JP2018206727A - All-solid battery - Google Patents

All-solid battery Download PDF

Info

Publication number
JP2018206727A
JP2018206727A JP2017114301A JP2017114301A JP2018206727A JP 2018206727 A JP2018206727 A JP 2018206727A JP 2017114301 A JP2017114301 A JP 2017114301A JP 2017114301 A JP2017114301 A JP 2017114301A JP 2018206727 A JP2018206727 A JP 2018206727A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active material
negative electrode
electrode active
layer
solid electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017114301A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
新田 高弘
Takahiro Nitta
高弘 新田
真哉 寺西
Shinya Teranishi
真哉 寺西
緒方 逸平
Ippei Ogata
逸平 緒方
中村 聡
Satoshi Nakamura
中村  聡
俊哉 齋藤
Toshiya Saito
俊哉 齋藤
慎吾 太田
Shingo Ota
慎吾 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Soken Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Soken Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Soken Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2017114301A priority Critical patent/JP2018206727A/en
Publication of JP2018206727A publication Critical patent/JP2018206727A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

To provide an all-solid battery in which the occurrence of peeling at the interface between a negative electrode active material and a solid electrolyte and between the negative electrode active material layer and a negative electrode current collector layer is suppressed even in a case in which a material having a large degree of expansion and shrinkage when Li ions are absorbed and released with charge and discharge is used as a negative electrode active material.SOLUTION: In an all-solid battery in which a negative electrode current collector layer 1, a negative electrode active material layer 2, a solid electrolyte layer 3, a positive electrode active material layer 4, and a positive electrode current collector layer 5 are stacked in this order, the negative electrode active material layer 2 includes a negative electrode active material 2a and a solid electrolyte 2b, the solid electrolyte 2b is a sintered body having a void 2c, and the negative electrode active material 2a is disposed on a surface in contact with the void 2c of a solid electrolyte sintered body.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は全固体電池に関する。   The present invention relates to an all solid state battery.

全固体電池の充放電特性を改善する技術が種々検討されている。   Various techniques for improving the charge / discharge characteristics of all-solid-state batteries have been studied.

例えば特許文献1には、
正極層と、固体電解質層と、負極層とがこの順番で積層された全固体型リチウムイオン電池であって、
正極層及び負極層の少なくとも一方が、微粒子状の電極活物質を含む電極活物質層と、導電性樹脂層と、集電体層と、がこの順番で積層されたシート状電極である、
全固体型リチウムイオン電池が開示されている。
For example, in Patent Document 1,
An all solid-state lithium ion battery in which a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer are laminated in this order,
At least one of the positive electrode layer and the negative electrode layer is a sheet-like electrode in which an electrode active material layer containing a particulate electrode active material, a conductive resin layer, and a current collector layer are laminated in this order.
An all solid-state lithium ion battery is disclosed.

特許文献1には更に、前記のシート状電極が負極層であってよいこと、この場合の負極活物質がスズ、スズ合金、ケイ素、ケイ素合金等であってよいこと、及び電極活物質層が酸化物固体電解質材料を更に含有してよいことが記載されている。   Further, in Patent Document 1, the sheet-like electrode may be a negative electrode layer, the negative electrode active material in this case may be tin, tin alloy, silicon, silicon alloy, and the like, and the electrode active material layer is It is described that an oxide solid electrolyte material may be further contained.

特許文献2には、十分な容量と良好なサイクル特性とを有することができる二次電池用負極活物質として、酸化物固体電解質から成るマトリックスと、該マトリックス中に分散された特定のSi粒子と、を含むSi−酸化物固体電解質複合体からなる二次電池用負極活物質が記載されている。   In Patent Document 2, as a negative electrode active material for a secondary battery that can have sufficient capacity and good cycle characteristics, a matrix composed of an oxide solid electrolyte, and specific Si particles dispersed in the matrix , A negative electrode active material for a secondary battery made of a Si-oxide solid electrolyte composite.

特開2014−93156号公報JP 2014-93156 A 特開2014−22319号公報JP 2014-22319 A

全固体電池、具体的にはリチウム全固体電池における負極活物質として、スズ、ケイ素等を含む材料が使用される。これらの材料は、充放電に伴ってLiイオンを吸収及び放出する際に、大きく膨張及び収縮する。そのため、このような材料を含む負極活物質を用いた全固体電池は、充放電の際に、負極活物質と固体電解質との界面、負極活物質層と負極集電体層との界面等に、剥れが生じる問題がある。   A material containing tin, silicon, or the like is used as an anode active material in an all-solid battery, specifically, a lithium all-solid battery. These materials expand and contract greatly when absorbing and releasing Li ions with charge and discharge. Therefore, an all solid state battery using a negative electrode active material containing such a material is charged and discharged at the interface between the negative electrode active material and the solid electrolyte, the interface between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector layer, and the like. There is a problem that peeling occurs.

本発明は、上記の問題を解決しようとしてなされた。従って本発明の目的は、負極活物質として、充放電に伴ってLiイオンを吸収及び放出する際の膨張及び収縮の程度が大きい材料を使用した場合でも、負極活物質と固体電解質と界面、及び負極活物質層と負極集電体層との界面の剥れの発生が抑制された、全固体電池を提供することである。   The present invention has been made to solve the above problems. Therefore, the object of the present invention is to use a negative electrode active material, a solid electrolyte, an interface, and a negative electrode active material, even when a material having a large degree of expansion and contraction when absorbing and releasing Li ions with charge and discharge is used. An object of the present invention is to provide an all-solid battery in which the occurrence of peeling at the interface between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector layer is suppressed.

本発明は、
(1)負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層が、この順に積層された全固体電池であって、
前記負極活物質層が、負極活物質及び固体電解質を含み、
前記固体電解質は空隙を有する焼結体であり、
前記負極活物質は前記固体電解質焼結体の前記空隙に接する面に配置されている、
全固体電池に関する。
The present invention
(1) An all-solid battery in which a negative electrode current collector layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a positive electrode current collector layer are laminated in this order,
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material and a solid electrolyte,
The solid electrolyte is a sintered body having voids,
The negative electrode active material is disposed on a surface in contact with the void of the solid electrolyte sintered body,
It relates to an all-solid-state battery.

本発明の限定的でない好ましい態様の例を下記に示す。   Examples of non-limiting preferred embodiments of the present invention are shown below.

(2)前記負極活物質層における空隙率が10〜50体積%である、上記(1)の全固体電池。
(3)前記負極活物質層の前記負極活物質が、リチウムと合金化する活物質である、上記(1)又は(2)の全固体電池。
(4)前記負極活物質が、ケイ素及びスズのうちのいずれか1種以上の原子を含む、上記(3)の全固体電池。
(5)前記負極活物質層が複数の層からなり、前記固体電解質層に近い側の層から遠い側の層に向かって前記空隙の径が小さくなる、上記(1)〜(4)のいずれか一項の全固体電池。
(6)前記負極活物質層が複数の層からなり、前記固体電解質層に近い側の層から遠い側の層に向かって前記負極活物質の含有比率が高くなる、上記(1)〜(5)のいずれか一項の全固体電池。
(7)前記負極活物質層の前記空隙が前記固体電解質層から前記負極集電体層まで連続している、上記(1)〜(6)のいずれか一項の全固体電池。
(8)上記(1)〜(7)のいずれか一項の全固体電池の製造方法であって、
造孔材の表面に前記負極活物質を付着させること、
前記負極活物質が付着した前記造孔材と、前記固体電解質とを含む負極活物質層グリーンシートを形成すること、及び
前記負極活物質層グリーンシートを焼成すること
を含み、
前記負極活物質層グリーンシートの焼成工程において、前記固体電解質を焼結するとともに、前記造孔材を除去することにより、前記負極活物質を前記固体電解質焼結体の前記空隙に接する面に配置させる、
全固体電池の製造方法。
(2) The all-solid-state battery according to (1), wherein a porosity in the negative electrode active material layer is 10 to 50% by volume.
(3) The all-solid-state battery according to (1) or (2), wherein the negative electrode active material of the negative electrode active material layer is an active material alloyed with lithium.
(4) The all-solid-state battery according to (3), wherein the negative electrode active material contains one or more atoms of silicon and tin.
(5) Any of the above (1) to (4), wherein the negative electrode active material layer is composed of a plurality of layers, and the diameter of the void decreases from a layer closer to the solid electrolyte layer to a layer farther from the layer. Or an all solid state battery.
(6) The negative electrode active material layer is composed of a plurality of layers, and the content ratio of the negative electrode active material increases from the layer closer to the solid electrolyte layer to the layer farther from the above (1) to (5) ) All-solid battery according to any one of the above.
(7) The all-solid-state battery according to any one of (1) to (6), wherein the voids in the negative electrode active material layer are continuous from the solid electrolyte layer to the negative electrode current collector layer.
(8) The method for producing an all-solid battery according to any one of (1) to (7) above,
Attaching the negative electrode active material to the surface of the pore former;
Forming a negative electrode active material layer green sheet containing the pore former to which the negative electrode active material is adhered and the solid electrolyte, and firing the negative electrode active material layer green sheet,
In the firing process of the negative electrode active material layer green sheet, the solid electrolyte is sintered and the pore former is removed to place the negative electrode active material on the surface of the solid electrolyte sintered body in contact with the gap. Let
Manufacturing method of all solid state battery.

本発明の全固体電池は、充放電に伴って負極活物質が大きく膨張及び収縮した場合でも、負極活物質と固体電解質との界面、及び負極活物質層と負極集電体層との界面の剥れの発生が抑制されている。   The all solid state battery of the present invention has an interface between the negative electrode active material and the solid electrolyte and the interface between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector layer even when the negative electrode active material greatly expands and contracts with charge and discharge. The occurrence of peeling is suppressed.

図1は、本発明の全固体電池における負極活物質層の構造の一例を説明するための概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the structure of the negative electrode active material layer in the all solid state battery of the present invention. 図2は、本発明の全固体電池における負極活物質層の構造の別の一例を説明するための概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the structure of the negative electrode active material layer in the all solid state battery of the present invention. 図3は、本発明の全固体電池における負極活物質層の構造の更に別の一例を説明するための概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining yet another example of the structure of the negative electrode active material layer in the all solid state battery of the present invention. 図4Aは、本発明の全固体電池における負極活物質層の構造の更に別の一例を説明するための概略断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view for explaining yet another example of the structure of the negative electrode active material layer in the all solid state battery of the present invention. 図4Bは、本発明の全固体電池における負極活物質層の構造の更に別の一例を説明するための概略断面図である。FIG. 4B is a schematic cross-sectional view for explaining yet another example of the structure of the negative electrode active material layer in the all solid state battery of the present invention. 図5は、図4Aに示した全固体電池の製造方法の一例を説明するための概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining an example of a method for manufacturing the all solid state battery shown in FIG. 4A. 図6は、実施例1で得られた電池積層体の負極活物質層のSEM像である。図6(a)は二次電子像であり、図6(b)は反射電子像である。6 is an SEM image of the negative electrode active material layer of the battery laminate obtained in Example 1. FIG. FIG. 6A is a secondary electron image, and FIG. 6B is a reflected electron image. 図7は、比較例1で得られた電池積層体の負極活物質層のSEM像である。図7(a)は二次電子像であり、図7(b)は反射電子像である。FIG. 7 is an SEM image of the negative electrode active material layer of the battery laminate obtained in Comparative Example 1. FIG. 7A is a secondary electron image, and FIG. 7B is a reflected electron image. 図8は、Si層と電解質層の積層体において、Si層が膨張したときのx方向の応力を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the stress in the x direction when the Si layer expands in the stacked body of the Si layer and the electrolyte layer. 図9は、負極活物質層の膨張によって印加される応力について、負極活物質層の負極活物質層が緻密な層である場合と、空隙を有する層である場合とを比較したグラフである。FIG. 9 is a graph comparing the stress applied by the expansion of the negative electrode active material layer between the case where the negative electrode active material layer of the negative electrode active material layer is a dense layer and the case where the layer is a layer having voids.

本発明の全固体電池は、
負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層が、この順に積層された全固体電池であって、
前記負極活物質層が、負極活物質及び固体電解質を含み、
前記固体電解質は空隙を有する焼結体であり、
前記負極活物質粒子は前記固体電解質焼結体の前記空隙に接する面に配置されている、
全固体電池である。
The all solid state battery of the present invention is
A negative electrode current collector layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a positive electrode current collector layer are all solid-state batteries laminated in this order,
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material and a solid electrolyte,
The solid electrolyte is a sintered body having voids,
The negative electrode active material particles are disposed on a surface in contact with the voids of the solid electrolyte sintered body,
It is an all-solid-state battery.

<全固体電池>
本発明の全固体電池は、全固体の二次電池であり、例えば、リチウム電池等であってよい。上記の構成をとる限り、本発明の全固体電池の具体的な形態は任意である。本発明の全固体電池の具体的な実施形態につき、以下に図を参照しつつ説明する。しかしながら本発明は、以下の具体的実施形態に限定されるものではない。
<All solid battery>
The all-solid battery of the present invention is an all-solid secondary battery, and may be, for example, a lithium battery. As long as the above configuration is adopted, the specific form of the all solid state battery of the present invention is arbitrary. Specific embodiments of the all solid state battery of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following specific embodiments.

<第1実施形態の全固体電池>
本発明の第1実施形態の全固体電池につき、その典型的な構造を、模式的な断面図として図1の上図に示す。図1の上図の全固体電池は、負極集電体層1、負極活物質層2、固体電解質層3、正極活物質層4、及び正極集電体層5が、この順に積層された積層体である。
<All-solid battery of the first embodiment>
The typical structure of the all-solid-state battery according to the first embodiment of the present invention is shown in the upper diagram of FIG. 1 as a schematic cross-sectional view. The all-solid battery shown in the upper diagram of FIG. 1 includes a negative electrode current collector layer 1, a negative electrode active material layer 2, a solid electrolyte layer 3, a positive electrode active material layer 4, and a positive electrode current collector layer 5 stacked in this order. Is the body.

<負極活物質層>
図1の下図は、図1の上図における負極活物質層2及びその近傍を示す部分拡大断面図である。図1の下図において、負極活物質層2は、負極活物質2a及び固体電解質2bを含む。固体電解質2bは、空隙2cを有する焼結体であり、負極活物質2aは、固体電解質2bが有する空隙2cに接する面に配置されている。
<Negative electrode active material layer>
The lower diagram of FIG. 1 is a partially enlarged sectional view showing the negative electrode active material layer 2 and the vicinity thereof in the upper diagram of FIG. In the lower diagram of FIG. 1, the negative electrode active material layer 2 includes a negative electrode active material 2a and a solid electrolyte 2b. The solid electrolyte 2b is a sintered body having a void 2c, and the negative electrode active material 2a is disposed on a surface in contact with the void 2c of the solid electrolyte 2b.

