JP2019200863A - 全固体電池及びその製造方法 - Google Patents

全固体電池及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2019200863A
JP2019200863A JP2018093243A JP2018093243A JP2019200863A JP 2019200863 A JP2019200863 A JP 2019200863A JP 2018093243 A JP2018093243 A JP 2018093243A JP 2018093243 A JP2018093243 A JP 2018093243A JP 2019200863 A JP2019200863 A JP 2019200863A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resin
electrode
solid electrolyte
solid
layer
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.)
Granted
Application number
JP2018093243A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7172127B2 (ja
Inventor
和仁 加藤
Kazuhito Kato
和仁 加藤
慎司 小島
Shinji Kojima
慎司 小島
藤原 裕史
Yasushi Fujiwara
裕史 藤原
克明 小田木
Katsuaki Odagi
克明 小田木
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
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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 filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2018093243A priority Critical patent/JP7172127B2/ja
Priority to US16/404,915 priority patent/US11088397B2/en
Priority to CN201910388341.3A priority patent/CN110492182B/zh
Publication of JP2019200863A publication Critical patent/JP2019200863A/ja
Priority to US17/347,748 priority patent/US11527778B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7172127B2 publication Critical patent/JP7172127B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562Solid materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0585Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • 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

Abstract

【課題】短絡の発生を抑制すると共に電極の損傷を防ぐことができる全固体電池及び全固体電池の製造方法を提供する。【解決手段】全固体電池積層体の第1の側面において、第1電極集電体層及び第2電極集電体層が、それぞれ面方向に突出している第1電極集電体突出部及び第2電極集電体層突出部を有し、第2電極−固体電解質積層体の面方向面積が、第1電極積層体の面方向面積よりも大きく、かつ積層方向から見たときに、第1電極積層体が第2電極−固体電解質積層体の内側に積層されており、第1の側面において、第1電極集電体突出部が第2電極−固体電解質積層体の面方向の縁部と直接に接触しないようにして、縁部が、少なくとも部分的に樹脂層で覆われている全固体電池。【選択図】図2

