JP2018063809A - Green sheet, laminate green sheet, continuous laminate green sheet, all-solid type secondary battery, and fabrication methods thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a laminate green sheet which can make contribution to the enhancement in the performance of an all-solid type secondary battery, which enables the simplification of its fabrication process, and which allows the interface resistance of each layer to be kept down; an all-solid type secondary battery arranged by use of the laminate green sheet; and fabrication methods thereof.SOLUTION: A laminate green sheet is manufactured by the steps of: adding a material, which is thermally decomposed to form cavities when baked, to a slurry for making one or more kinds of electrode layers; and using the resultant slurry to laminate, on a first current collector, a first electrode layer green sheet, a solid electrolyte layer green sheet and a second electrode layer green sheet in this order. An all-solid type secondary battery is manufactured by putting together a second current collector on the second electrode layer green sheet of the laminate green sheet, followed by collective baking. A series all-solid type secondary battery is manufactured by collectively baking a continuous laminate green sheet manufactured by successively laminating laminate green sheets identical to the above laminate green sheet.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、積層体グリーンシート及び積層体グリーンシートを用いた全固体二次電池に関する技術である。   The present invention relates to a multilayer green sheet and an all-solid secondary battery using the multilayer green sheet.

近年は、パーソナルコンピュータ(PC)やスマートフォン等に代表される小型電子機器の高機能化に伴い消費電力が増大している。また、ハイブリッド車や電気自動車等の車載用途や、家庭用蓄電池等の定置用途の需要拡大が進んでいる。それに伴い、二次電池に対して更なる高エネルギー密度化への要求が加速している。
更に、現在上記用途に用いられているリチウムイオン二次電池は、有機電解液を使用しており、使用状況によっては電解液の漏液、発火等の可能性があるため、安全性向上が求められている。
In recent years, power consumption has increased with the advancement of functions of small electronic devices typified by personal computers (PCs) and smartphones. In addition, demand for in-vehicle applications such as hybrid vehicles and electric vehicles, and stationary applications such as household storage batteries is increasing. Along with this, demands for higher energy density for secondary batteries are accelerating.
Furthermore, the lithium ion secondary battery currently used for the above applications uses an organic electrolyte, and depending on the usage situation, there is a possibility of leakage of the electrolyte, ignition, etc. It has been.

これに対し、全固体二次電池は、有機電解液を使用せず、固体材料のみで構成されていることから、漏液や発火の可能性が無く、安全性に優れている。したがって、ポストリチウムイオン二次電池として有望である。
しかしながら、現在実用化されている全固体二次電池は、薄膜全固体二次電池のみであり、エネルギー密度が小さい。更に、正極層、固体電解質層、負極層を、蒸着法、スパッタ法により作製しているため、減圧雰囲気下で製造する必要があり、大面積化、大量生産には適さない。
On the other hand, the all-solid-state secondary battery is composed of only a solid material without using an organic electrolytic solution, and therefore has no possibility of leakage or ignition and is excellent in safety. Therefore, it is promising as a post lithium ion secondary battery.
However, all solid-state secondary batteries currently in practical use are only thin-film all-solid secondary batteries and have a low energy density. 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 them under a reduced pressure atmosphere, which is not suitable for large area and mass production.

これに対する高容量形の全固体二次電池の製造方法として、特許文献1、2に記載の製造方法がある。その製造方法は、従来のリチウムイオン二次電池と同様な塗布法・印刷法により、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を厚膜で作製し、その各層グリーンシートを貼り合わせて積層体グリーンシートを形成し、その積層体グリーンシートを一括焼成した後、集電体で挟み込んで作製する方法である。   As a method for manufacturing a high capacity all solid state secondary battery, there are manufacturing methods described in Patent Documents 1 and 2. The manufacturing method is to produce a positive electrode layer green sheet, a solid electrolyte layer green sheet and a negative electrode layer green sheet with a thick film by the same coating method and printing method as a conventional lithium ion secondary battery, and paste each layer green sheet. In addition, a laminate green sheet is formed, and the laminate green sheet is fired at once and then sandwiched between current collectors.

特開2000−340255号公報JP 2000-340255 A 国際公開第2011/111555号International Publication No. 2011-111555

特許文献1、2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。更に、焼成が2回あり、製造効率が悪いという課題がある。
また、グリーンシートを焼成する際にバインダーの分解によるガスが発生するが、特許文献1、2では、グリーンシート内の空孔が小さく、ガス抜けが悪いため、焼成に時間がかかるという課題がある。
As in Patent Documents 1 and 2, when a laminated fired body including a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer is sandwiched between a positive electrode current collector and a negative electrode current collector, the positive electrode current collector, the positive electrode layer, and the negative electrode current collector There is a problem that the interfacial resistance between the electrode and the negative electrode layer is high and the battery performance is poor. Furthermore, there is a problem that the firing efficiency is poor since there are two firings.
Further, when the green sheet is fired, gas due to the decomposition of the binder is generated. However, Patent Documents 1 and 2 have a problem that firing takes time because the pores in the green sheet are small and gas escape is bad. .

ここで、ガス抜けが悪い場合、電極層と固体電解質層との界面がガス抜け時に剥離することで、界面抵抗が大きくなり、電池性能が悪いといった課題がある。
本発明の目的は、バインダー分解時のガス抜けを良くし、全固体二次電池の性能向上に寄与し、かつ、製造工程を簡略化し、各層の界面抵抗抑制を可能にするグリーンシート、積層体グリーンシート、連続積層体グリーンシート及びそれらの製造方法、並びに全固体二次電池の製造方法を提供することである。
Here, when the gas escape is bad, there is a problem that the interface between the electrode layer and the solid electrolyte layer peels when the gas escapes, resulting in an increase in interface resistance and poor battery performance.
An object of the present invention is to provide a green sheet and a laminate that improve gas escape during binder decomposition, contribute to improving the performance of an all-solid secondary battery, simplify the manufacturing process, and suppress interface resistance of each layer. It is to provide a green sheet, a continuous laminate green sheet, a manufacturing method thereof, and a manufacturing method of an all-solid secondary battery.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、焼成時に、熱分解し、空隙を形成する材料を添加したグリーンシートを作製することに想到した。すなわち、焼成時に添加した材料が熱分解することで空隙を形成し、バインダー分解時にガス抜けが良くなることにより、短時間、かつ、各層が電気抵抗の小さい良好な界面が形成できることを見出した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have come up with the idea of producing a green sheet to which a material that thermally decomposes and forms voids is added during firing. That is, it was found that the material added at the time of firing thermally decomposes to form voids, and the gas escape is improved at the time of binder decomposition, so that each layer can form a good interface with low electrical resistance in a short time.

そして、本発明の一態様に係るグリーンシートは、活物質又は固体電解質と、バインダーとを含む全固体二次電池用のグリーンシートであって、焼成の際の熱によって熱分解して空隙を形成する材料である空隙形成材料が添加され、前記空隙形成材料は、前記活物質又は固体電解質100質量部に対し1〜20質量部添加され、前記空隙形成材料は粒体の形で添加され、その粒体の粒径が5μm以上30μm以下の範囲であることを特徴とする。   The green sheet according to one embodiment of the present invention is a green sheet for an all-solid secondary battery including an active material or a solid electrolyte and a binder, and is thermally decomposed by heat during firing to form voids. A void forming material, which is a material to be added, is added to 1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material or solid electrolyte, and the void forming material is added in the form of granules, The particle size of the granule is in the range of 5 μm to 30 μm.

本発明の一態様によれば、焼成の際におけるグリーンシート内のガス抜け性が良好となる。
このため、積層したグリーンシート間の各層の界面抵抗を抑制しつつ、全固体二次電池の作製工程を簡略化した全固体二次電池の作製が可能となる。
According to one embodiment of the present invention, the gas release property in the green sheet during firing is good.
For this reason, it becomes possible to produce an all-solid secondary battery in which the production process of the all-solid secondary battery is simplified while suppressing the interface resistance of each layer between the stacked green sheets.