このような構造の全固体電池では、負極活物質層2中の負極活物質2aが、充電に伴って膨張する際に、空隙2cの方向に膨張することができる。従って、充電の際に、負極活物質層2に接する負極集電体層1及び固体電解質層3へ、過度の応力が加わることを抑制することができるから、充放電に伴う全固体電池を構成する層の界面の剥れ等を高度に抑制することが可能となる。   In the all solid state battery having such a structure, the negative electrode active material 2a in the negative electrode active material layer 2 can expand in the direction of the gap 2c when it expands with charging. Therefore, it is possible to suppress excessive stress from being applied to the negative electrode current collector layer 1 and the solid electrolyte layer 3 that are in contact with the negative electrode active material layer 2 during charging. It is possible to highly suppress the peeling of the interface of the layer to be performed.

[負極活物質]
負極活物質2aは、全固体電池用の負極活物質として公知の材料から構成されることができる。この負極活物質2aは、充電時にLiイオンを吸蔵することにより膨張し、且つ放電時にLiイオンを放出して収縮する。具体的には、負極活物質2aは、例えば、ケイ素、スズ等のうちのいずれか1種以上の原子を含む材料でよい。
[Negative electrode active material]
The negative electrode active material 2a can be comprised from a well-known material as a negative electrode active material for all-solid-state batteries. This negative electrode active material 2a expands by storing Li ions during charging, and contracts by releasing Li ions during discharging. Specifically, the negative electrode active material 2a may be a material containing one or more atoms of silicon, tin, and the like, for example.

ケイ素原子を含む材料は、公知のものであってよく、例えば、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素炭化物、ケイ素窒化物、ケイ素含有合金等、及びこれらの固溶体等が挙げられる。これらに含有されるケイ素原子の一部が1種又は2種以上の他の原子で置換されていてもよい。   The material containing a silicon atom may be a known material, and examples thereof include silicon, silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride, silicon-containing alloy, and solid solutions thereof. Some of the silicon atoms contained in these may be substituted with one or more other atoms.

ケイ素酸化物としては、例えば、組成式:SiO(0.05<a<1.95)で表される酸化ケイ素が挙げられる。ケイ素炭化物としては、例えば、組成式:SiC(0<b<1)で表される炭化ケイ素が挙げられる。ケイ素窒化物としては、例えば、組成式:SiN(0<c<4/3)で表される窒化ケイ素が挙げられる。ケイ素含有合金としては、例えば、ケイ素とケイ素以外の原子との合金が挙げられる。ケイ素以外の原子としては、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Sn、Ti等が挙げられる。ケイ素以外の原子は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。 Examples of the silicon oxide include silicon oxide represented by the composition formula: SiO a (0.05 <a <1.95). Examples of silicon carbide include silicon carbide represented by the composition formula: SiC b (0 <b <1). Examples of the silicon nitride include silicon nitride represented by a composition formula: SiN c (0 <c <4/3). Examples of the silicon-containing alloy include alloys of silicon and atoms other than silicon. Examples of atoms other than silicon include Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Cu, Zn, Ge, In, Sn, and Ti. Atoms other than silicon can be used alone or in combination of two or more.

スズ原子を含む材料としては、例えば、スズ、スズ酸化物、スズ窒化物、スズ含有合金等、及びこれらの固溶体等が挙げられる。これらに含有されるスズ原子の一部が1種又は2種以上の他の原子で置換されていてもよい。   Examples of the material containing tin atoms include tin, tin oxide, tin nitride, tin-containing alloy, and solid solutions thereof. Some of the tin atoms contained therein may be substituted with one or more other atoms.

スズ酸化物としては、組成式:SnO(0<d<2)で表される酸化スズ、二酸化スズ(SnO)等が挙げられる。スズ含有合金としては、Ni−Sn合金、Mg−Sn合金、Fe−Sn合金、Cu−Sn合金、Ti−Sn合金等が挙げられる。スズ化合物としては、SnSiO、NiSn、MgSn等が挙げられる。 Examples of the tin oxide include tin oxide represented by the composition formula: SnO d (0 <d <2), tin dioxide (SnO 2 ), and the like. Examples of the tin-containing alloy include a Ni—Sn alloy, a Mg—Sn alloy, a Fe—Sn alloy, a Cu—Sn alloy, and a Ti—Sn alloy. Examples of the tin compound include SnSiO 3 , Ni 2 Sn 4 , and Mg 2 Sn.

上記の材料の中でも、ケイ素、ケイ素酸化物、スズ、スズ酸化物等が好ましく、ケイ素、ケイ素酸化物等が特に好ましい。これらの材料は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。   Among the above materials, silicon, silicon oxide, tin, tin oxide and the like are preferable, and silicon, silicon oxide and the like are particularly preferable. These materials can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

負極活物質2aは、粒子状であってよい。粒子状である負極活物質2aの平均粒径は、負極活物質2aが膨張したときに空隙2cによる応力低減効果を有効に発現させるとの観点から、メジアン径として、例えば、10nm以上、20nm以上、30nm以上、40nm以上、又は50nm以上であってよい。一方で、負極活物質層2の密度を高く維持するとともに、全固体電池製造時のハンドリング性を確保するとの観点から、負極活物質2aのメジアン径は、例えば、500nm以下、400nm以下、300nm以下、200nm以下、又は100nm以下であってよい。   The negative electrode active material 2a may be particulate. The average particle diameter of the negative electrode active material 2a in the form of particles is, for example, 10 nm or more and 20 nm or more as the median diameter from the viewpoint of effectively expressing the stress reduction effect due to the gap 2c when the negative electrode active material 2a expands. , 30 nm or more, 40 nm or more, or 50 nm or more. On the other hand, the median diameter of the negative electrode active material 2a is, for example, 500 nm or less, 400 nm or less, or 300 nm or less from the viewpoint of maintaining the density of the negative electrode active material layer 2 high and ensuring the handleability at the time of manufacturing an all-solid battery. , 200 nm or less, or 100 nm or less.

負極活物質2aは、空隙2cが形成された固体電解質の焼結体の、空隙2cに接する面に配置されている。負極活物質2aが固体電解質2bの空隙2cに接する面に配置されていることにより、充電の際に負極活物質2aが空隙2cの方向に膨張することが可能にされ、負極活物質2aの膨張による負極活物質層2における応力の発生が抑制される。   The negative electrode active material 2a is disposed on the surface of the solid electrolyte sintered body in which the void 2c is formed, in contact with the void 2c. By disposing the negative electrode active material 2a on the surface in contact with the gap 2c of the solid electrolyte 2b, the negative electrode active material 2a can expand in the direction of the gap 2c during charging, and the negative electrode active material 2a expands. Generation of stress in the negative electrode active material layer 2 due to is suppressed.

負極活物質2aが「固体電解質2bの空隙2cに接する面に配置されている」とは、例えば負極活物質2aが、固体電解質2bと接し、且つ空隙2cとも接する位置に存在することをいう。負極活物質2aは、好ましくは一層であるが、いくらかは重なりが存在してもよい。負極活物質2aは、負極活物質2aの連続膜から成る層であってもよい。典型的には、粒子状の負極活物質2aが、固体電解質2bの空隙2cに接する面に、点在し、又は隣接し合い、又は連続的に存在する。負極活物質2aは、固体電解質2bに接触し、結着している。負極活物質2aは固体電解質2bの空隙2cに接する面だけに存在することが好ましい。しかし、負極活物質2aの一部が固体電解質2bの内部に存在することは、本発明の効果が有効に奏される限り、許容される。固体電解質2bの内部に存在する負極活物質2aは、全負極活物質2aのうちの、20質量%以下、10質量%以下、5質量%以下、又は3質量%以下が好ましい。   The phrase “the negative electrode active material 2a is“ disposed on the surface in contact with the gap 2c of the solid electrolyte 2b ”” means that, for example, the negative electrode active material 2a is in contact with the solid electrolyte 2b and in contact with the gap 2c. The negative electrode active material 2a is preferably a single layer, but some overlap may exist. The negative electrode active material 2a may be a layer composed of a continuous film of the negative electrode active material 2a. Typically, the particulate negative electrode active material 2a is scattered, adjacent to, or continuously present on the surface of the solid electrolyte 2b in contact with the gap 2c. The negative electrode active material 2a is in contact with and bound to the solid electrolyte 2b. The negative electrode active material 2a is preferably present only on the surface in contact with the gap 2c of the solid electrolyte 2b. However, the presence of a part of the negative electrode active material 2a inside the solid electrolyte 2b is allowed as long as the effect of the present invention is effectively exhibited. The negative electrode active material 2a present inside the solid electrolyte 2b is preferably 20% by mass or less, 10% by mass or less, 5% by mass or less, or 3% by mass or less of the total negative electrode active material 2a.

[固体電解質]
固体電解質2bは、空隙2cを有する焼結体である。
[Solid electrolyte]
The solid electrolyte 2b is a sintered body having voids 2c.

固体電解質2bを構成する材料は、全固体電池に用いられる公知の固体電解質材料であればいずれでもよい。全固体電池におけるLiイオンの伝導体であればよく、結晶質であっても、ガラス材であってもよく、例えば、酸化物固体電解質であってよい。酸化物固体電解質は、Liイオンに対して耐還元性があり、好ましい。酸化物固体電解質は、例えば、ガーネット型酸化物固体電解質、ぺロブスカイト型酸化物固体電解質等が挙げられる。これらのうち、Liイオン伝導度が高いことから、特に、ガーネット型酸化物固体電解質が好ましい。   The material constituting the solid electrolyte 2b may be any known solid electrolyte material used for an all-solid battery. It may be a Li ion conductor in an all-solid battery, and may be crystalline or glass material, and may be, for example, an oxide solid electrolyte. The oxide solid electrolyte is preferable because it has reduction resistance to Li ions. Examples of the oxide solid electrolyte include a garnet-type oxide solid electrolyte and a perovskite-type oxide solid electrolyte. Of these, a garnet-type oxide solid electrolyte is particularly preferable because of its high Li ion conductivity.

ガーネット型酸化物固体電解質は、例えば、基本式Li5+xLaZr2−x12(式中、Aは、Sc、Ti、V、Y、Nb、Hf、Ta、Al、Si、Ga、及びGeからなる群より選ばれた1種類以上の原子であり、xは1.4以上2未満の数である。)で表される組成を有していてよい。上記の基本式Li5+xLaZr2−x12は、化学量論組成でなくてもよく、一部欠損していてもよいし、過剰であってもよいし、構成原子の一部が他の原子に置換されていてもよい。 The garnet-type oxide solid electrolyte has, for example, a basic formula Li 5 + x La 3 Zr x A 2−x O 12 (where A is Sc, Ti, V, Y, Nb, Hf, Ta, Al, Si, Ga) And one or more kinds of atoms selected from the group consisting of Ge, and x is a number of 1.4 or more and less than 2. The above basic formula Li 5 + x La 3 Zr x A 2−x O 12 may not have a stoichiometric composition, may be partially missing, may be excessive, or may be one of the constituent atoms. The part may be substituted with another atom.

ガーネット型酸化物固体電解質の組成としては、Liイオンの伝導性が高いことから、例えば、Li6.75LaZr1.75Nb0.2512、LiLaZr12、LiLaTa12、LiLaNb12等であってよいが、これらに限定されるものではない。 As the composition of the garnet-type oxide solid electrolyte, since Li ion conductivity is high, for example, Li 6.75 La 3 Zr 1.75 Nb 0.25 O 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li It may be 5 La 3 Ta 2 O 12 , Li 5 La 3 Nb 2 O 12, etc., but is not limited thereto.

本実施形態における負極活物質層2の固体電解質2bは、焼結体により構成され、空隙を形成している(後述)。   The solid electrolyte 2b of the negative electrode active material layer 2 in the present embodiment is composed of a sintered body and forms voids (described later).

[負極活物質と固体電解質との存在比]
負極活物質層2における負極活物質2aと固体電解質2bとの存在比は、負極活物質層2のイオン伝導性を十分に高くするために、イオン伝導性の高い焼結体のネットワークを形成するとの観点から、100質量部の負極活物質2aに対する固体電解質2bの質量比として、50質量部以上、80質量部以上、100質量部以上、又は120質量部以上であってよい。一方で、得られる全固体電池の出力を十分に高いものとする観点から、100質量部の負極活物質2aに対する固体電解質2bの質量比は、200質量部以下、180質量部以下、160質量部以下、又は150質量部以下であってよい。
[Abundance ratio of negative electrode active material and solid electrolyte]
The existence ratio of the negative electrode active material 2a to the solid electrolyte 2b in the negative electrode active material layer 2 is to form a sintered body network having high ion conductivity in order to sufficiently increase the ionic conductivity of the negative electrode active material layer 2. From this viewpoint, the mass ratio of the solid electrolyte 2b to the negative electrode active material 2a of 100 parts by mass may be 50 parts by mass, 80 parts by mass, 100 parts by mass, or 120 parts by mass. On the other hand, from the viewpoint of making the output of the obtained all-solid battery sufficiently high, the mass ratio of the solid electrolyte 2b to 100 parts by mass of the negative electrode active material 2a is 200 parts by mass or less, 180 parts by mass or less, 160 parts by mass. Or less than or equal to 150 parts by weight.

[空隙]
上記のとおり、本実施形態の負極活物質層における固体電解質2bは、固体電解質の焼結体により構成されている。固体電解質は、焼結体を形成することにより、負極活物質層の骨格を成すとともに、空隙2cを有する。負極活物質層内の空隙は、図1の下図に示すように、負極活物質層2の全体に分散して存在してよい。
[Void]
As described above, the solid electrolyte 2b in the negative electrode active material layer of the present embodiment is composed of a solid electrolyte sintered body. The solid electrolyte forms a skeleton of the negative electrode active material layer by forming a sintered body, and has voids 2c. The voids in the negative electrode active material layer may be dispersed throughout the negative electrode active material layer 2 as shown in the lower diagram of FIG.