Description

本開示は、全固体電池及びその製造方法に関する。
近年、電解液を固体電解質に置換した全固体電池が注目されている。それに伴って、全固体電池を実用化するために様々な開発が盛んに行われている。
例えば、特許文献1では、電極−電解質層の界面における抵抗を低減させ、出力低下を抑制するために、正極と負極の一対の電極の間に固体電解質層を配置した状態で、この一対の電極同士が接近するように加圧して積層体を形成し、この加圧状態において、形成された積層体の少なくとも端部を覆うように、固体電解質層の拡大を規制する拘束部を設け、次いで圧力を開放する工程を含む全固体電池の製造方法が開示されている。
また、通常、全固体電池において、正極の面積と負極の面積とは異なる。例えば特許文献2では、負極の面積を正極の面積よりも大きくした全固体電池の電池端部における破損を防止・抑制するために、正極の外周部における負極との間に形成される空隙部の一部に、正極の厚み以下の厚みを有する絶縁体を設けて配置し、絶縁体を含む正極と負極との間に固体電解質層を介在させて両面から加圧する全固体電池の製造方法が開示されている。
更に、特許文献3では、正極と負極との短絡を抑制するために、正極合材層を、樹脂粒子を含む絶縁層で覆う構造を有する電極体の製造方法が開示されている。
特開2014−086213号公報 特開2015−162353号公報 特開2016−119183号公報
リチウムイオン電池に代表される積層型の全固体電池では、充電時に正極活物質層から放出されたリチウムイオンを負極活物質層に確実かつスムーズに移動させるために、負極活物質層及び負極集電体層を含む負極積層体を、正極活物質層及び正極集電体層を含む正極積層体よりも大面積で形成することが好ましい。また、このような積層型の全固体電池では、発生する電力を外部に取り出すために、正極集電体層及び負極集電体層のそれぞれの面方向に突出している正極集電体突出部及び負極集電体突出部を、積層体の同じ側面に突出するように設けている。
しかしながら、各正極集電体突出部を束ねて、電気を取り出す際に、正極集電体突出部が、正極積層体より大面積で形成されている負極積層体の縁部と接触し、これによって、短絡してしまう恐れがある。また、この接触によって、より大面積で形成されている負極積層体が損傷してしまう恐れもある。
また、逆に正極活物質層及び正極集電体層を含む正極積層体を、負極活物質層及び負極集電体層を含む負極積層体よりも大面積で形成する場合、各負極集電体突出部を束ねて、電気を取り出す際に、負極集電体突出部が、負極積層体より大面積で形成されている正極積層体の縁部と接触し、これによって、短絡してしまう恐れがある。
そこで、本開示は、上記事情を鑑みてなされたものであり、短絡の発生を抑制できると共に電極の損傷を防ぐことができる積層型の全固体電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
本開示の本発明者らは、以下の手段により、上記課題を解決できることを見出した。
〈態様1〉
少なくとも一つの第1電極積層体と、少なくとも一つの第2電極−固体電解質積層体とが積層されてなる全固体電池積層体を有し、
前記第1電極積層体が、第1電極集電体層、及び前記第1電極集電体層の少なくとも片面に形成された第1電極活物質層を有し、
前記第2電極−固体電解質積層体が、第2電極集電体層、前記第2電極集電体層の少なくとも片面に形成された第2電極活物質層、及び固体電解質層を有し、
前記全固体電池積層体の第1の側面において、前記第1電極集電体層及び前記第2電極集電体層が、それぞれ面方向に突出している第1電極集電体突出部及び第2電極集電体層突出部を有し、
前記第2電極−固体電解質積層体の面方向面積が、前記第1電極積層体の面方向面積よりも大きく、かつ積層方向から見たときに、前記第1電極積層体が前記第2電極−固体電解質積層体の内側に積層されており、
前記第1の側面において、前記第2電極−固体電解質積層体の面方向の縁部のみが、少なくとも部分的に樹脂層で覆われている、
全固体電池。
〈態様2〉
前記第1電極が正極であり、かつ前記第2電極が負極である、態様1に記載の全固体電池。
〈態様3〉
前記第1の側面において、前記樹脂層が、前記縁部の全体に亘って延在している、態様1又は2に記載の全固体電池。
〈態様4〉
前記第1の側面において、前記樹脂層が、前記第2電極−固体電解質積層体の端面の全体に亘って延在している、態様1〜3のいずれか一項に記載の全固体電池。
〈態様5〉
前記第1の側面において、前記樹脂層が、前記第2電極集電体突出部の一部分まで延在している、態様1〜4のいずれか一項に記載の全固体電池。
〈態様6〉
前記全固体電池積層体が、モノポーラ型の積層体である、態様1〜5のいずれか一項に記載の全固体電池。
〈態様7〉
前記樹脂層を構成する樹脂が、硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂である、態様1〜6のいずれか一項に記載の全固体電池。
〈態様8〉
下記工程を含む、態様1〜7のいずれか一項に記載の全固体電池の製造方法:
(a)剥離性基材上に、前記樹脂層を構成する樹脂を塗布すること;
(b)前記樹脂を、下側から前記第2電極−固体電解質積層体の下側の面方向の縁部に接触させて、前記樹脂で前記下側の面方向の縁部を少なくとも部分的に被覆すること;及び
(c)前記樹脂から、前記剥離性基材を剥離すること。
〈態様9〉
(b1)前記工程(b)の後であって、前記工程(c)の前に、前記樹脂層を構成する樹脂を、上側から、前記樹脂で被覆された前記下側の面方向の縁部と対向にして前記第2電極−固体電解質積層体の上側の面方向の縁部に塗布して、前記樹脂で前記上側の縁部を被覆すること、
を更に含む、態様8に記載の方法。
〈態様10〉
下記工程を含む、態様1〜7のいずれか一項に記載の全固体電池の製造方法:
(d)前記第2電極−固体電解質積層体の面方向の縁部の下側に、剥離性基材を設置すること;
(e)前記樹脂層を構成する樹脂を、上側から前記第2電極−固体電解質積層体の面方向の縁部に塗布して、前記樹脂で前記第2電極−固体電解質積層体の上側の面方向の縁部を被覆すること;
(f)前記樹脂から、前記剥離性基材を剥離し、かつ前記第2電極−固体電解質層積体を上下反転すること;及び
(g)前記樹脂層を構成する樹脂を、上側から、前記第2電極−固体電解質積層体の上下反転後の上側の面方向の縁部に塗布して、前記樹脂で前記第2電極−固体電解質積層体の上下反転後の上側の面方向の縁部を被覆すること。
〈態様11〉
下記工程を含む、態様1〜7のいずれか一項に記載の全固体電池の製造方法:
前記第2電極−固体電解質積層体の面方向の縁部に対して、前記樹脂層を構成する樹脂を、上側及び下側から同時に塗布して、前記樹脂で、前記上側及び下側の縁部を被覆すること。
〈態様12〉
前記樹脂層を構成する樹脂が、光硬化型樹脂であり、かつ
前記第2電極−固体電解質積層体を被覆している樹脂に光照射させて、前記樹脂を硬化させることによって、前記樹脂層を形成することを更に含む、
態様8〜11のいずれか一項に記載の方法。
本開示の全固体電池及び全固体電池の製造方法によれば、短絡の発生を抑制すると共に電極積層体の損傷を防ぐことができる。
図1は、本開示の全固体電池の一形態の一部分を模式的に示す斜視図である。 図2は、本開示の全固体電池の一形態の一部分を概略的に示す断面図である。 図3は、本開示の全固体電池を製造する際の本開示の第1の方法にかかる工程の一態様を示す概略図である。 図4は、本開示の全固体電池を製造する際の本開示の第2の方法にかかる工程の一態様を示す概略図である。
以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各図において、同一又は相当する部分には同一の参照符号を付し、重複説明は省略する。実施の形態の各構成要素は、全てが必須のものであるとは限らず、一部の構成要素を省略可能な場合もある。ただし、以下の図に示される形態は本開示の例示であり、本開示を限定するものではない。
≪全固体電池≫
本開示の全固体電池は、
少なくとも一つの第1電極積層体と、少なくとも一つの第2電極−固体電解質積層体とが積層されてなる全固体電池積層体を有し、
第1電極積層体が、第1電極集電体層、及び第1電極集電体層の少なくとも片面に形成された第1電極活物質層を有し、
第2電極−固体電解質積層体が、第2電極集電体層、第2電極集電体層の少なくとも片面に形成された第2電極活物質層、及び固体電解質層を有し、
全固体電池積層体の第1の側面において、第1電極集電体層及び第2電極集電体層が、それぞれ面方向に突出している第1電極集電体突出部及び第2電極集電体層突出部を有し、