本発明に基づく実施形態に係る積層したグリーンシートの模式図である。It is a schematic diagram of the laminated | stacked green sheet which concerns on embodiment based on this invention. 本発明に基づく実施形態に係る添加材料分解後のグリーンシートの模式図である。It is a schematic diagram of the green sheet after decomposition of the additive material according to the embodiment of the present invention. 本発明に基づく実施形態に係る積層体グリーンシートの模式図である。It is a schematic diagram of the laminated body green sheet which concerns on embodiment based on this invention. 本発明に基づく実施形態に係る両側集電体付き積層体グリーンシートの模式図である。It is a schematic diagram of the laminated body green sheet with a both-sides collector which concerns on embodiment based on this invention. 本発明に基づく実施形態に係る連続積層体グリーンシートの模式図である。It is a schematic diagram of the continuous laminated body green sheet which concerns on embodiment based on this invention. 本発明に基づく実施形態に係る焼成工程前の連続積層体グリーンシートの模式図である。It is a schematic diagram of the continuous laminated body green sheet before the baking process which concerns on embodiment based on this invention.

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
なお、本発明の実施形態は、以下に記載する実施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形態も本発明の実施形態の範囲に含まれるものである。
図1は、積層したグリーンシートの一例を示し、負極層グリーンシート13の一方の面に、固体電解質層グリーンシート12及び正極層グリーンシート11がこの順に積層した積層体グリーンシートである。そして、例えば、負極層グリーンシート13の他方の面に第1集電体としての集電体が設けられた場合、負極層グリーンシート13が第1電極層グリーンシートとなり、正極層グリーンシート11が第2電極層グリーンシートとなる。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that the embodiments of the present invention are not limited to the embodiments described below, and it is possible to make design changes based on the knowledge of those skilled in the art, and such changes have been made. Embodiments are also included in the scope of the embodiments of the present invention.
FIG. 1 shows an example of a laminated green sheet, which is a laminated green sheet in which a solid electrolyte layer green sheet 12 and a positive electrode layer green sheet 11 are laminated in this order on one surface of a negative electrode layer green sheet 13. For example, when the current collector as the first current collector is provided on the other surface of the negative electrode layer green sheet 13, the negative electrode layer green sheet 13 becomes the first electrode layer green sheet, and the positive electrode layer green sheet 11 It becomes a 2nd electrode layer green sheet.

負極層グリーンシート13には、負極活物質粒子5と導電助剤とバインダーとを含む。
固体電解質層グリーンシート12には、固体電解質粒子2とバインダーとを含む。
正極層グリーンシート11には、正極活物質粒子1と導電助剤3とバインダーとを含む。
この図1の例では、各グリーンシートに、焼成の際の熱によって熱分解して空隙を形成する材料である粒子状の空隙形成材料が添加されている。空隙形成材料4は、正極層グリーンシート11、負極層グリーンシート13、固体電解質層グリーンシート12のうちの一部のグリーンシートだけに添加されていても良い。
The negative electrode layer green sheet 13 includes negative electrode active material particles 5, a conductive additive and a binder.
The solid electrolyte layer green sheet 12 includes solid electrolyte particles 2 and a binder.
The positive electrode layer green sheet 11 includes positive electrode active material particles 1, a conductive additive 3, and a binder.
In the example of FIG. 1, a particulate void forming material, which is a material that is thermally decomposed by heat during firing to form voids, is added to each green sheet. The void forming material 4 may be added only to some of the green sheets of the positive electrode layer green sheet 11, the negative electrode layer green sheet 13, and the solid electrolyte layer green sheet 12.

空隙形成材料4の熱分解温度は、バインダーの熱分解温度よりも低いことが好ましい。
また、空隙形成材料4の添加量は、空隙形成材料が添加されたグリーンシートに含まれる、活物質100質量部に対して、1〜20質量部であることが好ましい。また、空隙形成材料4が、固体電解質層グリーンシート12に添加される場合には、空隙形成材料4の添加量は、空隙形成材料が添加された固体電解質層グリーンシート12に含まれる固体電解質100質量部に対して、1〜20質量部であることが好ましい。
The thermal decomposition temperature of the void forming material 4 is preferably lower than the thermal decomposition temperature of the binder.
Moreover, it is preferable that the addition amount of the space | gap formation material 4 is 1-20 mass parts with respect to 100 mass parts of active materials contained in the green sheet to which the space | gap formation material was added. When the void forming material 4 is added to the solid electrolyte layer green sheet 12, the amount of the void forming material 4 added is the solid electrolyte 100 contained in the solid electrolyte layer green sheet 12 to which the void forming material is added. It is preferable that it is 1-20 mass parts with respect to a mass part.

空隙形成材料は、粒体の形で添加され、その粒体の粒径が5μm以上30μm以下の範囲であることが好ましい。
活物質粒子は、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良く、特に限定されない。活物質粒子のうち、より貴な電位を示すものを正極側の正極活物質粒子1として用い、より卑な電位を示すものを負極側の負極活物質粒子5として用いることができる。
It is preferable that the void forming material is added in the form of granules, and the particle diameter of the granules is in the range of 5 μm to 30 μm.
The active material particles may be any material that can occlude and release lithium ions, and are not particularly limited. Among the active material particles, those showing a more noble potential can be used as the positive electrode active material particles 1 on the positive electrode side, and those showing a lower potential can be used as the negative electrode active material particles 5 on the negative electrode side.

正極活物質粒子1としては、例えば、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(LiNiCo1−y−xMn)、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMn)、リン酸鉄リチウム(LiFePO)、リン酸コバルトリチウム(LiCoPO)、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO)、リン酸バナジウムリチウム(Li(PO)等のリチウム遷移金属化合物を用いることができる。 The positive electrode active material particles 1, for example, lithium nickel cobalt manganese oxide (LiNi x Co 1-y- x Mn y O 2), lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickelate (LiNiO 2), lithium manganate ( LiMn 2 O 4 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), lithium cobalt phosphate (LiCoPO 4 ), lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), lithium vanadium phosphate (Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 ), etc. Lithium transition metal compounds can be used.

負極活物質粒子5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系合金等の合金材料、LiCoN等の窒化物、チタン酸リチウム(LiTi12)、リン酸バナジウムリチウム(Li(PO)等のリチウム遷移金属酸化物を用いることができる。また、金属リチウム箔を用いても良い。 Examples of the negative electrode active material particles 5 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.

固体電解質粒子2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良く、特に限定されない。固体電解質粒子2としては、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を用いることができる。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、酸化物ガラス等を用いることができる。例えば、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO、Li0.29La0.571TiO、LiSiO−LiPO、LiBO−LiPO、LiLaZr12、Li3.40.6Si0.4等を用いることができる。 The solid electrolyte particles 2 are not particularly limited as long as they have a low electron conductivity and a high lithium ion conductivity. As the solid electrolyte particles 2, for example, an oxide solid electrolyte or a sulfide solid electrolyte amorphous body (glass body), crystal body, glass ceramic, or the like can be 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 can be used. For example, 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 and the like can be used.

導電助剤3は、導電性を有する材料であれば良く、特に限定されない。導電助剤3としては、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。導電助剤3の含有量は、活物質粒子100質量部に対して90質量部未満であることが好ましい。導電助剤の含有量が質量部以上であると、活物質粒子の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。   The conductive auxiliary agent 3 is not particularly limited as long as it is a conductive material. As the conductive assistant 3, for example, a conductive carbon material, particularly carbon black, activated carbon, carbon carbon fiber, or the like can be used. The content of the conductive auxiliary agent 3 is preferably less than 90 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material particles. If the content of the conductive auxiliary is not less than part by mass, the mass of the active material particles may be insufficient and the lithium storage capacity may be reduced.

バインダーは、活物質粒子、固体電解質粒子及び導電助剤と結着し、かつ、後述する焼成条件で分解する材料であれば良く、特に限定されない。バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、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、アクリル樹脂等を用いることができる。   The binder is not particularly limited as long as it is a material that binds to the active material particles, the solid electrolyte particles, and the conductive additive and decomposes under the firing conditions described later. As the binder, for example, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl butyral, polyvinyl acetal, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethyl cellulose, acrylic resin, and the like can be used.