負極活物質層2の空隙率は、空隙2cによる応力低減効果を有効に発現させるとの観点から、例えば、10体積%以上、20体積%以上、30体積%以上、又は40体積%以上であってよい。一方で、負極活物質層2の機械的強度を維持し、全固体電池の出力を高いものとする観点から、負極活物質層2の空隙率は、例えば、50体積%以下、40体積%以下、30体積%以下、20体積%以下、15体積%以下、10体積%以下であってよい。ここで負極活物質層2の空隙率は、負極活物質層2の全体積に対する空隙2cの合計体積の割合である。空隙2cの合計体積は、負極活物質層2の全体積から、固体電解質2b及び負極活物質2aの合計体積を引いた残りの体積である。   The porosity of the negative electrode active material layer 2 is, for example, 10% by volume or more, 20% by volume or more, 30% by volume or more, or 40% by volume or more from the viewpoint of effectively expressing the stress reduction effect due to the gap 2c. It's okay. On the other hand, from the viewpoint of maintaining the mechanical strength of the negative electrode active material layer 2 and increasing the output of the all solid state battery, the porosity of the negative electrode active material layer 2 is, for example, 50% by volume or less, 40% by volume or less. 30 volume% or less, 20 volume% or less, 15 volume% or less, and 10 volume% or less. Here, the porosity of the negative electrode active material layer 2 is the ratio of the total volume of the voids 2 c to the total volume of the negative electrode active material layer 2. The total volume of the voids 2 c is the remaining volume obtained by subtracting the total volume of the solid electrolyte 2 b and the negative electrode active material 2 a from the total volume of the negative electrode active material layer 2.

空隙2cの形状は、任意であり、例えば、略球状、略回転楕円体状、円柱状、円錐状、多角柱状、多角錐状、不定形状等、及びこれらの2つ以上の組み合わせから、適宜に選択されてよい。   The shape of the gap 2c is arbitrary, for example, from a substantially spherical shape, a substantially spheroid shape, a columnar shape, a conical shape, a polygonal columnar shape, a polygonal pyramid shape, an indefinite shape, and a combination of two or more thereof. May be selected.

空隙2cによる応力低減効果を有効に発現させるとの観点から、また、負極活物質2aを、空隙2cに接する面に有効に配置するとの観点から、負極活物質2aが粒子状である場合の空隙2cの平均径は、負極活物質2aの粒子の平均径を基準として、例えば、0.5倍以上、1倍以上、2倍以上、3倍以上、4倍以上、5倍以上、又は8倍以上であってよい。一方で、負極活物質層2の機械的強度を維持し、高いイオン伝導性を確保する観点から、負極活物質2aが粒子状である場合の空隙2cの平均径は、負極活物質2aの粒子の平均径を基準として、例えば、20倍以下、10倍以下、8倍以下、又は5倍以下であってよい。空隙2cの平均径は、負極電極層内における存在位置によって異なっていてよく、負極電極層2の固体電解質層3から遠い位置であれば、空隙2cの平均径は、負極活物質2aの平均粒子径に対して、例えば、2倍以下、1倍以下、又は0.5倍以下でもよい。   From the viewpoint of effectively expressing the stress reduction effect by the gap 2c, and from the viewpoint of effectively disposing the negative electrode active material 2a on the surface in contact with the gap 2c, the gap when the negative electrode active material 2a is in the form of particles The average diameter of 2c is, for example, 0.5 times or more, 1 time or more, 2 times or more, 3 times or more, 4 times or more, 5 times or more, or 8 times based on the average diameter of the particles of the negative electrode active material 2a. It may be above. On the other hand, from the viewpoint of maintaining the mechanical strength of the negative electrode active material layer 2 and ensuring high ionic conductivity, the average diameter of the voids 2c when the negative electrode active material 2a is particulate is the particle size of the negative electrode active material 2a. For example, the average diameter may be 20 times or less, 10 times or less, 8 times or less, or 5 times or less. The average diameter of the gap 2c may vary depending on the position in the negative electrode layer, and the average diameter of the gap 2c is the average particle of the negative electrode active material 2a as long as it is far from the solid electrolyte layer 3 of the negative electrode layer 2. For example, the diameter may be 2 times or less, 1 time or less, or 0.5 times or less.

空隙2cの平均径は、電子顕微鏡観察による等価円の数平均径として評価されてよい。空隙2cの平均径は、電子顕微鏡観察によって、1又は複数の視野から任意に選択した30個以上、好ましくは50個以上の空隙について、空隙の輪郭線を決定し、その輪郭線内の面積の等価円の直径の平均値として求めることができる。空隙2cの平均径は、例えば、0.5μm以上、1.0μm以上、1.5μm以上、又は2.0μm以上であってよく、例えば、5.0μm以下、4.5μm以下、又は4.0μm以下であってよい。   The average diameter of the air gap 2c may be evaluated as the number average diameter of an equivalent circle by electron microscope observation. The average diameter of the air gap 2c is determined by observing the outline of the air gap for 30 or more, preferably 50 or more air gaps arbitrarily selected from one or a plurality of fields of view by observation with an electron microscope. It can be obtained as an average value of the diameter of the equivalent circle. The average diameter of the gap 2c may be, for example, 0.5 μm or more, 1.0 μm or more, 1.5 μm or more, or 2.0 μm or more, for example, 5.0 μm or less, 4.5 μm or less, or 4.0 μm. It may be the following.

<負極集電体層>
本実施形態の全固体電池における負極集電体層1は、公知の構成であってよい。負極集電体層1を構成する材料としては、例えば、SUS、Cu、Ni、Fe、Ti、Co、Zn等から成る箔を使用することができる。
<Negative electrode current collector layer>
The negative electrode current collector layer 1 in the all solid state battery of the present embodiment may have a known configuration. As a material constituting the negative electrode current collector layer 1, for example, a foil made of SUS, Cu, Ni, Fe, Ti, Co, Zn, or the like can be used.

<固体電解質層>
固体電解質層3は、公知の構成であってよく、固体電解質を含んでいればよい。固体電解質は、例えば、酸化物固体電解質、硫化物固体電解質等であってよい。
<Solid electrolyte layer>
The solid electrolyte layer 3 may have a known configuration and may contain a solid electrolyte. The solid electrolyte may be, for example, an oxide solid electrolyte, a sulfide solid electrolyte, or the like.

<正極活物質層>
正極活物質層4は、公知の構成であってよく、正極活物質を含んでいればよい。正極活物質は、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)など公知の正極活物質から選択されて用いられてよい。
<Positive electrode active material layer>
The positive electrode active material layer 4 may have a known configuration and may contain a positive electrode active material. The positive electrode active material may be selected from known positive electrode active materials such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ).

<正極集電体層>
正極集電体層5は、公知の構成であってよい。正極集電体層5を構成する材料としては、例えば、ステンレス(SUS)、Ni、Cr、Au、Pt、Al、Fe、Ti、Zn等から成る箔を使用することができる。
<Positive electrode current collector layer>
The positive electrode current collector layer 5 may have a known configuration. As a material constituting the positive electrode current collector layer 5, for example, a foil made of stainless steel (SUS), Ni, Cr, Au, Pt, Al, Fe, Ti, Zn, or the like can be used.

<第1実施形態の全固体電池の製造方法>
第1実施形態の全固体電池は、例えば、以下の方法によって製造されてよい。
<The manufacturing method of the all-solid-state battery of 1st Embodiment>
The all-solid-state battery of 1st Embodiment may be manufactured by the following method, for example.

造孔材の表面に負極活物質を付着させること、
前記負極活物質が付着した前記造孔材と、前記固体電解質とを含む負極活物質層グリーンシートを形成すること、及び
前記負極活物質層グリーンシートを焼成すること
を含み、
前記負極活物質層グリーンシートの焼成工程において、前記固体電解質を焼結するとともに、前記造孔材を除去することにより、前記負極活物質を前記固体電解質焼結体の前記空隙に接する面に配置させる、
全固体電池の製造方法。
Attaching a negative electrode active material to the surface of the pore former;
Forming a negative electrode active material layer green sheet containing the pore former to which the negative electrode active material is adhered and the solid electrolyte, and firing the negative electrode active material layer green sheet,
In the firing process of the negative electrode active material layer green sheet, the solid electrolyte is sintered and the pore former is removed to place the negative electrode active material on the surface of the solid electrolyte sintered body in contact with the gap. Let
Manufacturing method of all solid state battery.

負極活物質層グリーンシートにおいて、造孔材、造孔材の表面に付着された負極活物質、及び固体電解質は、いずれも、粒子状であってよい。   In the negative electrode active material layer green sheet, the pore former, the negative electrode active material attached to the surface of the pore former, and the solid electrolyte may all be in the form of particles.

[負極活物質層グリーンシート]
負極活物質層グリーンシートは、周囲に負極活物質粒子を付着させた造孔材と、固体電解質粒子とを含み、任意的に更に、有機バインダ、可塑剤等を含んでいてもよい。
[Negative electrode active material layer green sheet]
The negative electrode active material layer green sheet includes a pore former having negative electrode active material particles attached to the periphery thereof and solid electrolyte particles, and may optionally further include an organic binder, a plasticizer, and the like.

負極活物質層グリーンシート中の、周囲に負極活物質粒子を付着させた造孔材は、例えば粒子状の造孔材と、粒子状の負極活物質とを接触させることにより、得ることができる。   The pore former in which the negative electrode active material particles are adhered to the periphery of the negative electrode active material layer green sheet can be obtained, for example, by bringing a particulate pore former and a particulate negative electrode active material into contact with each other. .

造孔材は、積層体を焼成したときに燃焼して消失し、負極活物質層2中の固体電解質2bの焼結体ネットワーク中に空隙2cを形成する機能を有する。従って造孔材は、負極活物質層グリーンシート中で一定の容積を占有する粒子状で存在し、焼成によって燃焼して消失する材料から成っていてよい。このような材料は、例えば、架橋有機ポリマー粒子等であってよい。   The pore former burns and disappears when the laminate is fired, and has a function of forming voids 2 c in the sintered body network of the solid electrolyte 2 b in the negative electrode active material layer 2. Therefore, the pore former may be made of a material that exists in the form of particles occupying a certain volume in the negative electrode active material layer green sheet and burns and disappears by firing. Such a material may be, for example, crosslinked organic polymer particles.

造孔材としての架橋有機ポリマー粒子は、例えば、架橋アクリル樹脂、架橋ポリスチレン、架橋されたアクリル−スチレン共重合体等、及びこれらの混合物等から構成される粒子であってよい。架橋アクリル樹脂は、例えば、架橋ポリメタクリル酸メチル等であってよい。架橋されたアクリル−スチレン共重合体は、例えば、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体の架橋物であってよい。   The crosslinked organic polymer particles as the pore former may be particles composed of, for example, a crosslinked acrylic resin, crosslinked polystyrene, a crosslinked acrylic-styrene copolymer, and a mixture thereof. The cross-linked acrylic resin may be, for example, cross-linked polymethyl methacrylate. The crosslinked acrylic-styrene copolymer may be, for example, a crosslinked product of methyl methacrylate-styrene copolymer.

造孔材の粒径を適宜に調整することにより、形成される空隙2cの大きさを制御することができる。負極活物質層グリーンシート中の固体電解質粒子は、後述の焼成工程において焼結体を形成するときに収縮するから、焼成後に形成される空隙のサイズは、負極活物質層グリーンシート中の造孔材の粒径よりも小さくなる。従って、造孔材の粒径は、所望の空隙2cのサイズよりも大きくてよい。定量的には、造孔材の粒径は、所望の空隙2cの平均径に対して、例えば、1倍以上、1.1倍以上、1.2倍以上、1.3倍以上、又は1.4倍以上であってよく、例えば、3.0倍以下、2.9倍以下、2.8倍以下、2.7倍以下、又は2.6倍以下であってよい。   By appropriately adjusting the particle diameter of the pore former, the size of the formed gap 2c can be controlled. Since the solid electrolyte particles in the negative electrode active material layer green sheet shrink when forming a sintered body in the firing step described later, the size of the void formed after firing is the pore formation in the negative electrode active material layer green sheet. It becomes smaller than the particle size of the material. Therefore, the particle diameter of the pore former may be larger than the desired size of the gap 2c. Quantitatively, the particle diameter of the pore former is, for example, 1 or more, 1.1 or more, 1.2 or more, 1.3 or more, or 1 with respect to the average diameter of the desired void 2c. For example, it may be 3.0 times or less, 2.9 times or less, 2.8 times or less, 2.7 times or less, or 2.6 times or less.

負極活物質粒子の平均径は、負極活物質層2中の負極活物質2aが粒子状である場合の所望の平均径と略同じであってよい。   The average diameter of the negative electrode active material particles may be substantially the same as the desired average diameter when the negative electrode active material 2a in the negative electrode active material layer 2 is in the form of particles.

造孔材の周囲の負極活物質粒子の量は、負極活物質粒子が造孔材の周囲を一層で覆う量、又はこれに近い量とすることが適切である。負極活物質粒子の量は、定量的には、負極活物質粒子が造孔材の周囲を一層で覆う量に対して、例えば、0.5倍以上、0.6倍以上、0.7倍以上、又は0.8倍以上であってよく、例えば、2.0倍以下、1.5倍以下、1.4倍以下、1.3倍以下、又は1.2倍以下であってよい。   It is appropriate that the amount of the negative electrode active material particles around the pore former is an amount that the negative electrode active material particles cover the pore former in one layer or an amount close thereto. Quantitatively, the amount of the negative electrode active material particles is, for example, 0.5 times or more, 0.6 times or more, and 0.7 times the amount of the negative electrode active material particles covering the periphery of the pore former. For example, it may be 2.0 times or less, 1.5 times or less, 1.4 times or less, 1.3 times or less, or 1.2 times or less.

負極活物質層グリーンシート中の固体電解質粒子は、負極活物質層2における所望の固体電解質材料から選択された材料から構成される粒子であってよく、例えば、上記に説明した、リチウムに対して耐還元性のある酸化物固体電解質から構成される粒子であってよい。固体電解質粒子の平均粒径は、メジアン径として、例えば、0.1μm以上、0.3μm以上、0.5μm以上、0.8μm以上、又は1.0μm以上であってよい。一方で、例えば、10μm以下、8μm以下、5μm以下、又は3μm以下であってよい。   The solid electrolyte particles in the negative electrode active material layer green sheet may be particles composed of a material selected from a desired solid electrolyte material in the negative electrode active material layer 2, for example, for lithium described above It may be a particle composed of a solid oxide having resistance to reduction. The average particle diameter of the solid electrolyte particles may be, for example, 0.1 μm or more, 0.3 μm or more, 0.5 μm or more, 0.8 μm or more, or 1.0 μm or more as a median diameter. On the other hand, for example, it may be 10 μm or less, 8 μm or less, 5 μm or less, or 3 μm or less.