第2電極−固体電解質積層体の面方向面積が、第1電極積層体の面方向面積よりも大きく、かつ積層方向から見たときに、第1電極積層体が第2電極−固体電解質積層体の内側に積層されており、
第1の側面において、第2電極−固体電解質積層体の面方向の縁部のみが、少なくとも部分的に樹脂層で覆われている。
本開示において、「全固体電池積層体の第1の側面」とは、全固体電池積層体の積層方向に沿った任意の側面を指し、この第1の側面において、第1電極集電体層及び第2電極集電体層が、それぞれ面方向に突出している第1電極集電体突出部及び第2電極集電体層突出部を有している。また、「面方向」とは、全固体電池積層体の積層方向と直交する面の方向を指す。
また、本開示において、第1電極及び第2の電極はそれぞれ異なる電極であれば特に限定されない。例えば、第1電極が正極であり、かつ第2電極が負極であってもよく、第1電極が負極であり、かつ第2電極が正極であってもよい。第1電極が正極である場合、「第1集電体層」と「正極集電体層」とは同義であり、「第1電極活物質層」と「正極活物質層」とは同義である。また、第1電極が負極である場合、「第1集電体層」と「負極集電体層」とは同義であり、「第1電極活物質層」と「負極活物質層」とは同義である。同様に、第2電極が正極である場合、「第2集電体層」と「正極集電体層」とは同義であり、「第2電極活物質層」と「正極活物質層」とは同義である。第2電極が負極である場合、「第2集電体層」と「負極集電体層」とは同義であり、「第2電極活物質層」と「負極活物質層」とは同義である。
充電時に正極活物質層から放出されたリチウムイオンを負極活物質層に確実かつスムーズに移動できる観点から、本開示の全固体電池は、第1電極が正極であり、かつ第2電極が負極であることが好ましい。
以下、第1電極が正極であり、かつ第2電極が負極である場合を例として、本開示の全固体電池及びその製造方法について説明する。
図1は、本開示の全固体電池の一形態の一部分を模式的に示す斜視図である。
図1に示されている本開示の全固体電池100は、正極積層体10及び11と、負極−固体電解質積層体20とが積層されてなる全固体電池積層体30を有する。正極積層体10は、正極集電体層1a、及び正極集電体層1aの片面に形成された正極活物質層2aを有し、もう一つの正極積層体11は、正極集電体層1b、及び正極集電体層1bの片面に形成された正極活物質層2bを有する。また、負極−固体電解質積層体20は、負極集電体層5a、負極集電体層5aの両面にそれぞれ形成された負極活物質層4a及び4b、並びに固体電解質層3a及び3bを有する。
全固体電池積層体30の第1の側面において、正極集電体層1a及び1b、並びに負極集電体層5aは、それぞれ面方向に突出している正極集電体突出部10p及び11p、並びに20pを有する。負極−固体電解質積層体20の面方向面積は、正極積層体10及び11のそれぞれの面方向面積よりも大きく、積層方向から見たときに、正極積層体10及び11が、それぞれ負極−固体電解質積層体20の内側に積層されている。
ここで、全固体電池積層体30のこの第1の側面において、負極−固体電解質積層体20の面方向の縁部20a及び20bのみが、少なくとも部分的に樹脂層40a及び40bで覆われている。これによれば、樹脂層40a及び40bの存在により、正極集電体突出部10pと11pとが、電気を取り出すために束ねられていても、正極集電体突出部10p及び11pと負極−固体電解質積層体20の面方向の縁部20a及び20bとの接触を防止することができる。すなわち、これによれば、短絡の発生を抑制することができる。また、これによれば、正極集電体突出部10pと11pと負極−固体電解質積層体20の面方向の縁部20a及び20bとの直接の接触を防止できることから、負極−固体電解質積層体20の損傷を防ぐこともできる。
〈樹脂層〉
本開示の効果をより発揮させる観点から、全固体電池積層体の第1の側面において、樹脂層は、負極−固体電解質積層体の面方向の縁部の全体に亘って延在していることが好ましい。
また、全固体電池積層体の第1の側面において、樹脂層が負極−固体電解質積層体の端面の全体に亘って延在していることが好ましい。これは、本開示の効果をより発揮させると共に、負極−固体電解質積層体の保護を果たすことができるからである。
ここで、「負極−固体電解質積層体の端面」とは、全固体電池積層体の第1の側面において、負極−固体電解質積層体の面方向の縁部とその積層方向の縁部とを含む側面を指す。この端面は、例えば、図1に示されている全固体電池100において、負極−固体電解質積層体20の面方向の縁部20a及び20bと、負極−固体電解質積層体20の積層方向の縁部20c及び20dとを含む面を指す。
更に、全固体電池積層体の第1の側面において、樹脂層は、負極集電体突出部の一部分まで延在していることが好ましい。
上述した短絡の課題を解決するために、従来、負極−固体電解質積層体の面方向の縁部に絶縁テープを貼り付けること等が考えられていた。しかしながら、各負極集電体突出部にまで絶縁テープを貼り付けることは困難であった。このため、各負極集電体突出部を束ねる際に、負極集電体突出部の曲がりによる荷重の発生部位(特に負極集電体突出部と負極集電体層との付け根部分)における損傷を防ぐことが困難であった。
これに対して、本開示の態様でのように、樹脂層が負極集電体突出部の一部分にまで延在している場合、負極集電体突出部の曲がりによる荷重の発生部位において、樹脂層がかかる荷重を受けることとなり、負極集電体突出部と負極集電体層との付け根部分を保護する効果まで果たすことができる。なお、樹脂層が、負極集電体突出部上に延在する領域は、電気を取り出す際に、各負極集電体突出部を束ねるのに防げなければ、特に限定されない。
図2は、本開示の全固体電池の一形態の一部分を概略的に示す断面図である。
図2に示されている本開示の全固体電池200の全固体電池積層体31の第1の側面において、樹脂層41は、負極−固体電解質積層体21の面方向の縁部の全体、負極−固体電解質積層体21の端面の全体、かつ負極集電体突出部21pの一部分まで延在している。なお、図2では、全固体電池200における各正極集電体層の面方向に突出している正極集電体突出部は省略されている。
図2に示されている全固体電池200のような構成によって、電気を取り出す際に、各正極集電体突出部を束ねていても、負極−固体電解質積層体21の縁部と接触することなく、短絡の発生を抑制することができる。また、この構成によって、負極−固体電解質積層体21を保護することができる。更に、この構成によって、負極集電体突出部21pと負極集電体層5cとの付け根部分を保護することができる。
樹脂層を構成する樹脂は、特に限定されず、硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であってよい。また、硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂;光硬化性樹脂、例えば、紫外線硬化性樹脂(「UV硬化性樹脂」とも言う);又は電子線硬化性樹脂であってもよい。これらの中で、サイクル・タイムを考慮し、かつ取り扱い易さの観点から、樹脂層を構成する樹脂として、光硬化性樹脂、特にUV硬化性樹脂を用いることが好ましい。
より具体的には、例えば、樹脂層を構成する樹脂は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、又はポリカーボネート樹脂であってもよいが、これらに限定されない。
樹脂層の厚さは、特に限定されず、所望の全固体電池の目的・用途に合わせて適宜設定することができる。ただし、二つの負極−固体電解質積層体の間に一つの正極積層体が存在する場合、二つの負極−固体電解質積層体のそれぞれ被覆している樹脂層の厚さを合わせた厚さは、当該一つの正極積層体の厚さと同じ又はそれより小さいであることが好ましく、当該一つの正極積層体の厚さと同じであることがより好ましい。これは、一つの正極集電体の正極集電体突出部を、他の正極集電体突出部と束ねて集電する際に、樹脂層で正極集電体突出部の荷重を受け、それによって電極の損傷を防ぐことができるからである。
〈全固体電池積層体〉
全固体電池積層体は、少なくとも一つの正極積層体と、少なくとも一つの負極−固体電解質積層体とが積層されてなる。正極積層体は、正極集電体層、及び正極集電体層の少なくとも片面に形成された正極活物質層を有する。負極−固体電解質積層体は、負極集電体層、負極集電体層の少なくとも片面に形成された負極活物質層、及び固体電解質層を有する。