グリーンシート内の空隙形成材料4は、バインダーの熱分解温度より熱分解温度が低い材料であれば良く、特に限定されない。空隙形成材料4としては、例えば、マイクロカプセルやマイクロビーズ、昇華性物質等を用いることが出来る。
マイクロカプセル、マイクロビーズの構成材料としては、ポリウレタン類、ポリウレア類、ポリアミド類、ポリエステル類、ポリカーボネート類、ポリアクリレート類、ポリスチレン類、ポリメタクリル酸メチル類、塩化ビニリデン、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂及びそれらの共重合体等が挙げられ、バインダーよりも熱分解温度が低ければ、特に限定はされない。
The void forming material 4 in the green sheet is not particularly limited as long as it has a lower pyrolysis temperature than that of the binder. As the void forming material 4, for example, microcapsules, microbeads, sublimation substances, or the like can be used.
The constituent materials of microcapsules and microbeads include polyurethanes, polyureas, polyamides, polyesters, polycarbonates, polyacrylates, polystyrenes, polymethyl methacrylates, vinylidene chloride, urea-formaldehyde resins, melamine resins and These copolymers and the like can be mentioned, and there is no particular limitation as long as the thermal decomposition temperature is lower than that of the binder.

昇華性物質としては、ナフタレン、1,7,7-トリメチルビシクロヘプタン-2-オン、固体二酸化炭素、ヨウ素、氷、シクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸、シクロヘキサン-1,3-ジカルボン酸、シクロヘキサン-1,4-ジカルボン酸、シクロヘキサン-1,2,4-ジカルボン酸、フタル酸、アミノアセトフェノン、バニリン、4-ヒドロキシフタル酸、トリメット酸、無水トリメット酸、ジメトキシアセトフェノン、5-ヒドロキシイソフタル酸、没食子酸、没食子酸メチル、1,7-ジヒドロナフタレン、4,4’-ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン等が挙げられ、バインダーの熱分解温度よりも、昇華点が低ければ、特に限定はされない。   Sublimable substances include naphthalene, 1,7,7-trimethylbicycloheptan-2-one, solid carbon dioxide, iodine, ice, cyclohexane-1,2-dicarboxylic acid, cyclohexane-1,3-dicarboxylic acid, cyclohexane- 1,4-dicarboxylic acid, cyclohexane-1,2,4-dicarboxylic acid, phthalic acid, aminoacetophenone, vanillin, 4-hydroxyphthalic acid, trimetic acid, trimetic anhydride, dimethoxyacetophenone, 5-hydroxyisophthalic acid, gallic acid Methyl gallate, 1,7-dihydronaphthalene, 4,4'-dihydroxybenzophenone, 2,2 ', 4,4'-tetrahydroxybenzophenone, etc., and the sublimation point is lower than the thermal decomposition temperature of the binder. There is no particular limitation.

空隙形成材料4の含有量は、活物質粒子100質量部に対して、0.5質量部以上30質量部以下であることが好ましい。さらに好ましくは、活物質粒子100質量部に対して1質量部以上20質量部以下である。空隙形成材料4の含有量が30質量部より多いと、活物質粒子の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。空隙形成材料4の含有量が0.5質量部未満であると、空隙形成材料4が少なすぎて、ガスが抜ける空隙が十分に形成されないことがある。   The content of the void forming material 4 is preferably 0.5 parts by mass or more and 30 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the active material particles. More preferably, they are 1 mass part or more and 20 mass parts or less with respect to 100 mass parts of active material particles. When there is more content of the space | gap formation material 4 than 30 mass parts, the mass of an active material particle may run short and lithium storage capacity may fall. When the content of the void forming material 4 is less than 0.5 parts by mass, the void forming material 4 is too small, and the void through which the gas escapes may not be formed sufficiently.

空隙形成材料4の粒径は、1μm以上40μm以下が好ましい。さらに好ましくは、5μm以上30μm以下である。空隙形成材料4の粒径が40μmより大きいと、電池体積あたりの活物質粒子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。空隙形成材料4の粒径が1μm未満では、形成される空隙が小さすぎて、ガス抜け性が悪く、空隙形成材料4の効果がほとんどなくなってしまう。
図2は、図1の積層体グリーンシートについて焼結した後の状態を示すものである。焼結によって空隙形成材料4は熱分解して、対象とする焼結後のグリーンシート内に空隙を形成する。
The particle diameter of the void forming material 4 is preferably 1 μm or more and 40 μm or less. More preferably, they are 5 micrometers or more and 30 micrometers or less. If the particle diameter of the void-forming material 4 is larger than 40 μm, the active material particles per battery volume may be insufficient and the lithium storage capacity may be reduced. When the particle diameter of the void forming material 4 is less than 1 μm, the formed voids are too small, the gas releasing property is poor, and the effect of the void forming material 4 is almost lost.
FIG. 2 shows a state after the laminated green sheet of FIG. 1 is sintered. The void forming material 4 is thermally decomposed by the sintering to form voids in the target green sheet after sintering.

(積層体グリーンシート)
本実施形態に係る積層体グリーンシートは、図3に示すように、第1集電体を構成する集電体14上に、負極層グリーンシート13、固体電解質層グリーンシート12、正極層グリーンシート11の順に形成される。なお、正極層グリーンシート11と負極層グリーンシート13との配置は反対でも良い。すなわち、本実施形態に係る積層体グリーンシートは、集電体14上に正極層グリーンシート11、固体電解質層グリーンシート12、負極層グリーンシート13の順に形成されていても良い。
(Laminated green sheet)
As shown in FIG. 3, the laminate green sheet according to the present embodiment has a negative electrode layer green sheet 13, a solid electrolyte layer green sheet 12, and a positive electrode layer green sheet on a current collector 14 constituting a first current collector. 11 are formed in this order. The arrangement of the positive electrode layer green sheet 11 and the negative electrode layer green sheet 13 may be reversed. That is, the laminate green sheet according to the present embodiment may be formed on the current collector 14 in the order of the positive electrode layer green sheet 11, the solid electrolyte layer green sheet 12, and the negative electrode layer green sheet 13.

更に、図4に示すように、積層の上面側に位置する正極層グリーンシート11の上に、第2集電体を構成する集電体14を設けても良い。
集電体14は、導電性を有する材料であれば良く、特に限定されない。集電体14としては、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、金及び白金等の金属材料を用いることができる。集電体14の材料については、後述する焼成条件で溶融及び分解しないことや、集電体14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。
Further, as shown in FIG. 4, a current collector 14 constituting a second current collector may be provided on the positive electrode layer green sheet 11 positioned on the upper surface side of the stack.
The current collector 14 is not particularly limited as long as it is a conductive material. As the current collector 14, for example, a metal material such as stainless steel, nickel, aluminum, iron, titanium, copper, palladium, gold, and platinum can be used. The material of the current collector 14 is preferably selected in consideration of not melting and decomposing under the firing conditions described later, and the battery operating potential and conductivity applied to the current collector 14.

正極層グリーンシート11、及び負極層グリーンシート13は、活物質粒子、固体電解質粒子2、及び導電助剤3を含有するバインダーを溶媒と共に混合して正極スラリー及び負極スラリーとし、これら正極スラリー及び負極スラリーを集電体等上に塗布形成もしくは印刷形成したのち、乾燥して形成される。正極スラリー及び負極スラリーの調製方法は特に限定されない。   The positive electrode layer green sheet 11 and the negative electrode layer green sheet 13 are prepared by mixing a binder containing active material particles, solid electrolyte particles 2 and conductive aid 3 together with a solvent to form a positive electrode slurry and a negative electrode slurry. The slurry is formed by coating or printing on a current collector or the like and then drying. The method for preparing the positive electrode slurry and the negative electrode slurry is not particularly limited.

固体電解質層グリーンシート12は、固体電解質粒子2及びバインダーを溶媒と共に混合して固体電解質スラリーとし、これらを正極層グリーンシートもしくは負極層グリーンシート上に塗布形成もしくは印刷形成したのち、乾燥して形成される。固体電解質スラリーの調製方法は特に限定されない。
なお、正極層グリーンシート11、固体電解質層グリーンシート12及び負極層グリーンシート13における固体電解質粒子2は、同じであっても異なっても良く、同一のグリーンシート内に2種以上を併用しても良い。
The solid electrolyte layer green sheet 12 is formed by mixing solid electrolyte particles 2 and a binder together with a solvent to form a solid electrolyte slurry, which is applied or printed on the positive electrode layer green sheet or the negative electrode layer green sheet, and then dried. Is done. The method for preparing the solid electrolyte slurry is not particularly limited.
The solid electrolyte particles 2 in the positive electrode layer green sheet 11, the solid electrolyte layer green sheet 12, and the negative electrode layer green sheet 13 may be the same or different, and two or more kinds are used in the same green sheet. Also good.