負極活物質層グリーンシート中の有機バインダは、負極活物質層グリーンシート中の各成分を互いに結着するが、積層体を焼成したときに燃焼して消失することが予定されている成分である。更に、負極活物質層2における空隙2cの径を適切に制御すべき観点から、有機バインダは、焼成による消失後にも負極活物質層2中に有意の空隙を残さないことが望まれる。このような有機バインダは、例えば、非架橋の有機ポリマーであってよい。非架橋の有機ポリマーは、例えば、アクリル樹脂、ポリスチレン、アクリル−スチレン共重合体、フッ素原子含有樹脂等、及びこれらの混合物等から構成されてよい。アクリル樹脂は、例えばポリメタクリル酸メチル等であってよい。アクリル−スチレン共重合体は、例えばメタクリル酸メチル−スチレン共重合体等であってよい。フッ素原子含有樹脂は、例えばポリフッ化ビニリデン等であってよい。   The organic binder in the negative electrode active material layer green sheet binds the components in the negative electrode active material layer green sheet to each other, but is a component that is expected to burn and disappear when the laminate is fired. . Furthermore, from the viewpoint of appropriately controlling the diameter of the void 2c in the negative electrode active material layer 2, it is desirable that the organic binder does not leave a significant void in the negative electrode active material layer 2 even after disappearance by firing. Such an organic binder may be, for example, a non-crosslinked organic polymer. The non-crosslinked organic polymer may be composed of, for example, an acrylic resin, polystyrene, an acrylic-styrene copolymer, a fluorine atom-containing resin, and a mixture thereof. The acrylic resin may be, for example, polymethyl methacrylate. The acrylic-styrene copolymer may be, for example, methyl methacrylate-styrene copolymer. The fluorine atom-containing resin may be, for example, polyvinylidene fluoride.

負極活物質層グリーンシート中の可塑剤は、負極活物質層グリーンシートに可とう性を付与し、本実施形態の全固体電池の製造を容易化する機能を有する。このような可塑剤は、例えば、多価カルボン酸エステル、低分子ポリエステル等であってよい。多価カルボン酸エステルは、例えば、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジブチル、フタル酸フチルベンジル等のフタル酸エステル;アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ジイソノニル等のアジピン酸エステル;トリメリット酸トリオクチル等のトリメリット酸エステル;アセチルクエン酸トリブチル等のクエン酸エステル等であってよい。   The plasticizer in the negative electrode active material layer green sheet has a function of imparting flexibility to the negative electrode active material layer green sheet and facilitating the production of the all solid state battery of the present embodiment. Such a plasticizer may be, for example, a polyvalent carboxylic acid ester or a low molecular weight polyester. Polyvalent carboxylic acid esters include, for example, phthalic acid esters such as dioctyl phthalate, diisononyl phthalate, diisodecyl phthalate, dibutyl phthalate, and butyl phthalate; adipic acid esters such as dioctyl adipate and diisononyl adipate; trimellitic acid Trimellitic acid esters such as trioctyl; citric acid esters such as tributyl acetylcitrate may be used.

負極活物質層グリーンシートは、上記の各成分を混合し、シート状に成形することにより作製されてよい。負極活物質層グリーンシートは、具体的には例えば、適当な溶媒中に上記の各成分を添加及び混合して得られたスラリーを、適当な基材フィルム上に塗布した後、溶媒を加熱除去する方法によって作製されてよい。このとき、負極活物質粒子と造孔材粒子とを予備混合したうえで他の成分と混合することにより、周囲に活物質粒子が付着した造孔材粒子を容易に形成することができ、好ましい。   The negative electrode active material layer green sheet may be prepared by mixing the above-described components and forming into a sheet shape. Specifically, the negative electrode active material layer green sheet is prepared by, for example, applying a slurry obtained by adding and mixing each of the above components to a suitable solvent on a suitable substrate film, and then removing the solvent by heating. It may be produced by the method of: At this time, the anode active material particles and pore former particles are premixed and then mixed with other components, whereby pore former particles having active material particles attached thereto can be easily formed, which is preferable. .

スラリーの溶媒は、極性溶媒であってよく、例えば、水、1−ブタノール、2−ブタノール、酢酸、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等から選択される1種以上から構成されてよい。   The solvent of the slurry may be a polar solvent, and may be composed of, for example, one or more selected from water, 1-butanol, 2-butanol, acetic acid, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, and the like.

基材フィルムは、可とう性を有する樹脂フィルムであってよく、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン等から構成されるフィルムであってよい。ここで、ポリエステルは、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等であってよく、ポリオレフィンは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等であってよい。   The base film may be a resin film having flexibility, for example, a film made of polyester, polyolefin, or the like. Here, the polyester may be, for example, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, or the like, and the polyolefin may be, for example, polyethylene, polypropylene, or the like.

スラリーを塗布するに先立って、基材フィルム上に適当な離型剤を塗布しておいてもよい。   Prior to applying the slurry, an appropriate release agent may be applied on the base film.

[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は、固体電解質を含み、任意的に更に、有機バインダ、可塑剤等を含んでいてもよい。
[Solid electrolyte layer green sheet]
The solid electrolyte layer green sheet includes a solid electrolyte, and may optionally further include an organic binder, a plasticizer, and the like.

[正極活物質層グリーンシート]
正極活物質層グリーンシートは、正極活物質を含み、任意的に更に、固体電解質、有機バインダ、可塑剤等を含んでいてもよい。
[Positive electrode active material layer green sheet]
The positive electrode active material layer green sheet includes a positive electrode active material, and may optionally further include a solid electrolyte, an organic binder, a plasticizer, and the like.

[各グリーンシートの厚さ]
各グリーンシートの厚さは、全固体電池における各層の所望の厚さに応じて、それぞれ適宜に設定されてよい。
[Thickness of each green sheet]
The thickness of each green sheet may be appropriately set according to the desired thickness of each layer in the all solid state battery.

[積層及び焼成]
例えば、上記に説明した負極活物質層グリーンシート、固体電解質層グリーンシート、及び正極活物質層グリーンシートをこの順に積層して、グリーンシート積層体を得る。そしてこのグリーンシート積層体を焼成した後、負極活物質層側に負極集電体層を積層し、正極活物質層側に正極集電体層を積層することにより、本実施形態の全固体電池を得ることができる。各層のグリーンシートと、負極集電体層及び正極集電体層とを、予め所望の積層順で積層した後に、焼成してもよい。
[Lamination and firing]
For example, the negative electrode active material layer green sheet, the solid electrolyte layer green sheet, and the positive electrode active material layer green sheet described above are laminated in this order to obtain a green sheet laminate. And after baking this green sheet laminated body, the negative electrode collector layer is laminated | stacked on the negative electrode active material layer side, and the positive electrode collector layer is laminated | stacked on the positive electrode active material layer side, The all-solid-state battery of this embodiment Can be obtained. The green sheets of each layer, the negative electrode current collector layer, and the positive electrode current collector layer may be fired after being previously laminated in a desired lamination order.

グリーンシートが基材フィルムを有する場合、積層は基材フィルムを剥離しながら行われてよい。   When the green sheet has a base film, the lamination may be performed while peeling the base film.

グリーンシート積層体に対してプレスを行った後に焼成を行ってもよい。グリーンシート積層体にプレスを行うことにより、各層間の密着性を向上することができ、より優れた電池性能が発揮される。プレス時に積層体を加熱してもよい。   The green sheet laminate may be fired after being pressed. By pressing the green sheet laminate, the adhesion between the layers can be improved, and more excellent battery performance is exhibited. The laminate may be heated during pressing.

グリーンシート積層体の焼成温度は、負極活物質層グリーンシート中の造孔材が確実に燃焼して消失し、所望の空隙を得るべき観点、及び負極活物質層グリーンシート中の固体電解質が焼結体を形成すべき観点から、例えば、300℃以上、400℃以上、500℃以上、600℃以上、又は700℃以上であってよい。一方で、得られる負極活物質層中の各成分の不要な焼鈍を避け、優れた電池性能を確保する観点から、グリーンシート積層体の焼成温度は、例えば、1,500℃以下、1,400℃以下、1,300℃以下、又は1,200℃以下であってよい。   The firing temperature of the green sheet laminate is such that the pore-forming material in the negative electrode active material layer green sheet is surely burned and disappeared to obtain a desired void, and the solid electrolyte in the negative electrode active material layer green sheet is fired. From the viewpoint of forming a knot, it may be, for example, 300 ° C or higher, 400 ° C or higher, 500 ° C or higher, 600 ° C or higher, or 700 ° C or higher. On the other hand, from the viewpoint of avoiding unnecessary annealing of each component in the obtained negative electrode active material layer and ensuring excellent battery performance, the firing temperature of the green sheet laminate is, for example, 1,500 ° C. or less, 1,400 It may be at most 0 ° C, at most 1,300 ° C, or at most 1,200 ° C.

同様の観点から、焼成時間は、10分以上、30分以上、1時間以上、2時間以上、5時間以上、又は8時間以上であってよく、48時間以下、24時間以下、20時間以下、18時間以下、又は15時間以下であってよい。   From the same viewpoint, the firing time may be 10 minutes or more, 30 minutes or more, 1 hour or more, 2 hours or more, 5 hours or more, or 8 hours or more, 48 hours or less, 24 hours or less, 20 hours or less, It may be 18 hours or less, or 15 hours or less.

グリーンシート積層体を焼成する際の周囲雰囲気は、負極活物質層グリーンシート中の造孔材が確実に燃焼して消失し、所望の空隙を得るべき観点から、酸化性雰囲気とすることができ、例えば空気中の焼成であってよい。   The ambient atmosphere when the green sheet laminate is fired can be an oxidizing atmosphere from the viewpoint that the pore former in the negative electrode active material layer green sheet surely burns and disappears, and a desired void should be obtained. For example, it may be firing in air.

<第2実施形態の全固体電池>
本発明の別の実施形態の全固体電池における負極活物質層につき、その典型的な構造を、模式的な断面図として図2に示した。図2に示した負極活物質層2を含む全固体電池が、負極集電体層1、負極活物質層2、固体電解質層3、正極活物質層4、及び正極集電体層5を、この順に有する積層体であること、並びに、負極活物質層2が、負極活物質2a及び固体電解質2bを含み、固体電解質2bが空隙2cを有する焼結体であり、負極活物質2aが空隙2cに接する面に配置されていることは、第1実施形態の全固体電池と同様である。
<All Solid Battery of Second Embodiment>
A typical structure of a negative electrode active material layer in an all solid state battery according to another embodiment of the present invention is shown in FIG. 2 as a schematic cross-sectional view. The all solid state battery including the negative electrode active material layer 2 shown in FIG. 2 includes a negative electrode current collector layer 1, a negative electrode active material layer 2, a solid electrolyte layer 3, a positive electrode active material layer 4, and a positive electrode current collector layer 5. The negative electrode active material layer 2 includes a negative electrode active material 2a and a solid electrolyte 2b, the solid electrolyte 2b is a sintered body having voids 2c, and the negative electrode active material 2a is voids 2c. It is the same as that of the all-solid-state battery of 1st Embodiment to arrange | position to the surface which touches.

しかしながら、図2の負極活物質層2は、複数の層からなり、固体電解質層3に近い側の層から遠い側の層に向かって、空隙2cの径が小さくなっている。   However, the negative electrode active material layer 2 in FIG. 2 is composed of a plurality of layers, and the diameter of the gap 2c decreases from the layer closer to the solid electrolyte layer 3 to the layer farther from the layer.

図2の負極活物質層2は、具体的には、負極活物質第1層2(1)及び負極活物質第2層2(2)を含む。負極活物質第1層2(1)は、固体電解質層3に接する。負極活物質第2層2(2)は、負極活物質第1層2(1)と積層方向に隣接し、且つ負極集電体層1に接する。負極活物質第2層2(2)における空隙2cの径は、負極活物質第1層2(1)における空隙2cの径よりも小さい。   Specifically, the negative electrode active material layer 2 of FIG. 2 includes a negative electrode active material first layer 2 (1) and a negative electrode active material second layer 2 (2). The negative electrode active material first layer 2 (1) is in contact with the solid electrolyte layer 3. The negative electrode active material second layer 2 (2) is adjacent to the negative electrode active material first layer 2 (1) in the stacking direction and is in contact with the negative electrode current collector layer 1. The diameter of the gap 2c in the negative electrode active material second layer 2 (2) is smaller than the diameter of the gap 2c in the negative electrode active material first layer 2 (1).

固体電解質層3に近い負極活物質第1層2(1)では、Liイオン濃度が相対的に高く、充電に伴う負極活物質2aの膨張率が大きいと考えられる。従って、負極活物質第1層2(1)では、空隙2cの径を大きくして、負極活物質2aの高率の膨張を緩和可能にしておくことが望ましい。   In the negative electrode active material first layer 2 (1) close to the solid electrolyte layer 3, the Li ion concentration is relatively high, and it is considered that the negative electrode active material 2 a due to charging has a large expansion coefficient. Therefore, in the negative electrode active material first layer 2 (1), it is desirable to increase the diameter of the gap 2c so that the high rate expansion of the negative electrode active material 2a can be relaxed.

一方の、負極集電体層1に近い負極活物質第2層2(2)では、Liイオン濃度が相対的に低く、充電に伴う負極活物質2aの膨張率は小さいと考えられるから、空隙2cの径は小さくてよい。更に、空隙2cの径を小さくすると、負極活物質層2と負極集電体層1との接触面積を大きくすることができ、両層界面の電気抵抗を減ずることができる。   On the other hand, in the negative electrode active material second layer 2 (2) close to the negative electrode current collector layer 1, the Li ion concentration is relatively low and the expansion coefficient of the negative electrode active material 2a due to charging is considered to be small. The diameter of 2c may be small. Furthermore, when the diameter of the gap 2c is reduced, the contact area between the negative electrode active material layer 2 and the negative electrode current collector layer 1 can be increased, and the electrical resistance at the interface between the two layers can be reduced.

[負極活物質第1層]
負極活物質第1層2(1)の構成は、第1実施形態の全固体電池の負極活物質層2の構成と同様であってよい。
[Anode active material first layer]
The configuration of the negative electrode active material first layer 2 (1) may be the same as the configuration of the negative electrode active material layer 2 of the all solid state battery of the first embodiment.

[負極活物質第2層]
負極活物質第2層2(2)における負極活物質2aと固体電解質2bとの存在比は、第1実施形態の全固体電池の負極活物質層2の構成と同様であってよい。
[Second layer of negative electrode active material]
The abundance ratio of the negative electrode active material 2a and the solid electrolyte 2b in the negative electrode active material second layer 2 (2) may be the same as the configuration of the negative electrode active material layer 2 of the all solid state battery of the first embodiment.