全固体電池積層体は、モノポーラ型の積層体であってもよく、バイポーラ型の積層体であってもよい。これらの中で、電気を取り出すために各正極集電体突出部及び各負極集電体突出部をそれぞれ束ねることを前提とすれば、全固体電池積層体はモノポーラ型の積層体であることが好ましい。これは、本開示の効果をより顕著に表現することができるからである。
モノポーラ型の全固体電池積層体及びバイポーラ型の全固体電池積層体は、それぞれに含有される正極積層体及び負極−固体電解質積層体の構成や積層順等によって、形成することができる。
モノポーラ型の全固体電池積層体は、一例として、正極集電体層及び正極活物質層がこの順で積層されてなる第1の正極積層体、固体電解質層、負極活物質層、負極集電体層、負極活物質層、及び固体電解質層がこの順で積層されてなる負極−固体電解質積層体、並びに、正極活物質層及び正極集電体層がこの順で積層されてなる第2の正極積層体がこの順で積層されてなることができる。
より具体的には、図2に示されているように、全固体電池積層体31は、正極集電体層1c及び正極活物質層2cがこの順で積層されてなる正極積層体12、固体電解質層3c、負極活物質層4c、負極集電体層5c、負極活物質層4d、及び固体電解質層3dがこの順で積層されてなる負極−固体電解質積層体21、並びに、正極活物質層2d及び正極集電体層1dがこの順で積層されてなる正極積層体13が、この順で積層されてなる、モノポーラ型の積層体である。
バイポーラ型の全固体電池積層体は、一例として、負極集電体層、負極活物質層及び固体電解質層がこの順で積層されてなる第1の負極−固体電解質積層体と、正極活物質層及び正極集電体層がこの順で積層されてなる第1の正極積層体と、負極集電体層、負極活物質層、及び固体電解質層がこの順で積層されてなる第2の負極−固体電解質積層体と、正極活物質層及び正極集電体層がこの順で積層されてなる第2の正極積層体と、がこの順で積層されてなることができる。ここで、正極集電体層と負極集電体層とが隣接して積層している箇所においては、これらの隣接している正極集電体層及び負極集電体層の代わりに、正極集電体層及び負極集電体層を兼ねる「正極/負極集電体層」を用いてもよい。
なお、モノポーラ型の全固体電池積層体及びバイポーラ型の全固体電池積層体はそれぞれ、上述した例に限定されず、求める全固体電池の用途や使用目的に合わせて、適宜に設計することができる。
(正極集電体層)
正極集電体層は、面方向に突出している正極集電体突出部を有する。また、この正極集電体突出部には、正極集電タブが電気的に接続されていてもよい。
正極集電体層を構成する材料の例としては、特に限定されず、各種金属、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼(SUS)、及びチタン等、並びにこれらの合金を挙げることができる。化学的安定性等の観点から、正極集電体層としては、アルミニウムの集電体層が好ましい。
正極集電体層の形状として、特に限定されず、例えば、箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができる。
(正極活物質層)
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含み、好ましくは後述する固体電解質をさらに含む。そのほか、使用用途や使用目的等に合わせて、例えば、導電助剤又はバインダー等の全固体電池の正極活物質層に用いられる添加剤を含むことができる。
正極活物質の材料として、特に限定されない。例えば、正極活物質は、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMn)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、Li1+xMn2−x−y(Mは、Al、Mg、Co、Fe、Ni、及びZnから選ばれる1種以上の金属元素)で表される組成の異種元素置換Li−Mnスピネル等であってよいが、これらに限定されない。
導電助剤としては、特に限定されない。例えば、導電助剤は、VGCF(気相成長法炭素繊維、Vapor Grown Carbon Fiber)及びカーボンナノ繊維等の炭素材並びに金属材等であってよいが、これらに限定されない。
バインダーとしては、特に限定されない。例えば、バインダーは、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ブタジエンゴム(BR)若しくはスチレンブタジエンゴム(SBR)等の材料、又はこれらの組合せであってよいが、これらに限定されない。
(固体電解質層)
固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含む。固体電解質として、特に限定されず、全固体電池の固体電解質として利用可能な材料を用いることができる。例えば、固体電解質は、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、又はポリマー電解質等であってよいが、これらに限定されない。
硫化物固体電解質の例として、硫化物系非晶質固体電解質、硫化物系結晶質固体電解質、又はアルジロダイト型固体電解質等が挙げられるが、これらに限定されない。具体的な硫化物固体電解質の例として、LiS−P系(Li11、LiPS、Li等)、LiS−SiS、LiI−LiS−SiS、LiI−LiS−P、LiI−LiBr−LiS−P、LiS−P−GeS(Li13GeP16、Li10GeP12等)、LiI−LiS−P、LiI−LiPO−P、Li7−xPS6−xCl等;又はこれらの組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されない。
酸化物固体電解質の例として、LiLaZr12、Li7−xLaZr1−xNb12、Li7−3xLaZrAl12、Li3xLa2/3−xTiO、Li1+xAlTi2−x(PO、Li1+xAlGe2−x(PO、LiPO、又はLi3+xPO4−x(LiPON)等が挙げられるが、これらに限定されない。
ポリマー電解質としては、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、及びこれらの共重合体等が挙げられるが、これらに限定されない。
固体電解質は、ガラスであっても、結晶化ガラス(ガラスセラミック)であってもよい。また、固体電解質層は、上述した固体電解質以外に、必要に応じてバインダー等を含んでもよい。具体例として、上述の「正極活物質層」で列挙された「バインダー」と同様である。
(負極活物質層)
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含み、好ましくは上述した固体電解質をさらに含む。そのほか、使用用途や使用目的等に合わせて、例えば、導電助剤又はバインダー等の全固体電池の負極活物質層に用いられる添加剤を含むことができる。
負極活物質の材料として、特に限定されず、リチウムイオン等の金属イオンを吸蔵及び放出可能であることが好ましい。例えば、負極活物質は、合金系負極活物質又は炭素材料等であってよいが、これらに限定されない。
合金系負極活物質として、特に限定されず、例えば、Si合金系負極活物質、又はSn合金系負極活物質等が挙げられる。Si合金系負極活物質には、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素炭化物、ケイ素窒化物、又はこれらの固溶体等がある。また、Si合金系負極活物質には、ケイ素以外の元素、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Sn、Ti等を含むことができる。Sn合金系負極活物質には、スズ、スズ酸化物、スズ窒化物、又はこれらの固溶体等がある。また、Sn合金系負極活物質には、スズ以外の元素、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Ti、Si等を含むことができる。
炭素材料として、特に限定されず、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、又はグラファイト等が挙げられる。
負極活物質層に用いられる固体電解質、導電助剤、バインダー等その他の添加剤については、上述した「正極活物質層」及び「固体電解質層」の項目で説明したものを適宜採用することができる。
(負極集電体層)
負極集電体層は、面方向に突出している負極集電体突出部を有する。また、この負極集電体突出部には、負極集電タブが電気的に接続されていてもよい。