正極層グリーンシート11、固体電解質層グリーンシート12及び負極層グリーンシート13におけるバインダーは、3質量部以上40質量部以下であることが望ましい。3質量部より少ない場合、十分な結着をすることできず、40質量部より大きい場合には、電極体積あたりの容量が大きく低下する。より好ましくは3質量部以上25質量部以下である。   The binder in the positive electrode layer green sheet 11, the solid electrolyte layer green sheet 12, and the negative electrode layer green sheet 13 is desirably 3 parts by mass or more and 40 parts by mass or less. When the amount is less than 3 parts by mass, sufficient binding cannot be achieved, and when the amount is greater than 40 parts by mass, the capacity per electrode volume is greatly reduced. More preferably, they are 3 to 25 mass parts.

正極スラリー、固体電解質スラリー及び負極スラリーに用いる溶媒は、上記バインダーを溶解可能であれば、特に限定されない。溶媒としては、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、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)等の有機溶剤、及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良く、2種以上を併用しても良い。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 solid electrolyte slurry, and the negative electrode slurry is not particularly limited as long as the binder can be dissolved. Examples of the solvent include alcohols such as ethanol, isopropanol, and n-butanol, toluene, ethyl acetate, butyl acetate, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethylene glycol ethyl ether, isophorone, butyl lactate, dioctyl phthalate, dioctyl adipate, Organic solvents such as benzyl alcohol, N, N-dimethylformamide (DMF), N-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.

図示しないが、正極スラリー、固体電解質スラリー及び負極スラリーは、正極層グリーンシート11、固体電解質層グリーンシート12及び負極層グリーンシート13の焼成時に各グリーンシート内における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更に含有していても良い。焼成助剤は、活物質粒子及び固体電解質粒子2と反応せず、固体電解質粒子2の焼成温度よりも軟化点温度が低ければ特に限定はされない。焼成助剤としては、例えば、ホウ素化合物を用いることができる。各グリーンシート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。   Although not shown, the positive electrode slurry, the solid electrolyte slurry, and the negative electrode slurry promote the formation of a matrix structure in each green sheet when the positive electrode layer green sheet 11, the solid electrolyte layer green sheet 12, and the negative electrode layer green sheet 13 are fired. You may further contain the baking auxiliary agent which reduces temperature. The firing aid is not particularly limited as long as it does not react with the active material particles and the solid electrolyte particles 2 and has a softening point temperature lower than the firing temperature of the solid electrolyte particles 2. As the firing aid, for example, a boron compound can be used. By adjusting the content and firing temperature of the firing aid of each green sheet, when forming a laminated fired body by firing, it prevents cracking due to internal strain and internal stress of each layer and promotes the formation of a matrix structure can do.

このように、正極スラリー、固体電解質スラリー及び負極スラリーは、上述した活物質粒子、固体電解質粒子2、導電助剤3、熱分解して空隙を形成する空隙形成材料4、バインダーのほか、溶媒や、必要に応じて焼成助剤等を混合することで作製できる。また、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材料を添加しても良い。   As described above, the positive electrode slurry, the solid electrolyte slurry, and the negative electrode slurry include the active material particles, the solid electrolyte particles 2, the conductive auxiliary agent 3, the void forming material 4 that is thermally decomposed to form voids, the binder, the solvent, If necessary, it can be prepared by mixing a baking aid or the like. Moreover, the mixing method of a slurry is not specifically limited, You may add materials, such as a thickener, a plasticizer, an antifoamer, a leveling agent, and an adhesive provision agent, as needed.

正極スラリー、固体電解質スラリー及び負極スラリーの塗布及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。
正極スラリー、固体電解質スラリー及び負極スラリーの乾燥方法は、特に限定されない。例えば、加熱乾燥、減圧乾燥、加熱減圧乾燥等を用いることができる。乾燥雰囲気は、特に限定されない。例えば、大気雰囲気下、窒素雰囲気下で行うことができる。
Specifically, the application method and printing method of the positive electrode slurry, the solid electrolyte slurry, and the negative electrode slurry include a doctor blade method, a calendar method, a spin coating method, a dip coating method, an ink jet method, an offset method, a die coating method, a spray method, and a screen. A printing method or the like can be used.
The drying method of the positive electrode slurry, the solid electrolyte slurry, and the negative electrode slurry is not particularly limited. For example, heat drying, reduced pressure drying, heat reduced pressure drying and the like can be used. The drying atmosphere is not particularly limited. For example, it can be performed in an air atmosphere or a nitrogen atmosphere.

正極層グリーンシート11により形成される正極層の厚さや、負極層グリーンシート13により形成される負極層の厚さは、所望の電池容量に応じて決定することができる。
固体電解質層グリーンシート12により形成される固体電解質層の厚さは、1μm以上500μm以下の範囲となることが好ましい。1μmよりも薄いと、正極層と負極層が短絡し、全固体二次電池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。500μmよりも厚いと固体電解質層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、全固体二次電池の出力が低くなる可能性がある。
The thickness of the positive electrode layer formed by the positive electrode layer green sheet 11 and the thickness of the negative electrode layer formed by the negative electrode layer green sheet 13 can be determined according to a desired battery capacity.
The thickness of the solid electrolyte layer formed by the solid electrolyte layer green sheet 12 is preferably in the range of 1 μm to 500 μm. If it is thinner than 1 μm, the positive electrode layer and the negative electrode layer are short-circuited, and not only the performance of the all-solid-state secondary battery is lowered, but also the safety may be lowered. If it is thicker than 500 μm, the movement of conductive ions such as lithium ions in the solid electrolyte layer is hindered, and the output of the all-solid secondary battery may be lowered.

本実施形態に係る積層焼成体は、焼成工程において、本実施形態に係る積層体グリーンシートから空隙形成材料4で空隙を形成し、さらにバインダーを脱脂し、その後、粒子同士を焼結することで形成される。
焼成工程における加熱温度は、積層体グリーンシートに含まれるバインダーの熱分解温度以上、且つ、活物質粒子の酸化温度未満又は集電体の燃焼温度未満の温度であり、具体的には300℃以上1100℃以下が好ましく、更には300℃以上900℃以下がより好ましい。300℃より低いとバインダーが燃焼しきらずに残渣となり、層内で抵抗体となる可能性がある。1100℃よりも高いと、活物質粒子や固体電解質粒子が溶融・変質し、電池性能を劣化させる可能性がある。
In the firing process, the laminated fired body according to the present embodiment forms voids with the gap forming material 4 from the laminated green sheet according to the present embodiment, further degreases the binder, and then sinters the particles. It is formed.
The heating temperature in the firing step is equal to or higher than the thermal decomposition temperature of the binder contained in the laminate green sheet and lower than the oxidation temperature of the active material particles or lower than the combustion temperature of the current collector, specifically 300 ° C. or higher. It is preferably 1100 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. When the temperature is lower than 300 ° C., the binder does not completely burn but becomes a residue, which may become a resistor in the layer. When the temperature is higher than 1100 ° C., the active material particles and the solid electrolyte particles may be melted and deteriorated to deteriorate the battery performance.

焼成工程での雰囲気は、特に限定されない。例えば、大気雰囲気下、窒素雰囲気下で行うことができるが、活物質粒子と集電体14との反応や、集電体14の導電性の低下が懸念される場合は、不活性雰囲気下で行うことが望ましい。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良く、特に限定されない。
本実施形態に係る連続積層体グリーンシート15は、図5に示すように、図3に示される複数個の積層体グリーンシートを連続して積層したものである。このとき、下側の積層体グリーンシートの前記第2電極層グリーンシートの上に上側の積層体グリーンシートの前記第1集電体が積層するようにして、順次積層する。このように、一方の積層体グリーンシートの集電体と、他方の積層体グリーンシートの正極層グリーンシートもしくは負極層グリーンシートとが隣接するように貼り合わされて順次積層される。積層体グリーンシートの貼合わせ方法は特に限定されない。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、熱間静水圧プレス等を用いることができる。
The atmosphere in the firing step is not particularly limited. For example, the reaction can be performed in an air atmosphere or a nitrogen atmosphere, but when there is a concern about the reaction between the active material particles and the current collector 14 or the decrease in the conductivity of the current collector 14, it may be performed in an inert atmosphere. It is desirable to do. The firing time is not particularly limited as long as the binder used is sufficiently decomposed.
As shown in FIG. 5, the continuous laminate green sheet 15 according to the present embodiment is obtained by continuously laminating a plurality of laminate green sheets shown in FIG. 3. At this time, the first current collector of the upper laminate green sheet is laminated on the second electrode layer green sheet of the lower laminate green sheet sequentially. In this way, the current collector of one laminate green sheet and the positive electrode layer green sheet or the negative electrode layer green sheet of the other laminate green sheet are bonded and sequentially laminated. The method for laminating the laminate green sheet is not particularly limited. For example, a flat plate press, roll press, hot press, cold isostatic press, hot isostatic press and the like can be used.

