成層付き正極集電体作製工程>
正極集電体として厚さ20μmのステンレス製の金属集電箔を使用した。集電箔の一方の面に、空隙形成層用スラリーを10mmごとに1mm幅の空隙形成層が縦横に交差して形成されるようスクリーン印刷し、乾燥して、図2に示すような空隙形成層を形成した正極集電体を作製した。
(Example 3)
<Positive electrode current collector manufacturing process with void forming layer>
A stainless steel metal current collector foil with a thickness of 20 μm was used as the positive electrode current collector. On one surface of the current collector foil, the void forming layer slurry is screen-printed so that a gap forming layer having a width of 1 mm is formed every 10 mm so as to intersect vertically and horizontally, and dried to form a void as shown in FIG. A positive electrode current collector having a layer formed thereon was produced.
<連続積層グリーンシート作製工程>
空隙形成層を形成した正極集電体の空隙形成層側の面に、正極用スラリーを塗布、乾燥し、正極層グリーンシートを作製した。
続いて、正極層グリーンシートの集電箔対向面とは反対側の面上に、固体電解質用スラリーを塗布、乾燥し、固体電解質層グリーンシートを作製し、さらに、固体電解質層グリーンシートの正極層グリーンシート対向面とは反対側の面上に、負極用スラリーを塗布、乾燥し、負極層グリーンシートを作製した。
<Continuous laminated green sheet manufacturing process>
A positive electrode slurry was applied to the surface of the positive electrode current collector on which the void forming layer was formed, on the gap forming layer side, and dried to prepare a positive electrode layer green sheet.
Subsequently, on the surface of the positive electrode layer green sheet opposite to the surface facing the current collector foil, a slurry for solid electrolyte is applied and dried to produce a solid electrolyte layer green sheet. Further, the positive electrode of the solid electrolyte layer green sheet The negative electrode slurry was applied on the surface opposite to the surface facing the layer green sheet and dried to prepare a negative electrode layer green sheet.
これにより、図7に示すような積層体グリーンシートを作製し、これをさらに所定の大きさに切断して積層体を作製した。この積層体を5個作製した。続いて、5個の積層体を順に積層し、連続積層グリーンシートを形成した。最後に、集電箔と接していない負極層グリーンシート上に、正極集電箔と同様の厚さ20μmのステンレス製の金属集電箔からなる負極集電体を載せて図6に示すような連続積層体(連続積層体グリーンシート)を得た。続いて、連続積層体を、全体を80℃、1000kgf/cm2(98MPa)で加圧した。 Thereby, a laminate green sheet as shown in FIG. 7 was produced, and this was further cut into a predetermined size to produce a laminate. Five laminates were produced. Subsequently, five laminated bodies were laminated in order to form a continuous laminated green sheet. Finally, on the negative electrode layer green sheet that is not in contact with the current collector foil, a negative electrode current collector made of a stainless steel metal current collector foil having a thickness of 20 μm, which is the same as the positive electrode current collector foil, is mounted, as shown in FIG. A continuous laminate (continuous laminate green sheet) was obtained. Subsequently, the whole of the continuous laminate was pressurized at 80 ° C. and 1000 kgf / cm 2 (98 MPa).
<焼成工程>
連続積層体を、窒素気流中、昇温速度100℃/minで室温から700℃まで昇温し、その温度で30分間保持した後、炉内放冷で室温まで冷却し、図5に示すような連続積層焼成体である実施例3の直列全固体二次電池を作製した。
(比較例1)
負極集電箔上に空隙形成層を形成しなかった点以外は、実施例1と同様にして、比較例1の全固体二次電池を作製した。
<Baking process>
The continuous laminate was heated from room temperature to 700 ° C. in a nitrogen stream at a heating rate of 100 ° C./min, held at that temperature for 30 minutes, then cooled to room temperature by cooling in the furnace, as shown in FIG. A serial all solid state secondary battery of Example 3 which is a continuous laminated fired body was produced.
(Comparative Example 1)
An all-solid-state secondary battery of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the void forming layer was not formed on the negative electrode current collector foil.