負極集電体層を構成する材料の例としては、特に限定されず、各種金属、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼(SUS)、及びチタン等、並びにこれらの合金を挙げることができる。化学的安定性等の観点から、負極集電体層としては、銅の集電体層が好ましい。
負極集電体層の形状として、特に限定されず、例えば、箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができる。
≪全固体電池の製造方法≫
本開示はまた、上述した全固体電池を製造するための方法として、第1の方法、第2の方法、及び第3の方法を提供する。いずれの方法を用いても、本開示の全固体電池を製造することができ、特に正極集電体突出部が負極−固体電解質積層体の面方向の縁部と直接に接触しないようにして、縁部が少なくとも部分的に樹脂層で覆われている本開示の全固体電池を製造することができる。
以下では、それぞれの製造方法の詳細について説明する。なお、各製造方法において、共通できる部分(例えば、材料、器具、及び操作等)については、重複の説明を省略する。
〈全固体電池を製造するための第1の方法〉
全固体電池の第1の製造方法は、下記工程を含む:
(a)剥離性基材上に、樹脂層を構成する樹脂を塗布すること;
(b)樹脂を、下側から負極−固体電解質積層体の下側の面方向の縁部に接触させて、樹脂で下側の面方向の縁部を被覆すること;及び
(c)樹脂から、剥離性基材を剥離すること。
(工程(a))
工程(a)では、剥離性基材上に、上述した樹脂層を構成する樹脂を塗布する。
剥離性基材とは、樹脂層を構成する樹脂が容易に剥離できる基材を指し、樹脂を担持する役割を有する。
剥離性基材の材料として、特に限定されず、用いる樹脂の種類に合わせて適宜に選択きる。例えば、剥離性基材の材料は、樹脂フィルム又は金属シートであってもよい。
樹脂フィルムとしては、例えばポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリスチレン(PS)、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリカーボネート(PC)、テフロン(登録商標)シート等のフッ素樹脂等が挙げられるが、これらに限定されない。
金属シートとしては、例えばアルミニウム、ニッケル、銅、ステンレス鋼(SUS)、チタン等が挙げられるが、これらに限定されない。
樹脂層を構成する樹脂は、特に限定されず、硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であってよい。また、硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂(例えば、UV硬化性樹脂)、又は電子線硬化性樹脂であってよい。これらの樹脂の具体例は、上述の「樹脂層」で例示した樹脂の例と同様である。
樹脂層を構成する前の樹脂の形態は、特に限定されず、取り扱い易さの観点から、一般的に液状の樹脂であることが好ましい。なお、液状は、必ずしも室温において液状である必要はなく、加熱によって溶融したような樹脂であってもよい。
剥離性基材上に、上述した樹脂層を構成する樹脂を塗布する方法は、特に限定されない。例えば、塗布ヘッドから液状の樹脂を吐出するスリットコート法であってもよい。
剥離性基材上に塗布する樹脂の量は、特に限定されず、所望の樹脂層の厚さに合わせて、適宜調整できる。
(工程(b))
工程(b)では、樹脂を、下側から負極−固体電解質積層体の下側の面方向の縁部に接触させて、樹脂で下側の面方向の縁部を少なくとも部分的に被覆する。
ここで、樹脂は、上記工程(a)によって剥離性基材上に塗布した樹脂を指す。また、樹脂と、負極−固体電解質積層体の下側の面方向の縁部との接触部位は、正極集電体突出部が当該負極−固体電解質積層体の面方向の縁部と接触する可能性のある部位であればよい。また、樹脂を下側から負極−固体電解質積層体の下側の面方向の縁部に接触させることとは、樹脂を、重力に逆らった状態で、負極−固体電解質積層体の下側の面方向の縁部に供給することを意味する。
負極−固体電解質積層体は、特に限定されず、所望とする全固体電池積層体の種類に合わせて、形成することができる。負極−固体電解質積層体を形成する方法は、特に限定されず、一例として、負極活物質、必要に応じて添加する添加剤及び溶媒を含む負極活物質層用スラリーを、負極集電体層の両面に塗布した後に、更に固体電解質、必要に応じて添加されている添加剤、及び溶媒を含む固体電解質層用スラリーをその両面に塗布し、必要に応じて乾燥及びプレスして、負極−固体電解質積層体を形成することができる。
また、ここで用いる負極−固体電解質積層体は、単独の負極−固体電解質積層体そのものであってもよく、その積層方向の片面又は両面に更に正極積層体が積層されていてもよい。正極積層体を形成する方法は、特に限定されず、一例として、正極活物質、必要に応じて添加されている添加剤、及び溶媒を含む正極活物質層用スラリーを、正極集電体層の片面に塗布して、必要に応じて乾燥及びプレスして、正極積層体を形成することができる。
このように、工程(b)を行うことによって、負極−固体電解質積層体の縁部を、少なくとも部分的に樹脂で被覆することができる。また、樹脂を下側から負極−固体電解質積層体の下側の面方向の縁部に接触させる際に、樹脂は、それを担持する剥離性基材を下側から押し当てる力によって、接触した負極−固体電解質積層体の下側の面方向の縁部から各方向へと流動することができる。これによって、樹脂が接触した負極−固体電解質積層体の下側の面方向の縁部から、当該下側の面方向の縁部の全体、及び/又は負極−固体電解質積層体の端面の一部分まで、樹脂で被覆することができる。また、樹脂が、負極−固体電解質積層体の端面の一部分まで流動する場合、樹脂は、負極−固体電解質積層体の端面の負極集電体層の面方向に突出している負極集電体突出部に到着することができる。すなわち、この場合は、負極集電体突出部の一部分まで、樹脂で被覆することができる。
また、負極−固体電解質積層体の面方向の縁部の全体(すなわち、負極−固体電解質積層体の下側の面方向の縁部及び上側の面方向の縁部の全体)、負極−固体電解質積層体の端面の全体、並びに負極集電体突出部の上側の面の一部分及び下側の面の一部分まで樹脂で被覆するために、工程(b)の後であって、工程(c)の前に、下記の工程(b1)を行うことが好ましい。
(工程(b1))
工程(b1)では、樹脂層を構成する樹脂を、上側から、樹脂で被覆された下側の面方向の縁部と対向にして、負極−固体電解質積層体の上側の面方向の縁部に塗布して、樹脂で当該上側の縁部を被覆する。
より具体的には、例えば塗布ヘッドから液状の樹脂を吐出するスリットコート法によって、樹脂層を構成する樹脂を、上側から(すなわち、樹脂の重力に沿った方向から)、樹脂で被覆された下側の面方向の縁部と対向するようにして、負極−固体電解質積層体の上側の面方向の縁部に吐出することができる。この場合、工程(a)から使用している剥離性基材は、まだ樹脂から剥離されていないため、重力の作用によって下側に落下する樹脂の受け皿になり、より効果的に、負極−固体電解質積層体の面方向の縁部の全体、負極−固体電解質積層体の端面の全体、並びに負極集電体突出部の上側の面の一部分及び下側の面の一部分までを、樹脂で被覆することができる。
(工程(c))
工程(c)では、樹脂から、剥離性基材を剥離する。
この工程(c)では、上述した工程(b)の後、又は必要に応じて行う工程(b1)の後に行うことができる。
また、この工程(c)において、負極−固体電解質積層体を被覆している樹脂に対して、用いる樹脂の種類や性質に合わせて、下記のように硬化又は固化処理を行ってもよい。なお、下記の硬化又は固化処理は、剥離の前に行っていてもよく、剥離の後に行っていてもよいが、剥離性基材を効率よく剥離する観点から、剥離の前に更に含むことが好ましい。
すなわち、樹脂層を構成する樹脂として、熱硬化性樹脂を用いる場合、常温で液状の熱硬化性樹脂を用いて、上述した工程(a)、工程(b)、又は必要に応じての工程(b1)を行った後、加熱して、熱硬化性樹脂を硬化させることができる。加熱は、特に限定されず、例えばヒータ、熱風、又は誘導加熱であってもよく、これらの中で、非接触方式による加熱が好ましい。
樹脂層を構成する樹脂として、電子線硬化性樹脂を用いる場合、上述した工程(a)、工程(b)、又は必要に応じての工程(b1)を行った後、電子線照射して、電子線硬化性樹脂を硬化させる操作を加えることができる。電子線源は、特に限定されず、例えばコックロフトワルトン型、バンデグラフト型、共振変圧器型、絶縁コア変圧器型、又は直線型、ダイナミトロン型、高周波型などの各種電子線加速器を用いることができる。