負極活物質第2層2(2)の空隙率は、比較的に小さく設定されてよく、例えば、5体積%以上、10体積%以上、又は15体積%以上であってよく、例えば、40体積%以下、30体積%以下、又は20体積%以下であってよい。   The porosity of the negative electrode active material second layer 2 (2) may be set to be relatively small, for example, may be 5% by volume or more, 10% by volume or more, or 15% by volume or more, for example, 40% by volume. % Or less, 30 volume% or less, or 20 volume% or less.

負極活物質第2層2(2)における空隙2cの平均径は、負極活物質第2層2(2)の厚さを基準とする相対値として、例えば、1/20以上、1/18以上、又は1/16以上としてよく、例えば、1/5以下、1/8以下、又は1/10以下としてよい。負極活物質第2層2(2)における空隙2cの平均径の定量値は、電子顕微鏡観察による数平均径として、例えば、0.3μm以上、0.5μm以上、0.8μm以上、又は1.0μm以上であってよく、例えば、3.0μm以下、3.5μm以下、又は2.0μm以下であってよい。   The average diameter of the voids 2c in the negative electrode active material second layer 2 (2) is, for example, 1/20 or more, 1/18 or more as a relative value based on the thickness of the negative electrode active material second layer 2 (2). Or 1/16 or more, for example, 1/5 or less, 1/8 or less, or 1/10 or less. The quantitative value of the average diameter of the voids 2c in the negative electrode active material second layer 2 (2) is, for example, 0.3 μm or more, 0.5 μm or more, 0.8 μm or more, or 1. For example, it may be 3.0 μm or less, 3.5 μm or less, or 2.0 μm or less.

負極活物質第2層2(2)における負極活物質2aが粒子状である場合、その平均粒径は、相対的に小径の空隙2cとの接触を確保する観点から、負極活物質第1層2(1)におけるよりも小さく設定されてよい。負極活物質第2層2(2)における負極活物質2aの粒子の平均粒径は、メジアン径として、例えば、5nm以上、10nm以上、15nm以上、20nm以上、又は25nm以上であってよく、例えば、250nm以下、200nm以下、150nm以下、100nm以下、又は50nm以下であってよい。   When the negative electrode active material 2a in the negative electrode active material second layer 2 (2) is in the form of particles, the average particle diameter is from the viewpoint of ensuring contact with the relatively small-diameter voids 2c. It may be set smaller than in 2 (1). The average particle diameter of the particles of the negative electrode active material 2a in the negative electrode active material second layer 2 (2) may be, for example, 5 nm or more, 10 nm or more, 15 nm or more, 20 nm or more, or 25 nm or more as the median diameter. 250 nm or less, 200 nm or less, 150 nm or less, 100 nm or less, or 50 nm or less.

負極活物質第2層2(2)における空隙2cの平均径は、負極活物質第2層2(2)における負極活物質2aの粒子の平均径を基準として、例えば、2倍以上、3倍以上、4倍以上、又は5倍以上であってよく、例えば、20倍以下、15倍以下、12倍以下、又は10倍以下であってよい。   The average diameter of the voids 2c in the negative electrode active material second layer 2 (2) is, for example, 2 times or more and 3 times based on the average particle diameter of the negative electrode active material 2a in the negative electrode active material second layer 2 (2). The number may be 4 times or more, or 5 times or more, for example, 20 times or less, 15 times or less, 12 times or less, or 10 times or less.

[負極活物質各層の厚さ]
負極活物質第1層2(1)の厚さと、負極活物質第2層2(2)の厚さとの関係は、両層の厚さの合計に対する負極活物質第1層2(1)の厚さの割合として、例えば、50%以上、60%以上、又は70%以上であってよく、例えば、90%以下、85%以下、又は80%以下であってよい。
[Thickness of each layer of negative electrode active material]
The relationship between the thickness of the negative electrode active material first layer 2 (1) and the thickness of the negative electrode active material second layer 2 (2) is that of the negative electrode active material first layer 2 (1) with respect to the total thickness of both layers. The thickness ratio may be, for example, 50% or more, 60% or more, or 70% or more, for example, 90% or less, 85% or less, or 80% or less.

<第2実施形態の全固体電池の製造方法>
第2実施形態の全固体電池は、例えば、第1実施形態の全固体電池の製造方法において、負極活物質層グリーンシートとして、粒子状の負極活物質及び造孔材それぞれの平均径、並びにシート厚さが相違する2枚のグリーンシートを用いる方法によって製造されてよい。
<The manufacturing method of the all-solid-state battery of 2nd Embodiment>
The all solid state battery of the second embodiment is, for example, the negative electrode active material layer green sheet in the method for producing the all solid state battery of the first embodiment, and the average diameter of each of the particulate negative electrode active material and the pore former, and the sheet. It may be manufactured by a method using two green sheets having different thicknesses.

<第3実施形態の全固体電池>
本発明の更に別の実施形態の全固体電池における負極活物質層につき、その典型的な構造を、模式的な断面図として図3に示した。図3に示した負極活物質層を含む全固体電池が、負極集電体層1、負極活物質層2、固体電解質層3、正極活物質層4、及び正極集電体層5を、この順に有する積層体であること、並びに、負極活物質層2が、負極活物質2a、及び固体電解質2bを含み、固体電解質2bが空隙2cを有する焼結体であり、且つ負極活物質2aが空隙2cに接する面に配置されていることは、第1実施形態及び第2実施形態の全固体電池と同様である。
<All-solid-state battery of 3rd Embodiment>
A typical structure of a negative electrode active material layer in an all solid state battery of still another embodiment of the present invention is shown in FIG. 3 as a schematic cross-sectional view. The all-solid battery including the negative electrode active material layer shown in FIG. 3 includes the negative electrode current collector layer 1, the negative electrode active material layer 2, the solid electrolyte layer 3, the positive electrode active material layer 4, and the positive electrode current collector layer 5. The negative electrode active material layer 2 includes a negative electrode active material 2a and a solid electrolyte 2b, the solid electrolyte 2b is a sintered body having voids 2c, and the negative electrode active material 2a is voids. It is the same as that of the all-solid-state battery of 1st Embodiment and 2nd Embodiment to arrange | position to the surface which touches 2c.

しかしながら、図3の負極活物質層2は、複数の層からなり、固体電解質層3に近い側の層から遠い側の層に向かって負極活物質2aの含有比率が高くなっていてよい。また、図3の負極活物質層2は、複数の層からなり、固体電解質層3に近い側の層から遠い側の層に向かって前記空隙2cの径が小さくなっている。   However, the negative electrode active material layer 2 in FIG. 3 is composed of a plurality of layers, and the content ratio of the negative electrode active material 2a may increase from a layer closer to the solid electrolyte layer 3 to a layer farther from the layer. Also, the negative electrode active material layer 2 in FIG. 3 is composed of a plurality of layers, and the diameter of the gap 2c decreases from a layer closer to the solid electrolyte layer 3 to a layer farther from the layer.

図3の負極活物質層2は、具体的には、負極活物質第1層2(1)と負極活物質第2層2(2)とを含み、更に負極活物質第3層2(3)を含む。負極活物質第1層2(1)は、固体電解質層3に接する。この負極活物質第1層2(1)と積層方向に隣接して、負極活物質第2層2(2)及び負極活物質第3層2(3)がこの順に積層されており、負極活物質第3層2(3)は負極集電体層1に接する。   3 includes a negative electrode active material first layer 2 (1) and a negative electrode active material second layer 2 (2), and further includes a negative electrode active material third layer 2 (3). )including. The negative electrode active material first layer 2 (1) is in contact with the solid electrolyte layer 3. The negative electrode active material second layer 2 (2) and the negative electrode active material third layer 2 (3) are stacked in this order adjacent to the negative electrode active material first layer 2 (1) in the stacking direction. The third material layer 2 (3) is in contact with the negative electrode current collector layer 1.

[負極活物質第1層及び負極活物質第2層]
負極活物質第1層2(1)及び負極活物質第2層2(2)の構成は、それぞれ、第2実施形態の全固体電池の負極活物質層における負極活物質第1層2(1)及び負極活物質第2層2(2)と略同様であってよい。負極活物質第2層2(2)おける負極活物質2aの含有率は、負極活物質第2層2(1)おける負極活物質2aの含有率よりも高く設定することが好ましい。
[Negative electrode active material first layer and negative electrode active material second layer]
The configurations of the negative electrode active material first layer 2 (1) and the negative electrode active material second layer 2 (2) are respectively the negative electrode active material first layer 2 (1) in the negative electrode active material layer of the all-solid-state battery of the second embodiment. ) And the negative electrode active material second layer 2 (2). The content ratio of the negative electrode active material 2a in the negative electrode active material second layer 2 (2) is preferably set higher than the content ratio of the negative electrode active material 2a in the negative electrode active material second layer 2 (1).

[負極活物質第3層]
負極活物質第3層2(3)は、負極活物質層2と負極集電体層1との間の電気抵抗を低減し、電池性能をより向上させるための接合層としての機能を有する。この接合層としての機能の発現のためには、負極活物質第3層2(3)において、導電性を有する負極活物質2aの含有率を、負極活物質第1層2(1)及び負極活物質第2層2(2)における負極活物質2aの含有率よりも高くする、即ち、負極活物質2aに対する絶縁体である固体電解質2bの割合を低く設定することが望まれる。
[Negative electrode active material third layer]
The negative electrode active material third layer 2 (3) functions as a bonding layer for reducing the electrical resistance between the negative electrode active material layer 2 and the negative electrode current collector layer 1 and further improving battery performance. In order to develop the function as the bonding layer, the content of the negative electrode active material 2a having conductivity in the negative electrode active material third layer 2 (3) is set to be equal to that of the negative electrode active material first layer 2 (1) and the negative electrode. It is desired to set the content ratio of the negative electrode active material 2a in the active material second layer 2 (2) higher, that is, to set the ratio of the solid electrolyte 2b that is an insulator to the negative electrode active material 2a low.

具体的には、負極活物質第3層2(3)において、100質量部の負極活物質2aに対する固体電解質2bの質量比は、70質量部以下、50質量部以下、又は30質量部以下であってよい。しかしながら、負極活物質第3層2(3)におけるイオン伝導性を確保する観点からは、100質量部の負極活物質2aに対する固体電解質2bの質量比は、50質量部以上としてよい。   Specifically, in the negative electrode active material third layer 2 (3), the mass ratio of the solid electrolyte 2b to 100 parts by mass of the negative electrode active material 2a is 70 parts by mass or less, 50 parts by mass or less, or 30 parts by mass or less. It may be. However, from the viewpoint of ensuring ion conductivity in the negative electrode active material third layer 2 (3), the mass ratio of the solid electrolyte 2b to 100 parts by mass of the negative electrode active material 2a may be 50 parts by mass or more.

負極活物質第3層2(3)のその余の態様は、負極活物質第1層2(1)及び負極活物質第2層2(2)と同様であってよい。   The other aspects of the negative electrode active material third layer 2 (3) may be the same as those of the negative electrode active material first layer 2 (1) and the negative electrode active material second layer 2 (2).

[負極活物質各層の厚さ]
第3実施形態の全固体電池において、負極活物質第1層2(1)の厚さと、負極活物質第2層2(2)の厚さとの関係は、両層の厚さの合計に対する負極活物質第1層2(1)の厚さの割合として、例えば、50%以上、60%以上、又は70%以上であってよく、例えば、90%以下、85%以下、又は80%以下であってよい。
[Thickness of each layer of negative electrode active material]
In the all-solid-state battery of the third embodiment, the relationship between the thickness of the negative electrode active material first layer 2 (1) and the thickness of the negative electrode active material second layer 2 (2) is the negative electrode with respect to the total thickness of both layers. The thickness ratio of the active material first layer 2 (1) may be, for example, 50% or more, 60% or more, or 70% or more, for example, 90% or less, 85% or less, or 80% or less. It may be.

第3実施形態の全固体電池における負極活物質第3層2(3)の厚さは、負極活物質第1層2(1)の厚さと、負極活物質第2層2(2)の厚さと、負極活物質第3層2(3)の厚さとの合計に対する負極活物質第3層2(3)の厚さの割合として、例えば、1%以上、5%以上、又は8%以上であってよく、例えば、20%以下、又は15%以下であってよい。   The thickness of the negative electrode active material third layer 2 (3) in the all solid state battery of the third embodiment is the same as the thickness of the negative electrode active material first layer 2 (1) and the thickness of the negative electrode active material second layer 2 (2). And the ratio of the thickness of the negative electrode active material third layer 2 (3) to the total thickness of the negative electrode active material third layer 2 (3) is, for example, 1% or more, 5% or more, or 8% or more For example, it may be 20% or less, or 15% or less.

<第3実施形態の全固体電池の製造方法>
第3実施形態の全固体電池は、例えば、第1実施形態の全固体電池の製造方法において、負極活物質層グリーンシートとして、造孔材等の各成分の平均径、組成比、及び厚さが相違する3種類のグリーンシートを用いる方法によって製造されてよい。
<The manufacturing method of the all-solid-state battery of 3rd Embodiment>
The all solid state battery of the third embodiment is, for example, in the manufacturing method of the all solid state battery of the first embodiment, as a negative electrode active material layer green sheet, the average diameter, composition ratio, and thickness of each component such as a pore former It may be manufactured by a method using three types of green sheets having different values.

<第4実施形態の全固体電池>
本発明の更に別の実施形態の全固体電池の負極活物質層につき、その典型的な構造を、模式的な断面図として図4Aに示した。第4実施形態の全固体電池は、負極集電体層1、負極活物質層2、固体電解質層3、正極活物質層4、及び正極集電体層5を、この順に有する積層体であること、並びに、負極活物質層2が、負極活物質2a及び固体電解質2b、を含み、固体電解質2bが空隙2cを有する焼結体であり、負極活物質2aが空隙2cに接する面に配置されていることは、第1実施形態〜第3実施形態の全固体電池と同様である。
<All Solid Battery of Fourth Embodiment>
A typical structure of a negative electrode active material layer of an all solid state battery according to still another embodiment of the present invention is shown in FIG. 4A as a schematic cross-sectional view. The all-solid-state battery of 4th Embodiment is a laminated body which has the negative electrode collector layer 1, the negative electrode active material layer 2, the solid electrolyte layer 3, the positive electrode active material layer 4, and the positive electrode collector layer 5 in this order. In addition, the negative electrode active material layer 2 includes a negative electrode active material 2a and a solid electrolyte 2b, the solid electrolyte 2b is a sintered body having voids 2c, and the negative electrode active material 2a is disposed on a surface in contact with the voids 2c. It is the same as that of the all-solid-state battery of 1st Embodiment-3rd Embodiment.