(比較例2)
積層体グリーンシートの正極、固体電解質層、及び負極に含有されるバインダーをアクリル樹脂とし、空隙形成層に含有されるバインダーをPVB樹脂とした以外は、実施例1と同様にして、比較例2の全固体二次電池を作製した。
(比較例3)
負極集電箔上に空隙形成層を形成しなかった点以外は、実施例3と同様にして、比較例3の直列全固体二次電池を作製した。
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2 in the same manner as in Example 1 except that the binder contained in the positive electrode, the solid electrolyte layer, and the negative electrode of the laminate green sheet was an acrylic resin, and the binder contained in the void forming layer was a PVB resin. An all solid state secondary battery was prepared.
(Comparative Example 3)
A series all-solid-state secondary battery of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 3 except that no void forming layer was formed on the negative electrode current collector foil.
[電気化学評価]
以下のようにして、作製した全固体二次電池および直列全固体二次電池について電気化学評価を行った。
(実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2の全固体二次電池の評価方法)
各実施例および比較例の全固体二次電池を10個ずつ準備し、評価を行った。
各実施例および比較例の全固体二次電池を0.2Cの定電流によって電圧が2.7Vとなるまで充電した後、0.2Cの定電流にて電圧1.5Vまで放電した。このときの放電容量(0.2C放電容量)を基準容量Aとした。基準容量Aは10個の全固体二次電池の放電容量の平均値とした。
[Electrochemical evaluation]
The electrochemical evaluation was performed about the produced all-solid-state secondary battery and series all-solid-state secondary battery as follows.
(Evaluation method of all-solid-state secondary batteries of Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2)
Ten all solid state secondary batteries of each Example and Comparative Example were prepared and evaluated.
The all solid state secondary batteries of Examples and Comparative Examples were charged with a constant current of 0.2 C until the voltage reached 2.7 V, and then discharged with a constant current of 0.2 C to a voltage of 1.5 V. The discharge capacity (0.2 C discharge capacity) at this time was defined as the reference capacity A. The reference capacity A was an average value of discharge capacities of ten all solid state secondary batteries.
次に、各実施例および比較例の全固体二次電池を0.2Cの定電流にて電圧2.7Vまで充電した後、5Cの定電流にて電圧1.5Vまで放電した。このときの放電容量を5C放電容量Bとした。5C放電容量Bも基準容量Aと同様に、10個の全固体二次電池の放電容量の平均値とした。
最後に、各実施例および比較例の全固体二次電池のそれぞれについて、5C放電容量Bと基準容量Aの放電容量の比(B/A(%))で表される放電容量維持率を求め、これを電気化学評価の評価基準とした。
Next, the all solid state secondary batteries of the examples and comparative examples were charged to a voltage of 2.7 V at a constant current of 0.2 C, and then discharged to a voltage of 1.5 V at a constant current of 5 C. The discharge capacity at this time was set to 5C discharge capacity B. Similarly to the reference capacity A, the 5C discharge capacity B was also an average value of the discharge capacity of 10 all solid state secondary batteries.
Finally, for each of the all-solid-state secondary batteries of each of the examples and comparative examples, a discharge capacity maintenance ratio represented by a ratio of the discharge capacity of the 5C discharge capacity B to the reference capacity A (B / A (%)) is obtained. This was used as an evaluation standard for electrochemical evaluation.
(実施例3及び比較例3の直列全固体二次電池の評価方法)
実施例3および比較例3の直列全固体二次電池を10個ずつ準備し、評価を行った。
前記の直列全固体二次電池を0.2Cの定電流によって電圧が13.5Vとなるまで充電した後、0.2Cの定電流にて電圧7.5Vまで放電した。このときの放電容量(0.2C放電容量)を基準容量Aとした。基準容量Aは10個の直列全固体二次電池の放電容量の平均値とした。
(Evaluation method of series all-solid-state secondary battery of Example 3 and Comparative Example 3)
Ten serial all-solid-state secondary batteries of Example 3 and Comparative Example 3 were prepared and evaluated.
The series all solid state secondary battery was charged with a constant current of 0.2 C until the voltage reached 13.5 V, and then discharged with a constant current of 0.2 C to a voltage of 7.5 V. The discharge capacity (0.2 C discharge capacity) at this time was defined as the reference capacity A. The reference capacity A was the average value of the discharge capacity of 10 serial all solid state secondary batteries.