樹脂層を構成する樹脂として、光硬化性樹脂(例えば、UV硬化性樹脂)を用いる場合、上述した工程(a)、工程(b)、又は必要に応じての工程(b1)を行った後、光照射して、光硬化性樹脂を硬化させることができる。硬化のための光としては、特に限定されず、例えば紫外線、可視光等であってもよい。光源は、特に限定されず、例えば低圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、ブラックライトランプ、マイクロウェーブ励起水銀ランプ、メタルハライドランプ、ナトリウムランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、LED、蛍光灯、又は太陽光を用いることができる。また、光照射する際の角度は、特に限定されず、被覆した樹脂の上側、横側、斜め側、又は下側からで行うことができる。更に、照射の効率を上げるために、ミラーの反射を利用することができる。
樹脂層を構成する樹脂として、熱可塑性樹脂を用いる場合、上述工程(a)の前に、予め熱可塑性樹脂を加熱して液状にすることが好ましい。そして、工程(b)、又は必要に応じての工程(b1)を行った後、冷却して、熱可塑性樹脂を固化させることができる。冷却は、特に限定されず、自然冷却、又は強制冷却(例えば、空冷)であってもよい。
サイクル・タイム及び取り扱い易さ等の観点から、樹脂層を構成する樹脂として、光硬化性樹脂、特にUV硬化性樹脂を用いることが好ましい。すなわち、工程(b)又は必要に応じての工程(b1)を行った後、負極−固体電解質積層体を被覆している樹脂に光照射して、樹脂を硬化させることによって、樹脂層を形成することが好ましい。
図3は、本開示の全固体電池を製造する際の本開示の第1の方法にかかる工程の一態様を示す概略図である。
より具体的には、図3(1)は、工程(a)の一態様であり、この態様では、塗布ヘッドから剥離性基材1の上に樹脂41xを塗布している。このとき、樹脂41xとしては例えば、UV硬化性樹脂を使用することができる。
図3(2)は、工程(b)の一態様であり、この態様では、樹脂41xを、下側から負極−固体電解質積層体21の下側の面方向の縁部に接触させて、樹脂で負極−固体電解質積層体21の下側の面方向の縁部を被覆している。このとき、樹脂41xは、剥離性基材1の下側からの押し当てる力によって、負極−固体電解質積層体21の下側の面方向の縁部から、負極−固体電解質積層体21の端面の下側の中央部まで被覆されている。
図3(3)は、工程(b1)の一態様であり、この態様では、新たに塗布ヘッドから吐出した樹脂41yを、上側から、樹脂41xで被覆された負極−固体電解質積層体21の下側の面方向の縁部と対向するようにして、負極−固体電解質積層体21の上側の面方向の縁部に塗布して、樹脂41yで負極−固体電解質積層体21の上側の縁部を被覆している。このとき、樹脂41yは、重力によって、負極−固体電解質積層体21の上側の縁部から流動し、負極−固体電解質積層体21の端面の下側の中央部まで到達して、工程(b)によって被覆した樹脂41xと一体になる。
図3(4)では、樹脂41x及び41yにUVランプを用いて照射させて、樹脂41x及び41yを硬化させる態様である。このとき、樹脂41x及び41yの横側及び下側において、ミラーを用いてミラ−によってUVランプからの光を反射して、樹脂41x及び41yを効率よく硬化させて、樹脂層41を形成することができる。
図3(5)は、工程(c)の一態様であり、この態様では樹脂層41から剥離性基材1を剥離している。
以上の各工程を行うことによって、負極−固体電解質積層体21の側面が「コの字」型の樹脂層41で覆われている特徴を有する全固体電池を製造できる。
なお、図3では、正極集電体突出部及び負極集電体層突出部を省略しているが、上記の工程によって、負極集電体層突出部の一部分まで樹脂層41で覆うことができる。
〈全固体電池を製造するための第2の方法〉
全固体電池の第2の製造方法は、下記工程を含む:
(d)負極−固体電解質積層体の面方向の縁部の下側に、剥離性基材を設置すること;
(e)樹脂層を構成する樹脂を、上側から負極−固体電解質積層体の面方向の縁部に塗布して、樹脂で負極−固体電解質積層体の上側の面方向の縁部を被覆すること;
(f)樹脂から、剥離性基材を剥離し、かつ負極−固体電解質層積体を上下反転すること;及び
(g)樹脂層を構成する樹脂を、上側から、負極−固体電解質積層体の上下反転後の上側の面方向の縁部に塗布して、樹脂で負極−固体電解質積層体の上下反転後の上側の面方向の縁部を被覆すること。
なお、上述した工程(f)において、先に樹脂から剥離性基材を剥離してから、負極−固体電解質層積体を上下反転していてもよく、先に負極−固体電解質層積体を上下反転してから、樹脂から剥離性基材を剥離していてもよい。
また、本開示の第2の方法は、樹脂層を構成する樹脂が光硬化型樹脂であり、かつ負極−固体電解質積層体縁部を被覆している樹脂に光照射させて、樹脂を硬化させることによって、樹脂層を形成することを更に含むことができる。
図4は、本開示の全固体電池を製造する際の本開示の第2の方法にかかる工程の一態様を示す概略図である。
より具体的には、図4(1)は、工程(d)の一態様であり、この態様では、負極−固体電解質積層体の面方向の縁部の下側に、剥離性基材を設置している。
図4(2)は、工程(e)の一態様であり、この態様では、塗布ヘッドから吐出した樹脂層41を構成する樹脂41xを、上側から、負極−固体電解質積層体21の面方向の縁部に塗布して、樹脂41xで負極−固体電解質積層体21の上側の面方向の縁部を被覆している。このとき、樹脂41xとして、UV硬化性樹脂を使用することができる。また、樹脂41xが液状である場合、その流動性を利用して、負極−固体電解質積層体21の端面まで流動させることができる。
図4(3)では、樹脂41xにUVランプを用いてUV照射して、樹脂41xを硬化させている。このとき、樹脂41xの横側及び下側において、ミラ−によってUVランプからの光を反射して、樹脂41xを効率よく硬化させて、樹脂層41を形成することができる。
図4(4)は、工程(f)の一態様であり、この態様では、樹脂から剥離性基材を剥離し、かつ負極−固体電解質層積体を上下反転している。
図4(5)は、工程(g)の一態様であり、この態様では、新たに塗布ヘッドから吐出した樹脂41yを、上側から、負極−固体電解質積層体21の上下反転後の上側の面方向の縁部に塗布して、樹脂41yで負極−固体電解質積層体21の上下反転後の上側の面方向の縁部を被覆している。ここで、負極−固体電解質積層体21の上下反転後の上側の面方向の縁部に塗布する際に、上記工程(e)及びUV照射によって形成した樹脂層とした樹脂層を形成するために、この樹脂層と対向するようにして、樹脂41yを塗布することが好ましい。
図4(6)では、工程(g)によって塗布した樹脂41yにUVランプを用いて照射させ、樹脂41yを硬化させて、樹脂層41を形成している。これによって、負極−固体電解質積層体21の側面が「コの字」型の樹脂層41で覆われている特徴を有する全固体電池を製造できる。
なお、図4では、正極集電体突出部及び負極集電体層突出部を省略しているが、上記の工程によって、負極集電体層突出部の一部分まで樹脂層41で覆うことができる。
〈全固体電池を製造するための第3の方法〉
本開示の第3の製造方法は、負極−固体電解質積層体の面方向の縁部に対して、樹脂層を構成する樹脂を、上側及び下側から同時に塗布して、樹脂で、負極−固体電解質積層体の上側及び下側の面方向の縁部を被覆することを含む。
また、本開示の第3の方法は、樹脂層を構成する樹脂が光硬化型樹脂であり、かつ負極−固体電解質積層体縁部を被覆している樹脂に光照射させて、樹脂を硬化させることによって、樹脂層を形成することを更に含むことができる。この本開示の第3の方法の詳細については、本開示の第1及び第2の方法の記載を参照できる。
1 剥離性基材
1a、1b、1c 正極集電体層
2a、2b、2c 正極活物質層
3a、3b、3c、3d 固体電解質層
4a、4b、4c、4d 負極活物質層
5a、5c 負極集電体層
20a、20b 負極−固体電解質積層体20の面方向の縁部
20c、20d 負極−固体電解質積層体20の積層方向の縁部
10p、11p 正極集電体突出部
20p、21p 負極集電体突出部
10、11、12、13 正極積層体
20、21 負極−固体電解質積層体
30、31 全固体電池積層体
40a、40b、41 樹脂層
41x、41y 樹脂
100、200 全固体電池