しかしながら第4実施形態の全固体電池では、空隙2cが、固体電解質層3から負極集電体層1まで連続している。空隙2cは、全固体電池の積層方向と平行に連続していてもよく、全固体電池の積層方向に対して斜めに連続していてもよい。   However, in the all solid state battery of the fourth embodiment, the gap 2 c is continuous from the solid electrolyte layer 3 to the negative electrode current collector layer 1. The gap 2c may be continuous in parallel with the stacking direction of the all solid state battery, or may be continued obliquely with respect to the stacking direction of the all solid state battery.

図4A(b)は、図4A(a)のA−A線断面図である。第4実施形態の全固体電池における空隙2cは、積層方向から見た場合に、図4A(b)のようにストライプ状に形成されていてよい。即ち、板状の固体電解質2bの両面に負極活物質2aを有し、この表面に負極活物質2aを有する板状の固体電解質2bが、間に所定の間隔の空隙2cを有して、固体電解質層3から負極集電体層1まで延在し、板状の固体電解質2bが複数個並列に配置されて、負極活物質層2を構成していてよい。   4A (b) is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 4A (a). The gap 2c in the all solid state battery of the fourth embodiment may be formed in a stripe shape as shown in FIG. 4A (b) when viewed from the stacking direction. That is, the plate-shaped solid electrolyte 2b having the negative electrode active material 2a on both surfaces of the plate-shaped solid electrolyte 2b, and the surface of the plate-shaped solid electrolyte 2b having the negative electrode active material 2a on it, The negative electrode active material layer 2 may be configured by extending from the electrolyte layer 3 to the negative electrode current collector layer 1 and arranging a plurality of plate-like solid electrolytes 2b in parallel.

図4Bは、第4実施形態の別の態様の全固体電池について、図4A(b)と同じ方向から見た概略断面図である。この第4実施形態の別の態様の全固体電池は、図4Aに示した第4実施形態の全固体電池と同様に、空隙2cが固体電解質層3から負極集電体層1まで連続しているが、図4Bに示されるように、第4実施形態の全固体電池の負極活物質層2における空隙2cは、積層方向から見た場合にドット状である。   FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the all solid state battery according to another aspect of the fourth embodiment, viewed from the same direction as FIG. 4A (b). In the all solid state battery according to another aspect of the fourth embodiment, the gap 2c is continuous from the solid electrolyte layer 3 to the negative electrode current collector layer 1 as in the all solid state battery of the fourth embodiment shown in FIG. 4A. However, as shown in FIG. 4B, the gap 2c in the negative electrode active material layer 2 of the all-solid-state battery of the fourth embodiment is dot-like when viewed from the stacking direction.

第4実施形態の全固体電池においても、負極活物質層2中の負極活物質2aは、充電に伴って空隙2cの方向に膨張することができるから、充放電に伴う全固体電池を構成する層間の剥れ等を高度に抑制することが可能となる。しかも、第4実施形態の全固体電池では、負極活物質2aが固体電解質層3から負極集電体層1まで連続しているので、優れた導電性を示すことができる。   Also in the all solid state battery of the fourth embodiment, the negative electrode active material 2a in the negative electrode active material layer 2 can expand in the direction of the gap 2c along with charging, and thus constitutes an all solid state battery accompanying charge and discharge. It is possible to highly suppress peeling between layers. Moreover, in the all solid state battery of the fourth embodiment, since the negative electrode active material 2a is continuous from the solid electrolyte layer 3 to the negative electrode current collector layer 1, excellent conductivity can be exhibited.

第4実施形態の全固体電池の負極活物質層2における、粒子状である負極活物質2aの平均径、及び固体電解質2bを構成する酸化物固体電解質粒子の平均径、及び負極活物質2aと固体電解質2bとの存在比は、それぞれ、第1実施形態の全固体電池の場合と同様であってよい。負極活物質層2の空隙率は、第1実施形態の全固体電池の場合と略同一であってもよいし、又はこれよりも大きくてもよい。   In the negative electrode active material layer 2 of the all-solid-state battery of the fourth embodiment, the average diameter of the particulate negative electrode active material 2a, the average diameter of the oxide solid electrolyte particles constituting the solid electrolyte 2b, and the negative electrode active material 2a The abundance ratio with respect to the solid electrolyte 2b may be the same as in the case of the all solid state battery of the first embodiment. The porosity of the negative electrode active material layer 2 may be substantially the same as or higher than that of the all solid state battery of the first embodiment.

第4実施形態の全固体電池の負極活物質層2における負極活物質2aは、固体電解質である焼結体が有する空隙2cに接する面に存在している。負極活物質2aの層の厚さは、例えば50nm以上1μm以下であってよい。   The negative electrode active material 2a in the negative electrode active material layer 2 of the all-solid battery of the fourth embodiment is present on the surface in contact with the void 2c of the sintered body that is a solid electrolyte. The layer thickness of the negative electrode active material 2a may be, for example, 50 nm or more and 1 μm or less.

第4実施形態の全固体電池の負極活物質層2において、空隙2cが積層方向から見でストライプ状である場合、その幅の平均値は、負極活物質層2の厚さを基準とする相対値として、例えば、1/20以上又は1/15以上であってよく、例えば、1/5以下又は1/10以下であってよい。空隙2cがストライプ状である場合の幅の平均値の定量値は、電子顕微鏡観察による数平均値として、例えば、0.5μm以上又は1.0μm以上であってよく、例えば、5.0μm以下又は4.0μm以下であってよい。   In the negative electrode active material layer 2 of the all-solid-state battery of the fourth embodiment, when the gaps 2c are striped when viewed from the stacking direction, the average value of the width is relative to the thickness of the negative electrode active material layer 2 As a value, it may be 1/20 or more or 1/15 or more, for example, may be 1/5 or less or 1/10 or less. The quantitative value of the average value of the width when the gap 2c is striped may be, for example, 0.5 μm or more or 1.0 μm or more, for example, 5.0 μm or less or It may be 4.0 μm or less.

空隙2cが積層方向から見でドット状である場合、その平均径は、負極活物質層2の厚さを基準とする相対値として、例えば、1/20以上、1/18以上、又は1/16以上であってよく、例えば、1/6以下、1/8以下、又は1/10以下であってよい。空隙2cがドット状である場合の平均径の定量値は、電子顕微鏡観察による数平均径として、例えば、0.5μm以上、1.0μm以上、1.5μm以上、又は2.0μm以上であってよく、例えば、5.0μm以下、4.5μm以下、又は4.0μm以下であってよい。   When the gap 2c is dot-like when viewed from the stacking direction, the average diameter is, for example, 1/20 or more, 1/18 or more, or 1 /, as a relative value based on the thickness of the negative electrode active material layer 2. It may be 16 or more, for example, 1/6 or less, 1/8 or less, or 1/10 or less. The quantitative value of the average diameter when the gap 2c is dot-like is, for example, 0.5 μm or more, 1.0 μm or more, 1.5 μm or more, or 2.0 μm or more as the number average diameter by electron microscope observation. For example, it may be 5.0 μm or less, 4.5 μm or less, or 4.0 μm or less.

<第4実施形態の全固体電池の製造方法>
空隙2cが積層方向から見でストライプ状である第4実施形態の全固体電池は、例えば、以下の方法によって製造されてよい。
<The manufacturing method of the all-solid-state battery of 4th Embodiment>
The all-solid-state battery according to the fourth embodiment in which the gap 2c is striped when viewed from the stacking direction may be manufactured, for example, by the following method.

負極活物質を含む負極活物質含有層、固体電解質を含む固体電解質含有層、及び造孔材を含む造孔材含有層を作製し、これらを、固体電解質含有層、負極活物質含有層、造孔材含有層、負極活物質含有層、固体電解質含有層、負極活物質含有層、造孔材含有層、負極活物質含有層、固体電解質含有層・・・の順に積層して、負極活物質層グリーンシートの前駆積層体を得ること、
前記負極活物質層グリーンシートの前駆積層体を積層方向に垂直な断面で切断して、各層がストライプ状に配置された負極活物質層グリーンシートを得ること、
負極集電体層、負極活物質層グリーンシート、固体電解質層グリーンシート、正極活物質層グリーンシートをこの順に積層して、グリーンシート積層体を得ること、並びに
前記グリーンシート積層体を焼成すること
を含む、全固体電池の製造方法。
A negative electrode active material-containing layer containing a negative electrode active material, a solid electrolyte-containing layer containing a solid electrolyte, and a pore-forming material-containing layer containing a pore-forming material were prepared, and these were formed into a solid electrolyte-containing layer, a negative electrode active material-containing layer, A negative electrode active material is laminated in the order of a pore material-containing layer, a negative electrode active material-containing layer, a solid electrolyte-containing layer, a negative electrode active material-containing layer, a pore former-containing layer, a negative electrode active material-containing layer, a solid electrolyte-containing layer. Obtaining a precursor laminate of layer green sheets,
Cutting the negative electrode active material layer green sheet precursor laminate in a cross section perpendicular to the stacking direction to obtain a negative electrode active material layer green sheet in which each layer is arranged in a stripe shape;
A negative electrode current collector layer, a negative electrode active material layer green sheet, a solid electrolyte layer green sheet, and a positive electrode active material layer green sheet are laminated in this order to obtain a green sheet laminate, and the green sheet laminate is fired A method for producing an all-solid battery.

[負極活物質含有層]
負極活物質含有層は、負極活物質を含み、任意的に更に、有機バインダ、可塑剤等を含んでいてもよい。負極活物質含有層中の負極活物質は、粒子状であってよい。負極活物質含有層は、固体電解質及び造孔材を含んでいてもよいが、これらを含まないことが好ましい。
[Negative electrode active material-containing layer]
The negative electrode active material-containing layer contains a negative electrode active material, and may optionally further contain an organic binder, a plasticizer, and the like. The negative electrode active material in the negative electrode active material-containing layer may be particulate. The negative electrode active material-containing layer may contain a solid electrolyte and a pore former, but preferably does not contain them.

負極活物質含有層の厚さは、第4形態の全固体電池の負極活物質層における、負極活物質2aの層の所望の厚さに応じて、適宜に設定されてよい。   The thickness of the negative electrode active material-containing layer may be appropriately set according to the desired thickness of the negative electrode active material 2a layer in the negative electrode active material layer of the all-solid-state battery of the fourth embodiment.

[造孔材含有層]
造孔材含有層は、造孔材を含み、任意的に更に、有機バインダ、可塑剤等を含んでいてもよい。
[Porous material-containing layer]
The pore former-containing layer contains a pore former and optionally further contains an organic binder, a plasticizer, and the like.

造孔材含有層に含まれる造孔材は、第1実施形態の全固体電池を製造する際に使用される負極活物質層グリーンシート中の造孔材と同じ又は類似する材料から構成されていてよい。この造孔材は、有機ポリマーであってよいが、架橋体である必要はない。ここでは、架橋有機ポリマー及び非架橋有機ポリマーのどちらも好ましく使用できる。   The pore former contained in the pore former-containing layer is composed of the same or similar material as the pore former in the negative electrode active material layer green sheet used when manufacturing the all solid state battery of the first embodiment. It's okay. The pore former may be an organic polymer, but need not be a crosslinked body. Here, both a crosslinked organic polymer and a non-crosslinked organic polymer can be preferably used.

造孔材含有層は、上記の各成分を使用する他は、第1実施形態の全固体電池を製造する際に使用される負極活物質層グリーンシートと同様の手法により形成されてよい。   The pore former-containing layer may be formed by the same method as the negative electrode active material layer green sheet used when manufacturing the all-solid-state battery of the first embodiment, except that each component described above is used.

造孔材含有層の厚さは、空隙2cが積層方向から見でストライプ状である第4形態の全固体電池の負極活物質層における、空隙2cの幅の所望値に応じて、適宜に設定されてよい。   The thickness of the pore former-containing layer is appropriately set according to the desired value of the width of the void 2c in the negative electrode active material layer of the all-solid-state battery of the fourth embodiment in which the void 2c is striped when viewed from the stacking direction. May be.

[固体電解質含有層及び正極活物質含有層]
固体電解質含有層及び正極活物質含有層は、それぞれ、厚さが適宜に調整されるべきである他は、第1実施態様の全固体電池における固体電解質層グリーンシート及び正極活物質層グリーンシートと同様であってよい。
[Solid electrolyte-containing layer and positive electrode active material-containing layer]
Each of the solid electrolyte-containing layer and the positive electrode active material-containing layer should be appropriately adjusted in thickness, except that the solid electrolyte layer green sheet and the positive electrode active material layer green sheet in the all-solid battery of the first embodiment It may be the same.

[第4実施形態の全固体電池の製造方法の一例]
空隙2cが積層方向から見でストライプ状である第4実施形態の全固体電池の製造方法の一例を、図5に概略的に示した。
[Example of Method for Manufacturing All-Solid Battery of Fourth Embodiment]
An example of the manufacturing method of the all-solid-state battery according to the fourth embodiment in which the gap 2c is striped when viewed from the stacking direction is schematically shown in FIG.

先ず、固体電解質含有層3(4)、負極活物質含有層2(4)、造孔材含有層6(4)、負極活物質含有層2(4)、固体電解質含有層3(4)、負極活物質含有層2(4)、造孔材含有層6(4)、負極活物質含有層2(4)、固体電解質含有層3(4)・・・の順に積層して、負極活物質層グリーンシートの前駆積層体10(4)を得る(図5(a))。   First, the solid electrolyte containing layer 3 (4), the negative electrode active material containing layer 2 (4), the pore former containing layer 6 (4), the negative electrode active material containing layer 2 (4), the solid electrolyte containing layer 3 (4), The negative electrode active material containing layer 2 (4), the pore former containing layer 6 (4), the negative electrode active material containing layer 2 (4), the solid electrolyte containing layer 3 (4), etc. A layered green sheet precursor laminate 10 (4) is obtained (FIG. 5A).

次いで、負極活物質層グリーンシートの前駆積層体10(4)を、積層方向に垂直な断面で切断(スライス)して、各層がストライプ状に配置された負極活物質層グリーンシート2Gを得る(図5(b))。   Next, the negative electrode active material layer green sheet precursor laminate 10 (4) is cut (sliced) in a cross section perpendicular to the stacking direction to obtain a negative electrode active material layer green sheet 2G in which each layer is arranged in a stripe shape ( FIG. 5B).