図6に示す連続積層体グリーンシート15は、図5のように連続して積層体グリーンシートを積層した上面側に更に集電体14を積層したものである。
本実施形態に係る連続積層焼成体は、連続積層体グリーンシート15を焼成して形成される。焼成条件は、上記積層焼成体の形成における焼成条件と同様の条件を用いることができる。
The continuous laminate green sheet 15 shown in FIG. 6 is obtained by further laminating a current collector 14 on the upper surface side where the laminate green sheets are continuously laminated as shown in FIG.
The continuous laminated fired body according to the present embodiment is formed by firing the continuous laminated green sheet 15. The firing conditions can be the same as the firing conditions in the formation of the laminated fired body.

本実施形態に係る全固体二次電池は、積層体グリーンシート又は連続積層体グリーンシート15の最初の集電体から最も離れた正極層グリーンシート11もしくは負極層グリーンシート13上に他の集電体14を貼り合わせて、図4や図6に示す積層体としてから、一括焼成して形成することができる。焼成条件は、積層焼成体の形成における焼成条件と同様の条件を用いることができる。   The all-solid-state secondary battery according to the present embodiment has another current collector on the positive electrode layer green sheet 11 or the negative electrode layer green sheet 13 farthest from the first current collector of the laminate green sheet or the continuous laminate green sheet 15. The body 14 can be bonded to form a laminated body shown in FIGS. 4 and 6 and then fired at once. The firing conditions can be the same as the firing conditions in the formation of the laminated fired body.

以上のように、本実施形態では、グリーンシート作製スラリー内に、熱分解により空隙が形成される空隙形成材料4が添加され、そのスラリーを用いて塗布法により、第1集電体上に、正極又は負極として第1電極層グリーンシート、固体電解質層グリーンシート、及び対極として第2電極層グリーンシートをこの順に積層した積層体グリーンシートを作製した。   As described above, in this embodiment, the void forming material 4 in which voids are formed by thermal decomposition is added to the green sheet preparation slurry, and the slurry is used to apply the slurry onto the first current collector. A laminate green sheet was produced in which a first electrode layer green sheet, a solid electrolyte layer green sheet as a positive electrode or a negative electrode, and a second electrode layer green sheet as a counter electrode were laminated in this order.

その後、その積層体グリーンシートの第2電極層グリーンシート上に第2集電体を貼り合わせて一括焼成することにより全固体二次電池を作製した。
焼成時に、空隙が形成され、ガス抜け性が良くなり、各層の界面抵抗の低減が可能となった。
また、上記積層体グリーンシートを連続的に積層して、積層された複数の積層体グリーンシート同士の間、及び積層された複数の積層体グリーンシートの積層方向外面の更に外側に、集電体14を貼り合わせて連続積層体グリーンシート15を作製し、その連続積層体グリーンシート15を一括焼成することにより直列全固体二次電池を作製した。
Then, the 2nd electrical power collector was bonded together on the 2nd electrode layer green sheet of the laminated body green sheet, and the all-solid-state secondary battery was produced by baking collectively.
At the time of firing, voids were formed, the gas releasing property was improved, and the interfacial resistance of each layer could be reduced.
The laminated green sheets are continuously laminated, and a current collector is disposed between the laminated green sheets and on the outer side in the stacking direction of the laminated green sheets. 14 were laminated to produce a continuous laminate green sheet 15, and the continuous laminate green sheet 15 was collectively fired to produce a series all solid state secondary battery.

また、一括焼成することにより、第1集電体と第1電極層グリーンシートとの界面、並びに第2集電体と第2電極層グリーンシートとの界面で、隣接する層の粒子同士の化学結合が形成されている。
これにより、固体電解質粒子と直接接触する活物質粒子の割合が飛躍に向上し、粒子間の界面抵抗の低減が可能となった。
In addition, by batch firing, the chemistry of particles in adjacent layers at the interface between the first current collector and the first electrode layer green sheet and at the interface between the second current collector and the second electrode layer green sheet. A bond is formed.
As a result, the ratio of the active material particles in direct contact with the solid electrolyte particles has been dramatically improved, and the interfacial resistance between the particles can be reduced.

本実施形態に係る積層体グリーンシートの作製工程は、従来の転写法とは違い、積層体グリーンシートを連続的に作製することが可能であり、更に一括焼成することで、各層どうしの界面抵抗を抑制しつつ、焼成工程を1回にすることが可能となった。
また、上記積層体グリーンシートを連続的に積層することで連続積層体グリーンシートを作製することが可能となり、上記連続積層体グリーンシートを一括焼成することで直列全固体二次電池を作製することが可能となった。
Unlike the conventional transfer method, the laminate green sheet production process according to the present embodiment can be produced continuously, and further the interfacial resistance between the layers by performing simultaneous firing. It became possible to carry out the firing process once while suppressing the above.
Moreover, it becomes possible to produce a continuous laminate green sheet by continuously laminating the laminate green sheet, and producing an all-solid-state secondary battery in series by collectively firing the continuous laminate green sheet. Became possible.

ここで、空隙形成材料4の熱分解温度は、グリーンシート内のバインダーの熱分解温度未満である。これにより、焼成におけるバインダー分解時には、グリーンシート内にガスが拡散する空隙が形成されているので、ガス抜け性が良い。
以上のように、本実施形態によれば、全固体二次電池作製時における焼成の際に、グリーンシート内のガス抜け性を良好にし、各層の界面抵抗を抑制しつつ、全固体二次電池の作製工程を簡略化した全固体二次電池の作製が可能である。
Here, the thermal decomposition temperature of the void forming material 4 is lower than the thermal decomposition temperature of the binder in the green sheet. As a result, when the binder is decomposed during firing, voids for diffusing gas are formed in the green sheet, so that the gas release property is good.
As described above, according to the present embodiment, the all-solid-state secondary battery is improved while improving the gas release property in the green sheet and suppressing the interfacial resistance of each layer during firing in the production of the all-solid-state secondary battery. It is possible to produce an all-solid secondary battery in which the production process is simplified.

以下に、本実施形態に係る、焼成時に、熱分解し、空隙を形成する材料をグリーンシート内に添加したことを特徴とする積層体グリーンシート、その積層体グリーンシートを用いた全固体二次電池及びそれらの製造方法に関する具体的な実施例及び比較例を挙げて説明する。なお、本実施形態は下記実施例によって制限されるものではない。   Below, according to the present embodiment, a laminate green sheet characterized in that a material that thermally decomposes and forms voids at the time of firing is added into the green sheet, and an all-solid secondary using the laminate green sheet. Specific examples and comparative examples relating to the batteries and their manufacturing methods will be described. In addition, this embodiment is not restrict | limited by the following Example.

(実施例1)
<正極スラリーの作製>
正極の活物質粒子としてコバルト酸リチウム(LiCoO)粉末50質量部、固体電解質粒子としてLAGP(Li1.5Al0.5Ge1.5(PO)粉末50質量部、導電助剤としてアセチレンブラック6質量部、バインダーとしてポリビニルブチラール(PVB)16質量部、可塑剤としてフタル酸ジブチル(DBP)4.8質量部、添加材料として粒径10μmのアクリロニトリル・塩化ビニリデン・メタクリル酸メチル共重合物をシェルとするマイクロカプセルを5質量部及び溶剤(ターピネオール)を混合してスラリーとし、このスラリーを脱泡して正極スラリーを作製した。
Example 1
<Preparation of positive electrode slurry>
50 parts by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) powder as the active material particles of the positive electrode, 50 parts by mass of LAGP (Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 ) powder as the solid electrolyte particles, and conductive assistant 6 parts by weight of acetylene black, 16 parts by weight of polyvinyl butyral (PVB) as a binder, 4.8 parts by weight of dibutyl phthalate (DBP) as a plasticizer, and acrylonitrile / vinylidene chloride / methyl methacrylate copolymer having a particle size of 10 μm as an additive material 5 parts by mass of a microcapsule having a shell as a product and a solvent (terpineol) were mixed to form a slurry, and this slurry was defoamed to prepare a positive electrode slurry.