Claims (12)

  1. 少なくとも一つの第1電極積層体と、少なくとも一つの第2電極−固体電解質積層体とが積層されてなる全固体電池積層体を有し、
    前記第1電極積層体が、第1電極集電体層、及び前記第1電極集電体層の少なくとも片面に形成された第1電極活物質層を有し、
    前記第2電極−固体電解質積層体が、第2電極集電体層、前記第2電極集電体層の少なくとも片面に形成された第2電極活物質層、及び固体電解質層を有し、
    前記全固体電池積層体の第1の側面において、前記第1電極集電体層及び前記第2電極集電体層が、それぞれ面方向に突出している第1電極集電体突出部及び第2電極集電体層突出部を有し、
    前記第2電極−固体電解質積層体の面方向面積が、前記第1電極積層体の面方向面積よりも大きく、かつ積層方向から見たときに、前記第1電極積層体が前記第2電極−固体電解質積層体の内側に積層されており、
    前記第1の側面において、前記第2電極−固体電解質積層体の面方向の縁部のみが、少なくとも部分的に樹脂層で覆われている、
    全固体電池。
  2. 前記第1電極が正極であり、かつ前記第2電極が負極である、請求項1に記載の全固体電池。
  3. 前記第1の側面において、前記樹脂層が、前記縁部の全体に亘って延在している、請求項1又は2に記載の全固体電池。
  4. 前記第1の側面において、前記樹脂層が、前記第2電極−固体電解質積層体の端面の全体に亘って延在している、請求項1〜3のいずれか一項に記載の全固体電池。
  5. 前記第1の側面において、前記樹脂層が、前記第2電極集電体突出部の一部分まで延在している、請求項1〜4のいずれか一項に記載の全固体電池。
  6. 前記全固体電池積層体が、モノポーラ型の積層体である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の全固体電池。
  7. 前記樹脂層を構成する樹脂が、硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の全固体電池。
  8. 下記工程を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の全固体電池の製造方法:
    (a)剥離性基材上に、前記樹脂層を構成する樹脂を塗布すること;
    (b)前記樹脂を、下側から前記第2電極−固体電解質積層体の下側の面方向の縁部に接触させて、前記樹脂で前記下側の面方向の縁部を少なくとも部分的に被覆すること;及び
    (c)前記樹脂から、前記剥離性基材を剥離すること。
  9. (b1)前記工程(b)の後であって、前記工程(c)の前に、前記樹脂層を構成する樹脂を、上側から、前記樹脂で被覆された前記下側の面方向の縁部と対向にして前記第2電極−固体電解質積層体の上側の面方向の縁部に塗布して、前記樹脂で前記上側の縁部を被覆すること、
    を更に含む、請求項8に記載の方法。
  10. 下記工程を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の全固体電池の製造方法:
    (d)前記第2電極−固体電解質積層体の面方向の縁部の下側に、剥離性基材を設置すること;
    (e)前記樹脂層を構成する樹脂を、上側から前記第2電極−固体電解質積層体の面方向の縁部に塗布して、前記樹脂で前記第2電極−固体電解質積層体の上側の面方向の縁部を被覆すること;
    (f)前記樹脂から、前記剥離性基材を剥離し、かつ前記第2電極−固体電解質層積体を上下反転すること;及び
    (g)前記樹脂層を構成する樹脂を、上側から、前記第2電極−固体電解質積層体の上下反転後の上側の面方向の縁部に塗布して、前記樹脂で前記第2電極−固体電解質積層体の上下反転後の上側の面方向の縁部を被覆すること。
  11. 下記工程を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の全固体電池の製造方法:
    前記第2電極−固体電解質積層体の面方向の縁部に対して、前記樹脂層を構成する樹脂を、上側及び下側から同時に塗布して、前記樹脂で、前記上側及び下側の縁部を被覆すること。
  12. 前記樹脂層を構成する樹脂が、光硬化型樹脂であり、かつ
    前記第2電極−固体電解質積層体を被覆している樹脂に光照射させて、前記樹脂を硬化させることによって、前記樹脂層を形成することを更に含む、
    請求項8〜11のいずれか一項に記載の方法。
JP2018093243A 2018-05-14 2018-05-14 全固体電池及びその製造方法 Active JP7172127B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018093243A JP7172127B2 (ja) 2018-05-14 2018-05-14 全固体電池及びその製造方法
US16/404,915 US11088397B2 (en) 2018-05-14 2019-05-07 All-solid-state battery and production method therefor
CN201910388341.3A CN110492182B (zh) 2018-05-14 2019-05-10 全固体电池和其制造方法
US17/347,748 US11527778B2 (en) 2018-05-14 2021-06-15 All-solid-state battery and production method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018093243A JP7172127B2 (ja) 2018-05-14 2018-05-14 全固体電池及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019200863A true JP2019200863A (ja) 2019-11-21
JP7172127B2 JP7172127B2 (ja) 2022-11-16