次に、前記の直列全固体二次電池を0.2Cの定電流にて電圧13.5Vまで充電した後、5Cの定電流にて電圧7.5Vまで放電した。このときの放電容量を5C放電容量Bとした。5C放電容量Bも基準容量Aと同様に、10個の直列全固体二次電池の放電容量の平均値とした。
最後に、前記の直列全固体二次電池のそれぞれについて、5C放電容量Bと基準容量Aの放電容量の比(B/A(%))で表される放電容量維持率を求め、これを電気化学評価の評価基準とした。
以下の表1に、電気化学評価の評価結果を示す。
Next, the series all-solid secondary battery was charged to a voltage of 13.5 V at a constant current of 0.2 C, and then discharged to a voltage of 7.5 V at a constant current of 5 C. The discharge capacity at this time was set to 5C discharge capacity B. Similarly to the reference capacity A, the 5C discharge capacity B was also set to the average value of the discharge capacity of 10 series all solid state secondary batteries.
Finally, for each of the series all-solid-state secondary batteries, a discharge capacity maintenance ratio represented by a ratio of the discharge capacity of the 5C discharge capacity B to the reference capacity A (B / A (%)) is obtained. Evaluation criteria for chemical evaluation were used.
Table 1 below shows the evaluation results of the electrochemical evaluation.
表1に示すように、実施例1から実施例3の各全固体二次電池は、いずれも十分な放電容量維持率を示す電気化学評価結果が得られた。実施例3の全固体二次電池は、連続積層構造であることによりバインダーが分解しにくくなり、実施例1及び実施例2よりは放電容量維持率が低下したが、電気化学評価は問題ない性能を示したと推測された。 As shown in Table 1, each of the all-solid-state secondary batteries of Examples 1 to 3 had an electrochemical evaluation result showing a sufficient discharge capacity retention rate. The all-solid-state secondary battery of Example 3 has a continuous laminated structure, so that the binder is not easily decomposed, and the discharge capacity retention rate is lower than that of Examples 1 and 2, but the electrochemical evaluation has no problem. It was speculated that it showed.
一方、比較例1の全固体二次電池は、焼成工程においてバインダーの分解ガスの排出が滞り、各グリーンシートのバインダーが無機粒子の焼結温度まで残存したため焼結が阻害されて、界面抵抗が高かったため、放電容量A及び放電容量B並びに放電容量維持率が著しく低下した。また、比較例2は、空隙の形成よりも各グリーンシートからバインダーの分解ガスが生じる方が先であったため、比較例1よりは少ないがバインダーが残存して無機粒子の焼結が阻害されて界面抵抗が増加したため、放電容量A及び放電容量B並びに放電容量維持率が低下した。さらに、比較例3の全固体二次電池は、連続積層構造であることによりバインダーが分解しにくくなり、さらに集電箔と正極及び集電箔と負極の間で層間剥離が生じて界面抵抗が増加したため、放電容量A及び放電容量B並びに放電容量維持率が低下した。 On the other hand, in the all solid state secondary battery of Comparative Example 1, the decomposition gas of the binder was delayed in the firing process, and the binder of each green sheet remained up to the sintering temperature of the inorganic particles, so that the sintering was hindered and the interface resistance was low. Since the discharge capacity was high, the discharge capacity A, the discharge capacity B, and the discharge capacity maintenance ratio were significantly reduced. Further, in Comparative Example 2, since the decomposition gas of the binder was generated from each green sheet prior to the formation of the voids, the binder remained and the sintering of the inorganic particles was inhibited although it was less than Comparative Example 1. Since the interfacial resistance increased, the discharge capacity A, the discharge capacity B, and the discharge capacity maintenance ratio decreased. Furthermore, the all-solid-state secondary battery of Comparative Example 3 has a continuous laminated structure, so that the binder is difficult to be decomposed, and delamination occurs between the current collector foil and the positive electrode and between the current collector foil and the negative electrode, resulting in an interface resistance. Due to the increase, the discharge capacity A, the discharge capacity B, and the discharge capacity maintenance rate decreased.