<固体電解質スラリーの作製>
固体電解質粒子としてLAGP粉末100質量部、バインダーとしてPVB16質量部、可塑剤としてDBP4.8質量部、及び溶剤(ターピネオール)を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スラリーを作製した。
<負極スラリーの作製>
負極活物質粒子としてチタン酸リチウム(LTi12)粉末50質量部、固体電解質としてLAGP粉末50質量部、バインダーとしてPVB16質量部、可塑剤としてDBP4.8質量部、及び溶剤(ターピネオール)を混合してスラリーとし、このスラリーを脱泡して負極スラリーを作製した。
<Preparation of solid electrolyte slurry>
100 parts by mass of LAGP powder as solid electrolyte particles, 16 parts by mass of PVB as binder, 4.8 parts by mass of DBP as plasticizer, and solvent (terpineol) were mixed to form a slurry, and this slurry was defoamed to prepare a solid electrolyte slurry. .
<Preparation of negative electrode slurry>
50 parts by mass of lithium titanate (L 4 Ti 5 O 12 ) powder as negative electrode active material particles, 50 parts by mass of LAGP powder as solid electrolyte, 16 parts by mass of PVB as binder, 4.8 parts by mass of DBP as plasticizer, and solvent (terpineol) Were mixed to form a slurry, and the slurry was defoamed to prepare a negative electrode slurry.

<積層体グリーンシート作製工程>
集電体として15μmのニッケル箔を使用し、これを負極集電体とし、この集電体上に負極スラリーを塗布、乾燥して負極層グリーンシートを作製し、この負極層グリーンシート上に、上記固体電解質スラリーを塗布、乾燥して固体電解質層グリーンシートを作製し、この固体電解質層グリーンシート上に、上記正極スラリーを塗布、乾燥して正極層グリーンシートを作製することで、積層体グリーンシートを作製した。
<Laminated green sheet production process>
A 15 μm nickel foil was used as a current collector, and this was used as a negative electrode current collector. A negative electrode slurry was applied on the current collector and dried to prepare a negative electrode layer green sheet. On the negative electrode layer green sheet, The solid electrolyte slurry is applied and dried to produce a solid electrolyte layer green sheet. On the solid electrolyte layer green sheet, the positive electrode slurry is applied and dried to produce a positive electrode layer green sheet. A sheet was produced.

<切断工程>
作製した積層体グリーンシートの正極層グリーンシート上に、他の集電体として上記と同じニッケル箔を乗せ、これを正極集電体とし、この集電体を80℃、1000kgf/cm(98MPa)で加圧し、正極集電体、負極集電体が、積層体グリーンシート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。
<Cutting process>
On the positive electrode layer green sheet of the produced laminate green sheet, the same nickel foil as described above was placed as another current collector, which was used as the positive electrode current collector, and this current collector was 80 ° C., 1000 kgf / cm 2 (98 MPa). 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 green sheet.

<焼成工程>
上記積層体グリーンシートを、窒素気流中、昇温速度80℃/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、炉内放冷で室温まで冷却し、実施例1の積層焼成体からなる全固体二次電池を作製した。
(実施例2)
実施例1のマイクロカプセルを、正極に添加せず、固体電解質層にLAGP100質量部に対して10質量部添加した以外は、実施例1と同様の操作で実施した。
<Baking process>
The laminate green sheet was heated in a nitrogen stream at a heating rate of 80 ° C./min. The temperature was raised from room temperature to 700 ° C. and held at that temperature for 30 minutes for firing. Then, it cooled to room temperature by standing to cool in a furnace, and produced the all-solid-state secondary battery which consists of a laminated fired body of Example 1.
(Example 2)
The same operation as in Example 1 was performed except that 10 parts by mass of the microcapsule of Example 1 was not added to the positive electrode and 10 parts by mass of LAGP was added to 100 parts by mass of the solid electrolyte layer.

(実施例3)
実施例1のマイクロカプセルを、正極に添加せず、負極層にチタン酸リチウム100質量部に対して10質量部添加した以外は、実施例1と同様の操作で実施した。
(実施例4)
実施例1に加えて、固体電解質層にマイクロカプセルをLAGP100質量部に対して10質量部添加した以外は、実施例1と同様の操作で実施した。
(Example 3)
The same operation as in Example 1 was performed except that 10 parts by mass of the microcapsule of Example 1 was not added to the positive electrode and 10 parts by mass of 100 parts by mass of lithium titanate was added to the negative electrode layer.
Example 4
In addition to Example 1, it carried out by the same operation as Example 1 except having added 10 mass parts of microcapsules to 100 mass parts of LAGP in the solid electrolyte layer.

(実施例5)
実施例1に加えて、負極層にマイクロカプセルをチタン酸リチウム100質量部に対して10質量部添加した以外は、実施例1と同様の操作で実施した。
(実施例6)
実施例1に加えて、固体電解質層にマイクロカプセルをLAGP100質量部に対して10質量部添加し、さらに、負極層にマイクロカプセルをチタン酸リチウム100質量部に対して10質量部添加した以外は、実施例1と同様の操作で実施した。
(Example 5)
In addition to Example 1, it carried out by the same operation as Example 1 except having added 10 mass parts of microcapsules with respect to 100 mass parts of lithium titanates to the negative electrode layer.
(Example 6)
In addition to Example 1, 10 parts by mass of microcapsules were added to 100 parts by mass of LAGP in the solid electrolyte layer, and 10 parts by mass of microcapsules were added to 100 parts by mass of lithium titanate in the negative electrode layer. The same operation as in Example 1 was performed.

(実施例7)
<積層体グリーンシート作製工程>
実施例7では、積層体グリーンシートの作製について、実施例6と同様の操作で実施した。
<連続積層体グリーンシート作製工程>
作製した積層体グリーンシートを所定の大きさに切断した。この積層体グリーンシートを5個作製した。この5個の積層体グリーンシートを連続的に積層して連続積層体グリーンシートを作製した。最後に、集電体と接していない積層方向外面となる負極層グリーンシート上に、他の集電体として積層体グリーンシートと同じニッケル箔を乗せ、全体を80℃、1000kgf/cm(98MPa)で加圧し、実施例7の焼成工程前の連続積層体グリーンシートを作製した。
(Example 7)
<Laminated green sheet production process>
In Example 7, the production of the laminate green sheet was performed in the same manner as in Example 6.
<Continuous laminate green sheet production process>
The produced laminate green sheet was cut into a predetermined size. Five laminate green sheets were produced. The five laminated green sheets were continuously laminated to produce a continuous laminated green sheet. Finally, the same nickel foil as that of the laminate green sheet as another current collector is placed on the negative electrode layer green sheet that is not in contact with the current collector in the lamination direction, and the whole is placed at 80 ° C. and 1000 kgf / cm 2 (98 MPa). ) To produce a continuous laminate green sheet before the firing step of Example 7.

<連続積層焼成体作製工程>
上記連続積層体グリーンシートを、窒素気流中、昇温速度80℃/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、実施例4の連続積層焼成体からなる直列全固体二次電池を作製した。
(比較例1)
実施例1におけるマイクロカプセルを、比較例1では使用しなかった。それ以外は、実施例1と同様の操作で比較例1の全固体二次電池を作製した。
<Continuous laminated fired body manufacturing process>
The continuous laminate green sheet was heated at a rate of temperature increase of 80 ° C./min. The temperature was raised from room temperature to 700 ° C. and held at that temperature for 30 minutes, and then cooled to room temperature by allowing it to cool in the furnace to produce a serial all-solid secondary battery comprising the continuously laminated fired body of Example 4.
(Comparative Example 1)
The microcapsules in Example 1 were not used in Comparative Example 1. Other than that, the all-solid-state secondary battery of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
実施例1におけるマイクロカプセルの添加量が正極活物質100質量部に対して25質量部だったこと以外は、実施例1と同様の操作で比較例2の全固体二次電池を作製した。
(比較例3)
実施例1におけるマイクロカプセルの添加量が正極活物質100質量部に対して0.5質量部だったこと以外は、実施例1と同様の操作で比較例3の全固体二次電池を作製した。
(Comparative Example 2)
The all-solid-state secondary battery of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of microcapsules added in Example 1 was 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.
(Comparative Example 3)
The all-solid-state secondary battery of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of microcapsules added in Example 1 was 0.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. .