更に、負極集電体層1、負極活物質層グリーンシート2G、固体電解質層グリーンシート3G、及び正極活物質層グリーンシート4Gをこの順に積層して、第4実施形態のグリーンシート積層体を得る(図5(c))。ここで使用される、固体電解質層グリーンシート3G及び正極活物質層グリーンシート4Gは、それぞれ、第1実施態様の全固体電池における固体電解質層グリーンシート及び正極活物質層グリーンシートと同様であってよい。   Furthermore, the negative electrode current collector layer 1, the negative electrode active material layer green sheet 2G, the solid electrolyte layer green sheet 3G, and the positive electrode active material layer green sheet 4G are laminated in this order to obtain the green sheet laminate of the fourth embodiment. (FIG. 5C). The solid electrolyte layer green sheet 3G and the positive electrode active material layer green sheet 4G used here are the same as the solid electrolyte layer green sheet and the positive electrode active material layer green sheet in the all solid state battery of the first embodiment, respectively. Good.

そして、この第4実施形態のグリーンシート積層体を焼成した後、焼成後の積層体の正極活物質層側に正極集電体層を積層することにより、第4実施形態の全固体電池を得ることができる。   And after baking the green sheet laminated body of this 4th Embodiment, the all-solid-state battery of 4th Embodiment is obtained by laminating | stacking a positive electrode collector layer on the positive electrode active material layer side of the laminated body after baking. be able to.

別法として、負極集電体層1、負極活物質層グリーンシート2G、固体電解質層グリーンシート3G、正極活物質層グリーンシート4G、及び正極集電体層5を、予め所望の積層順で積層したうえで、焼成してもよい。   Alternatively, the negative electrode current collector layer 1, the negative electrode active material layer green sheet 2G, the solid electrolyte layer green sheet 3G, the positive electrode active material layer green sheet 4G, and the positive electrode current collector layer 5 are laminated in advance in a desired lamination order. In addition, it may be fired.

<実施例1>
(1)負極活物質層グリーンシートの作製
負極活物質としてのSi粒子(平均粒径80nm)8.7gと、造孔材として球状の架橋アクリル樹脂粒子(平均粒径0.8μm)16.6gと、溶媒として、Si粒子及び架橋アクリル樹脂粒子の合計質量と同量の2−ブタノールとを合わせ、ボールミルを用いて回転数300rpmにて5時間混合して、混合物を得た。この混合物では、Si粒子と架橋アクリル樹脂粒子とを合わせて混合することにより、球状の架橋アクリル樹脂粒子の周りにSi粒子が付着した。
<Example 1>
(1) Preparation of negative electrode active material layer green sheet 8.7 g of Si particles (average particle size 80 nm) as a negative electrode active material and 16.6 g of spherical crosslinked acrylic resin particles (average particle size 0.8 μm) as a pore former Then, as a solvent, 2-butanol having the same amount as the total mass of Si particles and crosslinked acrylic resin particles was combined and mixed using a ball mill at a rotational speed of 300 rpm for 5 hours to obtain a mixture. In this mixture, Si particles adhered around the spherical crosslinked acrylic resin particles by mixing the Si particles and the crosslinked acrylic resin particles together.

得られた混合物に、固体電解質として、LiLaZr(LLZ)粒子(平均粒径1.0nm)11.8g、及び2−ブタノール11.8gを追加し、ボールミルを用いて回転数300rpmにて5時間混合して、スラリーAを得た。 To the obtained mixture, 11.8 g of Li 7 La 3 Zr 2 O 7 (LLZ) particles (average particle size 1.0 nm) and 11.8 g of 2-butanol were added as a solid electrolyte and rotated using a ball mill. The slurry A was obtained by mixing at several 300 rpm for 5 hours.

一方、有機バインダとして非架橋のアクリル樹脂、可塑剤としてフタル酸ブチルベンジル、及び溶媒として2−ブタノールを、質量比18:72:10の混合比で合わせ、ボールミルを用いて回転数2,000rpmにて10分間混合して、バインダ溶液を得た。   On the other hand, a non-crosslinked acrylic resin as an organic binder, butylbenzyl phthalate as a plasticizer, and 2-butanol as a solvent are combined at a mixing ratio of a mass ratio of 18:72:10, and the rotational speed is 2,000 rpm using a ball mill. For 10 minutes to obtain a binder solution.

スラリーAに、スラリーA中のSi粒子、LLZ粒子、及び架橋アクリル樹脂粒子の合計質量と同量のバインダ溶液を加え、脱泡混合器を用いて回転数2,000rpmにて5分間混合して、スラリーBを得た。   Add a binder solution of the same amount as the total mass of Si particles, LLZ particles, and crosslinked acrylic resin particles in slurry A to slurry A, and mix for 5 minutes at a rotational speed of 2,000 rpm using a defoaming mixer. A slurry B was obtained.

塗工機を用いて、離型剤をコートしたPETフィルム上に、スラリーBを、溶媒除去後の膜厚が15μmとなるように塗工した後、室温で30分、及び80℃の乾燥器中で20分、順次に乾燥することにより、負極活物質層グリーンシートを得た。   Using a coating machine, the slurry B was coated on a PET film coated with a release agent so that the film thickness after removal of the solvent was 15 μm, and then a dryer at room temperature for 30 minutes and at 80 ° C. The negative electrode active material layer green sheet was obtained by drying in order for 20 minutes.

(2)固体電解質層グリーンシートの作製
固体電解質としてLiLaZr 30g及び溶媒として2−ブタノール30gを合わせ、ボールミルを用いて回転数300rpmにて10時間混合して、スラリーCを得た。このスラリーCに、負極活物質層グリーンシートの作製におけるのと同様にして調製したバインダ溶液30gを加え、脱泡混合器を用いて回転数2,000rpmにて5分間混合して、スラリーDを得た。
(2) Preparation of solid electrolyte layer green sheet 30 g of Li 7 La 3 Zr 2 O 7 as a solid electrolyte and 30 g of 2-butanol as a solvent are mixed and mixed at a rotation speed of 300 rpm for 10 hours using a ball mill, and slurry C is obtained. Obtained. To this slurry C, 30 g of a binder solution prepared in the same manner as in the production of the negative electrode active material layer green sheet was added, and the slurry D was mixed using a defoaming mixer at 2,000 rpm for 5 minutes. Obtained.

塗工機を用いて、離型剤をコートしたPETフィルム上に、スラリーDを、溶媒除去後の膜厚が20μmとなるように塗工した後、室温で30分、及び80℃の乾燥器中で20分、順次に乾燥することにより、固体電解質層グリーンシートを得た。   Using a coating machine, the slurry D was coated on a PET film coated with a release agent so that the film thickness after removal of the solvent was 20 μm, and then a dryer at room temperature for 30 minutes and at 80 ° C. The solid electrolyte layer green sheet was obtained by drying sequentially for 20 minutes.

(3)正極活物質層グリーンシートの作製
正極活物質としてLiCoO 15g、固体電解質としてLiLaZr 15g、及び溶媒として2−ブタノール30gを合わせ、ボールミルを用いて回転数300rpmにて10時間混合して、スラリーEを得た。このスラリーEに、負極活物質層グリーンシートの作製におけるのと同様にして調製したバインダ溶液30gを加え、脱泡混合器を用いて回転数2,000rpmにて5分間混合して、スラリーFを得た。
(3) Preparation of positive electrode active material layer green sheet LiCoO 2 15 g as a positive electrode active material, Li 7 La 3 Zr 2 O 7 15 g as a solid electrolyte, and 30 g of 2-butanol as a solvent were combined, and the rotation speed was 300 rpm using a ball mill. For 10 hours to obtain slurry E. To this slurry E, 30 g of a binder solution prepared in the same manner as in the production of the negative electrode active material layer green sheet was added, and the slurry F was mixed for 5 minutes at a rotational speed of 2,000 rpm using a defoaming mixer. Obtained.

塗工機を用いて、離型剤をコートしたPETフィルム上に、スラリーFを、溶媒除去後の膜厚が50μmとなるように塗工した後、室温で30分、及び80℃の乾燥器中で20分、順次に乾燥することにより、正極活物質層グリーンシートを得た。   Using a coating machine, the slurry F was coated on a PET film coated with a release agent so that the film thickness after removal of the solvent was 50 μm, and then a dryer at room temperature for 30 minutes and at 80 ° C. The positive electrode active material layer green sheet was obtained by drying sequentially for 20 minutes.

(4)電池積層体の作製
上記で製造した各グリーンシートを30mm×30mmの正方形にカットし、PETフィルムを剥がしつつ、負極活物質層グリーンシート、固体電解質層グリーンシート、及び正極活物質層グリーンシートの順に積層して積層体を得た。この積層体をラミネート外装体中に真空パックした後、85℃、50MPaの条件下で10分間静水圧プレスして、積層体の圧着体を得た。更にこの圧着体を電気炉に搬入し、窒素雰囲気下、400℃において、10時間脱脂した後、窒素雰囲気下、1,000℃において、10時間焼成することにより、電池積層体を得た。
(4) Production of Battery Laminate Each green sheet produced above was cut into a 30 mm × 30 mm square and the PET film was peeled off while the negative electrode active material layer green sheet, solid electrolyte layer green sheet, and positive electrode active material layer green A laminate was obtained by laminating in the order of the sheets. This laminate was vacuum packed in a laminate outer package, and then hydrostatically pressed at 85 ° C. and 50 MPa for 10 minutes to obtain a laminate crimped body. Furthermore, this pressure-bonded body was carried into an electric furnace, degreased in a nitrogen atmosphere at 400 ° C. for 10 hours, and then baked in a nitrogen atmosphere at 1,000 ° C. for 10 hours to obtain a battery laminate.

(5)SEM観察
上記で得られた電池積層体の負極活物質層について、SEM観察を行った。図6(a)に二次電子像を、図6(b)に同じ領域の反射電子像を、それぞれ示した。
(5) SEM observation SEM observation was performed about the negative electrode active material layer of the battery laminated body obtained above. FIG. 6A shows a secondary electron image, and FIG. 6B shows a reflected electron image of the same region.

<比較例1>
「(1)負極活物質層グリーンシートの作製」において、造孔材としての架橋アクリル樹脂粒子を使用しなかった他は実施例1と同様にして各グリーンシートを作製し、これらのグリーンシートを用いて電池積層体を作製し、負極活物質層のSEM観察を行った。図7(a)に二次電子像を、図7(b)に同じ領域の反射電子像を、それぞれ示した。
<Comparative Example 1>
In “(1) Production of negative electrode active material layer green sheet”, each green sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that the crosslinked acrylic resin particles as the pore former were not used. A battery laminate was prepared using the SEM observation of the negative electrode active material layer. FIG. 7A shows a secondary electron image, and FIG. 7B shows a reflected electron image of the same region.

<考察>
負極活物質層のSEM観察の二次電子像において、空隙は黒色に抜けた領域として観察される。負極活物質層のSEM観察の反射電子像では、Siはグレーの暗い色調の領域として観察され、LLZは白色の明るい色調の領域として観察される。
<Discussion>
In the secondary electron image of SEM observation of the negative electrode active material layer, the void is observed as a black region. In the reflected electron image of SEM observation of the negative electrode active material layer, Si is observed as a dark gray tone region, and LLZ is observed as a white bright tone region.

負極活物質層グリーンシートに造孔材を使用しなかった比較例1で得られた負極活物質層のSEM像では、図7(a)の二次電子像において黒色に抜けた部分が見られず、空隙が形成されていないことが分かる。また、図7(a)の二次電子像及び図7(b)の反射電子像からは、Si及びLLZの焼結が進んでいることがうかがわれる。   In the SEM image of the negative electrode active material layer obtained in Comparative Example 1 in which no pore former was used for the negative electrode active material layer green sheet, a blackened portion was seen in the secondary electron image of FIG. It can be seen that no voids are formed. Moreover, it can be seen from the secondary electron image in FIG. 7A and the reflected electron image in FIG. 7B that the sintering of Si and LLZ is progressing.

これに対して、本実施形態に係る実施例1で得られた負極活物質層のSEM像では、図6(a)の二次電子像において黒色に抜けた部分が見られ、空隙を有することが分かる。また、図6(a)の二次電子像と、同じ領域の図6(b)の反射電子像との比較により、空隙は、Si粒子に接して形成されていることが確認された。   On the other hand, in the SEM image of the negative electrode active material layer obtained in Example 1 according to this embodiment, a blackened portion is seen in the secondary electron image of FIG. I understand. Further, by comparing the secondary electron image of FIG. 6A with the reflected electron image of FIG. 6B in the same region, it was confirmed that the voids were formed in contact with the Si particles.

<応力緩和機構の検証>
本発明者らは、本発明の全固体電池では、活物質がLiイオンを吸収して膨張することによる応力が緩和され、層間の剥れ等の問題が解消されることの作用機構を、以下のように検証した。
<Verification of stress relaxation mechanism>
In the all-solid-state battery of the present invention, the inventors have described the working mechanism that the stress caused by the active material absorbing and expanding Li ions is relieved and the problems such as peeling between layers are eliminated. It verified as follows.

先ず、固体電解質中に、負極活物質としての球状Si粒子を埋設した状態を想定した。この状態で、充電に伴って、負極活物質であるSi粒子にリチウムが吸収されてSi粒子が膨張するときに、Si粒子を埋設している固体電解質にかかる応力を計算した。完全放電時の充電比を0、満充電時の充電比を1として、充電比に対して固体電解質にかかる最大応力を求めた。その結果、Si粒子を埋設した固体電解質にかかる最大応力は、充電比がわずか0.01のときに、一般的なセラミックであるジルコニアの強度(約100MPa)を超える値になることが判明した。   First, it was assumed that spherical Si particles as a negative electrode active material were embedded in the solid electrolyte. In this state, the stress applied to the solid electrolyte in which the Si particles were embedded when the lithium particles were absorbed by the Si particles as the negative electrode active material and expanded due to the charging was calculated. The maximum stress applied to the solid electrolyte was determined with respect to the charge ratio, assuming that the charge ratio at full discharge was 0 and the charge ratio at full charge was 1. As a result, it has been found that the maximum stress applied to the solid electrolyte in which Si particles are embedded exceeds the strength (about 100 MPa) of zirconia, which is a general ceramic, when the charge ratio is only 0.01.