以上のとおり、全固体二次電池は、前記正極集電体−前記正極間および前記負極集電体−前記負極間のうち、少なくとも一方に、電極の面方向の中央部から面方向の端部までつながる空隙を有することで、放電容量A及び放電容量B並びに放電容量維持率の著しい低下を招くことがなくなり、電池性能が良好な全固体二次電池を得ることができた。
また、本実施形態の製造方法で製造される全固体二次電池は、積層体グリーンシートを一括焼成して作製することができるため、全固体二次電池の作製工程が簡易となった。
As described above, the all-solid-state secondary battery has at least one of the positive electrode current collector-between the positive electrode and the negative electrode current collector-the negative electrode at the end in the surface direction from the center in the surface direction of the electrode Thus, the discharge capacity A, the discharge capacity B, and the discharge capacity retention rate were not significantly reduced, and an all-solid secondary battery with good battery performance could be obtained.
Moreover, since the all-solid-state secondary battery manufactured by the manufacturing method of this embodiment can be produced by firing the laminated green sheet at once, the production process of the all-solid-state secondary battery is simplified.
本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。 The scope of the present invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, but also includes all embodiments that provide equivalent effects to those intended by the present invention. Further, the scope of the invention is not limited to the combinations of features of the invention defined by the claims, but can be defined by any desired combination of specific features among all the disclosed features.
1 全固体二次電池
10,20,20a〜20e 積層体グリーンシート
11 正極集電体
12 正極層
12a 正極層グリーンシート
13 固体電解質層
13a 固体電解質層グリーンシート
14 負極層
14a 負極層グリーンシート
15 負極集電体
16 空隙
17 空隙形成層
20 電極積層体
21 直列全固体二次電池
30 連続積層体グリーンシート
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記正極集電体と前記正極層との層間および前記負極集電体と前記負極層との層間のうち、少なくとも一方の層間に、層間の面に沿って面の中央部から端部まで延在して外部に開放された空隙を有することを特徴とする全固体二次電池。 A positive electrode layer is laminated on one surface of the positive electrode current collector, a negative electrode layer is laminated on one surface of the negative electrode current collector, and a solid electrolyte layer is disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer,
Extending from the center of the surface to the end along the surface between the positive electrode current collector and the positive electrode layer and at least one of the negative electrode current collector and the negative electrode layer And an all-solid-state secondary battery having a void open to the outside.
前記集電体と前記正極層との層間および前記集電体と前記負極層との層間のうち、少なくとも一方の層間に、層間の面に沿って面の中央部から端部まで延在して外部に開放された空隙を有することを特徴とする全固体二次電池。 A laminate in which a solid electrolyte layer is disposed between a positive electrode layer and a negative electrode layer is continuously laminated with a current collector made of a positive electrode current collector or a negative electrode current collector interposed therebetween,
Extending from the center of the surface to the end along the surface between the current collector and the positive electrode layer and at least one of the current collector and the negative electrode layer. An all-solid-state secondary battery having a void open to the outside.
積層した前記集電体と前記正極層グリーンシートとの層間および積層した前記集電体と前記負極層グリーンシートとの層間のうち、少なくとも一方の層間に、層間の面に沿って面の中央部から端部まで延在する空隙形成層を有し、
前記空隙形成層はバインダーおよび多孔質導電体を含み、前記空隙形成層に含まれるバインダーの熱分解開始温度は、正極層グリーンシート、固体電解質層グリーンシートおよび負極層グリーンシートに含まれるバインダーの熱分解開始温度よりも低いことを特徴とする積層体グリーンシート。 A solid electrolyte layer green sheet is disposed between the positive electrode layer green sheet and the negative electrode layer green sheet, and each of the positive electrode layer green sheet and the negative electrode layer green sheet has a positive electrode on a surface opposite to the solid electrolyte layer green sheet. A current collector consisting of a current collector or a negative electrode current collector is laminated,
The center part of the surface along the surface between the layers between the stacked current collector and the positive electrode layer green sheet and between the stacked current collector and the negative electrode layer green sheet. Having a void-forming layer extending from the end to the end,
The void-forming layer contains a binder and a porous conductor, and the thermal decomposition start temperature of the binder contained in the void-forming layer is the heat of the binder contained in the positive electrode layer green sheet, the solid electrolyte layer green sheet, and the negative electrode layer green sheet. A laminate green sheet characterized by being lower than the decomposition start temperature.
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