(比較例4)
実施例1におけるマイクロカプセルの粒径が40μmだったこと以外は、実施例1と同様の操作で比較例4の全固体二次電池を作製した。
(比較例5)
実施例1におけるマイクロカプセルの粒径が3μmだったこと以外は、実施例1と同様の操作で比較例5の全固体二次電池を作製した。
(Comparative Example 4)
An all-solid secondary battery of Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the particle size of the microcapsules in Example 1 was 40 μm.
(Comparative Example 5)
An all-solid-state secondary battery of Comparative Example 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that the particle size of the microcapsules in Example 1 was 3 μm.

(比較例6)
実施例7におけるマイクロカプセルを、比較例6では使用しなかった。それ以外は、実施例7と同様の操作で比較例6の全固体二次電池を作製した。
<電気化学評価>
電気化学評価は以下の方法で実施した。
(Comparative Example 6)
The microcapsules in Example 7 were not used in Comparative Example 6. Otherwise, the all-solid-state secondary battery of Comparative Example 6 was produced in the same manner as in Example 7.
<Electrochemical evaluation>
The electrochemical evaluation was performed by the following method.

(実施例1、2、3、4、5、6比較例1、2、3、4、5の電池評価方法)
10個の全固体二次電池を評価した。0.2Cの定電流法によって2.7Vまで充電し、その後に0.2Cにて1.5Vまで放電し、この放電容量を基準容量Xとする。基準容量Xは10個の平均値とする。その後に0.2Cにて2.7Vまで充電し、5Cにて1.5Vまで放電し、3C放電容量Yを求める。3C放電容量Yも10個の平均値とする。3C放電容量Yと基準容量Xの放電容量の比(Y/X(%))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、以下の基準で評価する。評価が高いほど、電池としての出力特性に優れている、すなわち内部抵抗が小さいことを意味する。
A:70%以上
B:50%以上70%未満
C:40%以上50%未満
D:30%以上40%未満
E:30%未満
(Examples 1, 2, 3, 4, 5, 6 Battery evaluation method of Comparative Examples 1, 2, 3, 4, 5)
Ten all-solid secondary batteries were evaluated. The battery is charged to 2.7 V by a constant current method of 0.2 C, and then discharged to 1.5 V at 0.2 C. This discharge capacity is defined as a reference capacity X. The reference capacity X is an average value of 10 pieces. Thereafter, the battery is charged to 2.7 V at 0.2 C, discharged to 1.5 V at 5 C, and the 3 C discharge capacity Y is obtained. The 3C discharge capacity Y is also an average value of 10 pieces. A discharge capacity maintenance ratio represented by a ratio (Y / X (%)) of the discharge capacity between the 3C discharge capacity Y and the reference capacity X is obtained, and this is used as an evaluation standard for electrochemical evaluation, and is evaluated according to the following standard. The higher the evaluation, the better the output characteristics as a battery, that is, the smaller the internal resistance.
A: 70% or more B: 50% or more and less than 70% C: 40% or more and less than 50% D: 30% or more and less than 40% E: Less than 30%

(実施例7、比較例6の電池評価方法)
10個の直列全固体二次電池を評価した。0.2Cの定電流法によって13.5Vまで充電し、その後0.2Cにて7.5Vまで放電し、この放電容量を基準容量Xとする。基準容量Xは10個の平均値とする。その後、0.2Cにて13.5Vまで充電し、5Cにて7.5Vまで放電し、3C放電容量Yを求める。3C放電容量Yも10個の平均値とする。3C放電容量Yと基準容量Xの放電容量の比(Y/X(%))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、以下の基準で評価する。評価が高いほど、電池としての出力特性に優れている、すなわち内部抵抗が小さいことを意味する。
A:70%以上
B:50%以上70%未満
C:40%以上50%未満
D:30%以上40%未満
E:30%未満
(Battery evaluation method of Example 7 and Comparative Example 6)
Ten series all solid state secondary batteries were evaluated. The battery is charged to 13.5 V by a constant current method of 0.2 C, and then discharged to 7.5 V at 0.2 C. This discharge capacity is set as a reference capacity X. The reference capacity X is an average value of 10 pieces. Thereafter, the battery is charged to 13.5 V at 0.2 C, discharged to 7.5 V at 5 C, and the 3 C discharge capacity Y is obtained. The 3C discharge capacity Y is also an average value of 10 pieces. A discharge capacity maintenance ratio represented by a ratio (Y / X (%)) of the discharge capacity between the 3C discharge capacity Y and the reference capacity X is obtained, and this is used as an evaluation standard for electrochemical evaluation, and is evaluated according to the following standard. The higher the evaluation, the better the output characteristics as a battery, that is, the smaller the internal resistance.
A: 70% or more B: 50% or more and less than 70% C: 40% or more and less than 50% D: 30% or more and less than 40% E: Less than 30%

(評価結果)
上記評価の結果を下記の表1に示す。

Figure 2018063809
(Evaluation results)
The results of the evaluation are shown in Table 1 below.
Figure 2018063809

表1より、粒径30μm以下、添加量が活物質または固体電解質100質量部に対して20質量部以下のマイクロカプセルを添加した実施例は、比較例と比較して、評価が高いことがわかり、粒子を複合化したことによる粒子間の界面抵抗が低減していることがわかった。
また、実施例1と比較例2、3を比較すると、実施例1のほうが、評価が高い。マイクロカプセルの添加量が多すぎると、マイクロカプセルの分解時に電極にダメージを与えるため電池性能が悪くなり、また、マイクロカプセルの添加量が少なすぎると、マイクロカプセルの添加効果が無くなる。即ち、マイクロカプセルの添加量には適する範囲があると言え、本実施形態の効果が得られることが確認された。
From Table 1, it can be seen that the example in which the microcapsules having a particle size of 30 μm or less and an addition amount of 20 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the active material or the solid electrolyte have higher evaluation than the comparative example. It was found that the interfacial resistance between the particles was reduced due to the composite of the particles.
Moreover, when Example 1 and Comparative Examples 2 and 3 are compared, Example 1 has a higher evaluation. If the added amount of microcapsules is too large, the electrode performance is damaged when the microcapsules are decomposed, so that the battery performance deteriorates. If the added amount of microcapsules is too small, the effect of adding the microcapsules is lost. That is, it can be said that there is a suitable range for the addition amount of the microcapsules, and it was confirmed that the effect of this embodiment can be obtained.

また、実施例1と比較例4、5を比較すると、実施例1のほうが、評価が高い。マイクロカプセルの粒径が多すぎると、マイクロカプセルの分解時に電極にダメージを与えるため電池性能が悪くなり、また、マイクロカプセルの添加量が少なすぎると、マイクロカプセルの添加効果が無くなる。即ち、マイクロカプセルの粒径にも適する範囲があると言え、本実施形態の効果が得られることが確認された。
また、実施例7と比較例6を比較すると、上記と同様の結果であり、単層の全固体二次電池を積層した直列全固体二次電池においても、本実施形態の効果が得られることが確認された。
Moreover, when Example 1 is compared with Comparative Examples 4 and 5, Example 1 has a higher evaluation. If the particle size of the microcapsule is too large, the battery performance is deteriorated because the electrode is damaged when the microcapsule is decomposed. If the amount of the microcapsule added is too small, the effect of adding the microcapsule is lost. That is, it can be said that there is a range suitable for the particle size of the microcapsules, and it was confirmed that the effect of this embodiment can be obtained.
Further, when Example 7 and Comparative Example 6 are compared, the result is the same as described above, and the effect of this embodiment can be obtained even in a series all-solid secondary battery in which single-layer all-solid secondary batteries are stacked. Was confirmed.