次に、固体電解質で形成した板状集電体の上に、5μm×0.5μmのSi電極を厚さ1μmに堆積した積層体を、Liイオンを含む電解液中に浸漬した。この状態で、板状集電体と電解液との間に電圧をかけて、Si電極にLiを吸収させた。その結果、Si電極は、板状集電体とは反対側の方向(電解液側の方向)及び積層方向に垂直な方向外側に向かって、約4倍の体積に膨張した。しかし、Si電極は、板状集電体から剥離することはなく、板状集電体に付着したままであった。   Next, a laminate in which a 5 μm × 0.5 μm Si electrode was deposited to a thickness of 1 μm on a plate-like current collector formed of a solid electrolyte was immersed in an electrolytic solution containing Li ions. In this state, a voltage was applied between the plate current collector and the electrolytic solution, and Li was absorbed by the Si electrode. As a result, the Si electrode expanded to about four times the volume in the direction opposite to the plate current collector (direction on the electrolyte side) and outward in the direction perpendicular to the stacking direction. However, the Si electrode did not peel from the plate current collector and remained attached to the plate current collector.

上記の積層体の構造において、Siが等方的に膨張すると仮定して、Si電極が10ppm膨張したときの、Si電極及び板状集電体(固体電解質)に及ぼすx方向の応力を計算した。その結果を図8に示す。図8によると、Si電極及び板状集電体におけるx方向の応力は、Si電極と板状集電体との界面において最大であり、界面から遠ざかる方向に小さくなった。ここで、Si電極がわずか10ppm膨張することにより、Si電極にx方向の圧縮応力が印加されるとともに、固体電解質層にはx方向に大きな引張応力が印加され、その応力の最大値は約40MPaであった。この結果に従うと、充電によってSi電極が等方的に膨張すると、Si電極と板状集電体との間に剥離が発生するはずである。   Assuming that Si expands isotropically in the structure of the above laminate, the stress in the x direction on the Si electrode and the plate current collector (solid electrolyte) when the Si electrode expanded by 10 ppm was calculated. . The result is shown in FIG. According to FIG. 8, the stress in the x direction in the Si electrode and the plate current collector was maximum at the interface between the Si electrode and the plate current collector, and decreased in the direction away from the interface. Here, when the Si electrode expands by only 10 ppm, a compressive stress in the x direction is applied to the Si electrode, and a large tensile stress is applied to the solid electrolyte layer in the x direction. The maximum value of the stress is about 40 MPa. Met. According to this result, if the Si electrode isotropically expands due to charging, delamination should occur between the Si electrode and the plate current collector.

しかしながら、上記の積層体についての膨張実験のとおり、Siが等方的に膨張すると仮定した場合に帰結されるような剥離は起こっていない。このことから、Si電極は、x方向の圧縮応力が印加されない方向、即ち開放方向に膨張することが帰結される。   However, as described in the expansion experiment for the above laminate, no delamination has occurred as a result of assuming that Si expands isotropically. From this, it is concluded that the Si electrode expands in the direction in which the compressive stress in the x direction is not applied, that is, in the open direction.

従って、負極活物質であるSiが、膨張を吸収する空間(本発明では空隙)に接して存在していれば、負極活物質はその空間に向かって膨張することができ、これによって、充電による負極活物質の膨張が固体電解質に及ぼす応力を抑制することができると結論される。   Therefore, if Si, which is the negative electrode active material, is present in contact with a space that absorbs expansion (in the present invention, a void), the negative electrode active material can expand toward the space, and thereby, due to charging. It is concluded that the stress exerted on the solid electrolyte by the expansion of the negative electrode active material can be suppressed.

そこで、負極活物質層が空隙を有し、負極活物質が空隙に接する面に配置されており、これによって負極活物質の膨張が空隙によって吸収されて固体電解質に引張応力が働く方向には膨張しないと仮定したうえで、負極活物質層にかかる最大応力を計算した。空隙率は45体積%とした。その結果を、図9に示す。   Therefore, the negative electrode active material layer has voids, and the negative electrode active material is disposed on the surface in contact with the voids, whereby the expansion of the negative electrode active material is absorbed by the voids and expands in the direction in which tensile stress acts on the solid electrolyte. The maximum stress applied to the negative electrode active material layer was calculated on the assumption that the negative electrode active material layer does not. The porosity was 45% by volume. The result is shown in FIG.

図9を見ると、本発明の開示に従って負極活物質層に空隙を配置すると、空隙を有さない従来技術の負極に比べて、Siの膨張による応力の増大が顕著に抑制されることが分かる。従って、負極活物質層が空隙を含み、且つ負極活物質が空隙に接する面に配置されることを要件とする本発明の全固体電池は、充放電に伴う負極活物質が膨張及び収縮の影響を緩和することができ、このことによって層界面の剥れの発生を抑制することができる。   Referring to FIG. 9, it can be seen that when voids are arranged in the negative electrode active material layer according to the disclosure of the present invention, an increase in stress due to Si expansion is remarkably suppressed as compared with a conventional negative electrode having no voids. . Therefore, the all-solid-state battery of the present invention that requires that the negative electrode active material layer includes voids and the negative electrode active material is disposed on the surface in contact with the voids is affected by expansion and contraction of the negative electrode active material due to charge / discharge. Can be mitigated, and this can suppress the occurrence of peeling at the layer interface.

1 負極集電体層
2 負極活物質層
2(1) 負極活物質第1層
2(2) 負極活物質第2層
2(3) 負極活物質第3層
2(4) 負極活物質含有層
2a 負極活物質
2b 固体電解質
2c 空隙
2G 負極活物質層グリーンシート
3 固体電解質層
3(4) 固体電解質含有層
3G 固体電解質層グリーンシート
4 正極活物質層
4G 正極活物質層グリーンシート
5 正極集電体層
6(4) 造孔材含有層
10(4) 負極活物質層グリーンシートの前駆積層体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative electrode collector layer 2 Negative electrode active material layer 2 (1) Negative electrode active material 1st layer 2 (2) Negative electrode active material 2nd layer 2 (3) Negative electrode active material 3rd layer 2 (4) Negative electrode active material containing layer 2a negative electrode active material 2b solid electrolyte 2c gap 2G negative electrode active material layer green sheet 3 solid electrolyte layer 3 (4) solid electrolyte containing layer 3G solid electrolyte layer green sheet 4 positive electrode active material layer 4G positive electrode active material layer green sheet 5 positive electrode current collector Body layer 6 (4) Porous material-containing layer 10 (4) Negative electrode active material layer Precursor laminate of green sheet

Claims (1)

負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層が、この順に積層された全固体電池であって、
前記負極活物質層は負極活物質及び固体電解質を含み、
前記固体電解質は空隙を有する焼結体であり、
前記負極活物質は前記固体電解質の前記空隙に接する面に配置されている、
全固体電池。
A negative electrode current collector layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a positive electrode current collector layer are all solid-state batteries laminated in this order,
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material and a solid electrolyte,
The solid electrolyte is a sintered body having voids,
The negative electrode active material is disposed on a surface in contact with the void of the solid electrolyte,
All solid battery.
JP2017114301A 2017-06-09 2017-06-09 All-solid battery Pending JP2018206727A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017114301A JP2018206727A (en) 2017-06-09 2017-06-09 All-solid battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017114301A JP2018206727A (en) 2017-06-09 2017-06-09 All-solid battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018206727A true JP2018206727A (en) 2018-12-27

Family

ID=64957457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017114301A Pending JP2018206727A (en) 2017-06-09 2017-06-09 All-solid battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2018206727A (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111509292A (en) * 2019-01-30 2020-08-07 松下知识产权经营株式会社 All-solid-state battery and method for manufacturing same
WO2020196040A1 (en) * 2019-03-22 2020-10-01 富士フイルム株式会社 All-solid-state lithium ion secondary battery and method for manufacturing same, and negative electrode laminate sheet
US10847794B2 (en) 2016-05-27 2020-11-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Oxide electrolyte sintered body and method for producing the same
JP2021015780A (en) * 2019-07-16 2021-02-12 株式会社デンソー Lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof
WO2021079698A1 (en) * 2019-10-23 2021-04-29 Tdk株式会社 All-solid-state battery
JP2021089859A (en) * 2019-12-04 2021-06-10 株式会社Soken All-solid battery and production method thereof
CN113036084A (en) * 2019-12-25 2021-06-25 丰田自动车株式会社 All-solid-state battery and method for manufacturing all-solid-state battery
JP2021136215A (en) * 2020-02-28 2021-09-13 日産自動車株式会社 Lithium ion secondary battery
JP2021190390A (en) * 2020-06-04 2021-12-13 トヨタ自動車株式会社 All-solid battery
US11251461B2 (en) 2017-12-28 2022-02-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing electrode, electrode, and electrode-electrolyte layer assembly
US11264640B2 (en) 2017-09-21 2022-03-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Garnet-type ion-conducting oxide and method for producing oxide electrolyte sintered body
JP2022069853A (en) * 2020-10-26 2022-05-12 プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2023064880A (en) * 2021-10-27 2023-05-12 プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 Negative electrode and battery

Cited By (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10847794B2 (en) 2016-05-27 2020-11-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Oxide electrolyte sintered body and method for producing the same
US11264640B2 (en) 2017-09-21 2022-03-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Garnet-type ion-conducting oxide and method for producing oxide electrolyte sintered body
US11251461B2 (en) 2017-12-28 2022-02-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing electrode, electrode, and electrode-electrolyte layer assembly
CN111509292A (en) * 2019-01-30 2020-08-07 松下知识产权经营株式会社 All-solid-state battery and method for manufacturing same
JP2020123488A (en) * 2019-01-30 2020-08-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 All-solid battery and manufacturing method thereof
JP7261995B2 (en) 2019-01-30 2023-04-21 パナソニックIpマネジメント株式会社 All-solid-state battery and manufacturing method thereof
US11923510B2 (en) 2019-01-30 2024-03-05 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Solid-state battery and method of manufacture thereof
KR20210134013A (en) * 2019-03-22 2021-11-08 후지필름 가부시키가이샤 All-solid-state lithium ion secondary battery, manufacturing method thereof, and laminated sheet for negative electrode
JPWO2020196040A1 (en) * 2019-03-22 2021-10-14 富士フイルム株式会社 All-solid-state lithium-ion secondary battery and its manufacturing method, and laminated sheet for negative electrode
CN113614977A (en) * 2019-03-22 2021-11-05 富士胶片株式会社 All-solid-state lithium ion secondary battery, method for producing same, and laminate sheet for negative electrode
KR102501561B1 (en) 2019-03-22 2023-02-20 후지필름 가부시키가이샤 All-solid lithium ion secondary battery, manufacturing method thereof, and laminated sheet for negative electrode
WO2020196040A1 (en) * 2019-03-22 2020-10-01 富士フイルム株式会社 All-solid-state lithium ion secondary battery and method for manufacturing same, and negative electrode laminate sheet
JP7100196B2 (en) 2019-03-22 2022-07-12 富士フイルム株式会社 All-solid-state lithium-ion secondary battery and its manufacturing method, and laminated sheet for negative electrode
JP7406932B2 (en) 2019-07-16 2023-12-28 株式会社デンソー Manufacturing method of lithium ion secondary battery
JP2021015780A (en) * 2019-07-16 2021-02-12 株式会社デンソー Lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof
WO2021079698A1 (en) * 2019-10-23 2021-04-29 Tdk株式会社 All-solid-state battery
JP2021089859A (en) * 2019-12-04 2021-06-10 株式会社Soken All-solid battery and production method thereof
JP7304278B2 (en) 2019-12-04 2023-07-06 株式会社Soken All-solid-state battery and manufacturing method thereof
CN113036084A (en) * 2019-12-25 2021-06-25 丰田自动车株式会社 All-solid-state battery and method for manufacturing all-solid-state battery
KR20210082365A (en) * 2019-12-25 2021-07-05 도요타 지도샤(주) All solid state battery and method for producing all solid state battery
KR102652891B1 (en) * 2019-12-25 2024-04-01 도요타 지도샤(주) All solid state battery and method for producing all solid state battery
JP2021136215A (en) * 2020-02-28 2021-09-13 日産自動車株式会社 Lithium ion secondary battery
JP7488666B2 (en) 2020-02-28 2024-05-22 日産自動車株式会社 Lithium-ion secondary battery
JP2021190390A (en) * 2020-06-04 2021-12-13 トヨタ自動車株式会社 All-solid battery
JP7324406B2 (en) 2020-06-04 2023-08-10 トヨタ自動車株式会社 All-solid battery
JP7153701B2 (en) 2020-10-26 2022-10-14 プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2022069853A (en) * 2020-10-26 2022-05-12 プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2023064880A (en) * 2021-10-27 2023-05-12 プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 Negative electrode and battery
JP7430692B2 (en) 2021-10-27 2024-02-13 プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 Negative electrode and battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2018206727A (en) All-solid battery
JP5910737B2 (en) All solid battery
JP5681703B2 (en) Electrochemical element separator, electrochemical element using the same, and method for producing the electrochemical element separator
JP5912190B2 (en) Secondary battery electrode, secondary battery including the same, and cable type secondary battery
JP6316207B2 (en) Secondary battery electrode, secondary battery including the same, and cable type secondary battery
US20070099084A1 (en) High capacity electrode and methods for its fabrication and use
JP6109467B2 (en) Separator with heat-resistant insulation layer
JP2017157529A (en) Electrode composite, method for manufacturing electrode composite, positive electrode active material layer, and lithium battery
JP2004500686A (en) Lithium ion battery separator and / or lithium ion polymer battery
JP5144846B2 (en) Method for producing green sheet laminate
KR20110043796A (en) Method for production of electrochemical element
CN103988341A (en) Electrode for electrochemical device and electrochemical device comprising the same
JP2005174791A (en) Lithium ion secondary battery and its structuring method
KR102101009B1 (en) An electrode assembly with enhanced interlayer binding force between a separator and an anode
JP7304278B2 (en) All-solid-state battery and manufacturing method thereof
JP2004207253A (en) Non-aqueous electrolyte rechargeable battery
JP6183464B2 (en) Nonaqueous electrolyte battery and manufacturing method thereof
WO2020138040A1 (en) Solid-state battery
JP7180537B2 (en) Laminates for all-solid-state batteries
JP6341480B2 (en) Garnet-type oxide, method for producing the same, and solid electrolyte for secondary battery and secondary battery using the same
JP6944043B2 (en) Solid state battery
KR20120086038A (en) Electrode assembly for secondary battery
KR102630852B1 (en) Electrode Assembly Comprising Separator Having Conductive Layer and Battery Cell Comprising the Same
WO2013035526A1 (en) Laminated molded body for all-solid-state battery, all-solid-state battery, and production method therefor
WO2024005181A1 (en) All-solid-state secondary battery