Family

ID=68464206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018093243A Active JP7172127B2 (ja) 2018-05-14 2018-05-14 全固体電池及びその製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11088397B2 (ja)
JP (1) JP7172127B2 (ja)
CN (1) CN110492182B (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022040100A (ja) * 2020-08-28 2022-03-10 三星エスディアイ株式会社 全固体二次電池
WO2022270142A1 (ja) * 2021-06-24 2022-12-29 パナソニックIpマネジメント株式会社 電池

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7172127B2 (ja) 2018-05-14 2022-11-16 トヨタ自動車株式会社 全固体電池及びその製造方法
WO2020137257A1 (ja) * 2018-12-28 2020-07-02 パナソニックIpマネジメント株式会社 電池
JP7347384B2 (ja) * 2020-09-24 2023-09-20 トヨタ自動車株式会社 二次電池
JP7243704B2 (ja) * 2020-11-30 2023-03-22 トヨタ自動車株式会社 全固体二次電池

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003223883A (ja) * 2002-01-30 2003-08-08 Kyocera Corp リチウム電池
JP2010015942A (ja) * 2008-07-07 2010-01-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 正極部材、およびリチウム電池
JP2010102985A (ja) * 2008-10-24 2010-05-06 Seiko Epson Corp 電池の製造方法
JP2011129497A (ja) * 2009-12-15 2011-06-30 Samsung Sdi Co Ltd 二次電池
JP2013191550A (ja) * 2012-03-13 2013-09-26 Hitachi Ltd 非水電解質二次電池用電極、非水電解質二次電池及びその製造方法
JP2015041607A (ja) * 2013-08-23 2015-03-02 株式会社リチウムエナジージャパン 蓄電素子および蓄電素子の製造方法
JP2016119183A (ja) * 2014-12-19 2016-06-30 トヨタ自動車株式会社 電極体および正極の製造方法
US20170005367A1 (en) * 2015-06-24 2017-01-05 Quantumscape Corporation Composite electrolytes
JP2018014194A (ja) * 2016-07-20 2018-01-25 株式会社日立ハイテクファインシステムズ 二次電池およびその製造方法
JP2018049696A (ja) * 2016-09-20 2018-03-29 トヨタ自動車株式会社 積層型全固体電池の製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040185336A1 (en) * 2003-02-18 2004-09-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. All solid-state thin-film cell and application thereof
EP1458037A1 (en) * 2003-03-14 2004-09-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid state battery
WO2010089855A1 (ja) * 2009-02-04 2010-08-12 トヨタ自動車株式会社 全固体電池及びその製造方法
WO2012164642A1 (ja) * 2011-05-27 2012-12-06 トヨタ自動車株式会社 バイポーラ全固体電池
JP2014086213A (ja) 2012-10-22 2014-05-12 Toyota Motor Corp 全固体電池の製造方法
JP2015162353A (ja) 2014-02-27 2015-09-07 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法
US10164289B2 (en) * 2014-12-02 2018-12-25 Polyplus Battery Company Vitreous solid electrolyte sheets of Li ion conducting sulfur-based glass and associated structures, cells and methods
JP6319335B2 (ja) * 2016-01-18 2018-05-09 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法
JP2018092772A (ja) * 2016-12-01 2018-06-14 トヨタ自動車株式会社 全固体電池
KR20180068115A (ko) * 2016-12-13 2018-06-21 삼성전자주식회사 복합 전해질 구조체 및 이를 포함하는 리튬금속전지
JP6673249B2 (ja) * 2017-02-14 2020-03-25 トヨタ自動車株式会社 ラミネート全固体電池の製造方法
JP6885309B2 (ja) * 2017-11-22 2021-06-09 トヨタ自動車株式会社 直列積層型全固体電池
JP6863299B2 (ja) * 2018-01-09 2021-04-21 トヨタ自動車株式会社 全固体電池
JP7172127B2 (ja) 2018-05-14 2022-11-16 トヨタ自動車株式会社 全固体電池及びその製造方法
US11217825B2 (en) * 2018-06-26 2022-01-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha All solid-state battery, resin applicator, and method for producing all solid-state battery

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003223883A (ja) * 2002-01-30 2003-08-08 Kyocera Corp リチウム電池
JP2010015942A (ja) * 2008-07-07 2010-01-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 正極部材、およびリチウム電池
JP2010102985A (ja) * 2008-10-24 2010-05-06 Seiko Epson Corp 電池の製造方法
JP2011129497A (ja) * 2009-12-15 2011-06-30 Samsung Sdi Co Ltd 二次電池
JP2013191550A (ja) * 2012-03-13 2013-09-26 Hitachi Ltd 非水電解質二次電池用電極、非水電解質二次電池及びその製造方法
JP2015041607A (ja) * 2013-08-23 2015-03-02 株式会社リチウムエナジージャパン 蓄電素子および蓄電素子の製造方法
JP2016119183A (ja) * 2014-12-19 2016-06-30 トヨタ自動車株式会社 電極体および正極の製造方法
US20170005367A1 (en) * 2015-06-24 2017-01-05 Quantumscape Corporation Composite electrolytes
JP2018014194A (ja) * 2016-07-20 2018-01-25 株式会社日立ハイテクファインシステムズ 二次電池およびその製造方法
JP2018049696A (ja) * 2016-09-20 2018-03-29 トヨタ自動車株式会社 積層型全固体電池の製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022040100A (ja) * 2020-08-28 2022-03-10 三星エスディアイ株式会社 全固体二次電池
JP7271621B2 (ja) 2020-08-28 2023-05-11 三星エスディアイ株式会社 全固体二次電池
WO2022270142A1 (ja) * 2021-06-24 2022-12-29 パナソニックIpマネジメント株式会社 電池

Also Published As

Publication number Publication date
JP7172127B2 (ja) 2022-11-16
US20190348717A1 (en) 2019-11-14
US11527778B2 (en) 2022-12-13
US20210313625A1 (en) 2021-10-07
CN110492182A (zh) 2019-11-22
US11088397B2 (en) 2021-08-10
CN110492182B (zh) 2023-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7172127B2 (ja) 全固体電池及びその製造方法
JP6296569B2 (ja) 正極タブ上に絶縁層を含む正極及びこれを含む二次電池
EP3404740B1 (en) Battery
JP5382130B2 (ja) 固体電解質電池の製造方法
WO2012153866A1 (ja) 非水系二次電池の積層構造、および非水系二次電池の積層方法
CN105283999B (zh) 二次电池和电极制造方法
US20140255778A1 (en) Cathode including insulation layer on cathode tab and secondary battery including the cathode
JP2004134116A (ja) バイポーラ電池
JP2015130352A (ja) ナノ多孔性セパレータ層を利用するリチウム電池の製造方法
KR101664244B1 (ko) 전극의 표면에 패턴을 형성하는 방법, 이 방법을 이용해 제조된 전극 및 이 전극을 포함하는 이차전지
WO2012153865A1 (ja) 非水系二次電池、実装体および非水系二次電池の製造方法
JP2019192610A (ja) 全固体電池
JP5993726B2 (ja) リチウムイオン二次電池
JP2019096476A (ja) 直列積層型全固体電池
JP2017117672A (ja) 全固体蓄電デバイスおよびその製造方法
CN111463437A (zh) 全固体电池
JP2011096550A (ja) 固体電池、及び当該固体電池の製造方法
JP2005190787A (ja) 非水電解質二次電池用電極板およびその製造方法
JP6977554B2 (ja) 全固体電池
JP2020140932A (ja) 全固体電池及びその製造方法
JP2020095852A (ja) 全固体電池
KR20120006730A (ko) 고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법
CN218867198U (zh) 电池及用电设备
JP6981085B2 (ja) 二次電池の製造方法
JP2004273181A (ja) 電池用電極板

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201216

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20211015

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211130

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220524

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220623

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221004

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221017

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7172127

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151