本発明は、全固体二次電池の性能向上に大きく寄与し、また、全固体二次電池の製造工程を簡略化できる。また、本発明の全固体二次電池は、各層の界面抵抗が抑制された全固体二次電池であり、コストダウンと電池性能を兼ね備え、産業上おおいに利用できる発明である。   The present invention greatly contributes to the improvement of the performance of the all solid state secondary battery, and can simplify the manufacturing process of the all solid state secondary battery. Moreover, the all-solid-state secondary battery of the present invention is an all-solid-state secondary battery in which the interface resistance of each layer is suppressed, and it is an invention that can be used greatly industrially, having both cost reduction and battery performance.

1…正極活物質粒子
2…固体電解質粒子
3…導電助剤(炭素材料)
4…空隙形成材料
5…負極活物質粒子
11…正極層グリーンシート
12…固体電解質層グリーンシート
13…負極層グリーンシート
14…集電体
15…連続積層体グリーンシート

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode active material particle 2 ... Solid electrolyte particle 3 ... Conductive auxiliary agent (carbon material)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Void formation material 5 ... Negative electrode active material particle 11 ... Positive electrode layer green sheet 12 ... Solid electrolyte layer green sheet 13 ... Negative electrode layer green sheet 14 ... Current collector 15 ... Continuous laminated body green sheet

Claims (10)

活物質又は固体電解質と、バインダーとを含む全固体二次電池用のグリーンシートであって、
焼成の際の熱によって熱分解して空隙を形成する材料である空隙形成材料が添加され、
前記空隙形成材料は、前記活物質又は固体電解質100質量部に対し1〜20質量部添加され、
前記空隙形成材料は粒体の形で添加され、その粒体の粒径が5μm以上30μm以下の範囲であることを特徴とするグリーンシート。
A green sheet for an all-solid secondary battery comprising an active material or a solid electrolyte and a binder,
A void forming material, which is a material that is thermally decomposed by heat during firing to form voids, is added,
The void forming material is added in an amount of 1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material or solid electrolyte.
The green sheet, wherein the void forming material is added in the form of granules, and the grain size of the granules is in the range of 5 μm to 30 μm.
第1集電体と、前記第1集電体上に設けられ第1の活物質を含む第1電極層グリーンシートと、前記第1電極層グリーンシート上に設けられ固体電解質を含む固体電解質層グリーンシートと、前記固体電解質層グリーンシート上に設けられ第2の活物質を含む第2電極層グリーンシートと、を備える積層体グリーンシートにおいて、
前記複数のグリーンシートのうちの少なくとも一つのグリーンシートは、請求項1に記載の空隙形成材料が添加されたグリーンシートであることを特徴とする積層体グリーンシート。
A first current collector, a first electrode layer green sheet provided on the first current collector and including a first active material, and a solid electrolyte layer including a solid electrolyte provided on the first electrode layer green sheet In a laminate green sheet comprising: a green sheet; and a second electrode layer green sheet provided on the solid electrolyte layer green sheet and containing a second active material,
At least one green sheet among the plurality of green sheets is a green sheet to which the void forming material according to claim 1 is added.
前記空隙形成材料を添加したグリーンシート内にバインダーを含み、
前記空隙形成材料の熱分解温度が、前記バインダーの熱分解温度よりも低いことを特徴とする請求項2に記載した積層体グリーンシート。
Including a binder in the green sheet to which the void forming material is added,
The laminate green sheet according to claim 2, wherein a thermal decomposition temperature of the void forming material is lower than a thermal decomposition temperature of the binder.
請求項2又は請求項3に記載の積層体グリーンシートを複数積層して構成され、
その積層は、一の積層体グリーンシートの前記第2電極層グリーンシートの上に他の積層体グリーンシートの前記第1集電体が積層するようにして積層することを特徴とする連続積層体グリーンシート。
It is constituted by laminating a plurality of laminate green sheets according to claim 2 or claim 3,
The laminated body is laminated such that the first current collector of another laminated green sheet is laminated on the second electrode layer green sheet of one laminated green sheet. Green sheet.
請求項2又は請求項3に記載の積層体グリーンシートと前記第2電極層グリーンシート上に設けられた第2集電体とからなる積層体を焼成してなる積層焼成体を有することを特徴とする全固体二次電池。   A laminate fired body obtained by firing a laminate comprising the laminate green sheet according to claim 2 or 3 and a second current collector provided on the second electrode layer green sheet. All solid state secondary battery. 請求項4に記載の連続積層体グリーンシートと、
前記積層体グリーンシートを構成する第2電極層グリーンシートのうち、前記第1集電体が積層されていない第2電極層グリーンシート上に設けられた第2集電体と、
を備える積層体を焼成することを特徴とする全固体二次電池の製造方法。
The continuous laminate green sheet according to claim 4,
A second current collector provided on a second electrode layer green sheet on which the first current collector is not laminated among the second electrode layer green sheets constituting the laminate green sheet;
A method for producing an all-solid-state secondary battery, comprising firing a laminate comprising:
第1集電体上に、第1電極用スラリーを塗布又は印刷して第1電極用スラリー層を形成する第1電極用スラリー層形成工程と、
前記第1電極用スラリー層上に、固体電解質材料を含む固体電解質スラリーを塗布又は印刷して固体電解質スラリー層を形成する固体電解質スラリー層形成工程と、
前記固体電解質スラリー層上に、第2電極用スラリーを塗布又は印刷して第2電極用スラリー層を形成する第2電極用スラリー層形成工程と、
を含み、
前記複数のスラリーのうちの少なくとも一つのスラリー内に、焼成の際の熱によって熱分解して空隙を形成する材料である空隙形成材料が添加されていることを特徴とする積層体グリーンシートの製造方法。
A first electrode slurry layer forming step of applying or printing the first electrode slurry on the first current collector to form a first electrode slurry layer; and
A solid electrolyte slurry layer forming step of forming or solid electrolyte slurry layer by applying or printing a solid electrolyte slurry containing a solid electrolyte material on the first electrode slurry layer;
On the solid electrolyte slurry layer, a second electrode slurry layer is formed by applying or printing a second electrode slurry to form a second electrode slurry layer;
Including
Production of a laminate green sheet, wherein a void forming material, which is a material that is thermally decomposed by heat during firing to form voids, is added to at least one of the plurality of slurries. Method.
請求項7に記載の積層体グリーンシートの製造方法を用いて製造された積層体グリーンシートを、一の積層体グリーンシートの前記第2電極用スラリー層の上に他の積層体グリーンシートの前記第1集電体が積層するようにして、2以上積層するグリーンシート積層工程を含むことを特徴とする連続積層体グリーンシートの製造方法。   A laminate green sheet produced using the method for producing a laminate green sheet according to claim 7, wherein the other laminate green sheet is placed on the second electrode slurry layer of one laminate green sheet. A method for producing a continuous laminate green sheet, comprising a step of laminating two or more green sheets so that the first current collector is laminated. 請求項7に記載の積層体グリーンシートの製造方法を用いて製造された積層体グリーンシートの表面に露出する第2電極層グリーンシート上に、第2集電体を貼り合わせる第2集電体貼合わせ工程と、
前記積層体グリーンシート及びそれに貼り合わされた前記第2集電体を含む積層体を焼成する焼成工程と、
を含むことを特徴とする全固体二次電池の製造方法。
A second current collector in which a second current collector is bonded onto the second electrode layer green sheet exposed on the surface of the laminate green sheet produced using the method for producing a laminate green sheet according to claim 7. Bonding process;
A firing step of firing the laminate including the laminate green sheet and the second current collector bonded thereto;
The manufacturing method of the all-solid-state secondary battery characterized by including.
請求項8に記載の連続積層体グリーンシートの製造方法を用いて製造された積層体グリーンシートの表面に露出する前記第2電極層グリーンシート上に、第2集電体を貼り合わせる第2集電体貼合わせ工程と、
前記積層体グリーンシート及びそれに貼り合わされた前記第2集電体を含む連続積層体を焼成する焼成工程と、
を含むことを特徴とする全固体二次電池の製造方法。
A second current collector, wherein a second current collector is bonded onto the second electrode layer green sheet exposed on the surface of the multilayer green sheet produced using the method for producing a continuous laminate green sheet according to claim 8. Electric body laminating process,
A firing step of firing a continuous laminate including the laminate green sheet and the second current collector bonded thereto;
The manufacturing method of the all-solid-state secondary battery characterized by including.
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