JP2020107514A - Battery and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電池および電池の製造方法に関する。 The present disclosure relates to batteries and methods of making batteries.
特許文献1には貫通孔を有し、凹凸を有する蓄電デバイス用集電体を用いる蓄電デバイスが開示されている。 Patent Document 1 discloses a power storage device that uses a current collector for a power storage device that has through holes and has irregularities.
従来技術においては、電池の信頼性の向上が望まれる。 In the prior art, improvement in battery reliability is desired.
そこで、本開示では、信頼性が向上した電池等を提供する。 Therefore, the present disclosure provides a battery or the like with improved reliability.
本開示の一態様における電池は、電極集電体の片面に形成された電極活物質層と、対極集電体の片面に形成された対極活物質層とが、前記電極活物質層と前記対極活物質層との間に配置された固体電解質層を介して、接合して形成される電池であって、前記電極活物質層における前記固体電解質層側の表面は、前記電極活物質層における前記電極集電体側の表面よりも、表面粗さが小さい。 In the battery according to one embodiment of the present disclosure, an electrode active material layer formed on one surface of an electrode current collector and a counter electrode active material layer formed on one surface of a counter electrode current collector are the electrode active material layer and the counter electrode. A solid electrolyte layer disposed between the active material layer, a battery formed by bonding, the surface of the electrode active material layer on the solid electrolyte layer side, the surface of the electrode active material layer The surface roughness is smaller than the surface on the electrode current collector side.
また、本開示の一態様における電池は、複数の電池セルが積層される電池であって、前記複数の電池セルは、それぞれ、電極集電体の片面に形成された電極活物質層と、対極集電体の片面に形成された対極活物質層とが、前記電極活物質層と前記対極活物質層との間に配置された固体電解質層を介して、接合して形成されており、前記電極活物質層における前記固体電解質層側の表面は、前記電極活物質層における前記電極集電体側の表面よりも、表面粗さが小さい。 A battery according to one aspect of the present disclosure is a battery in which a plurality of battery cells are stacked, and each of the plurality of battery cells includes an electrode active material layer formed on one surface of an electrode current collector and a counter electrode. A counter electrode active material layer formed on one surface of the current collector, via the solid electrolyte layer disposed between the electrode active material layer and the counter electrode active material layer, is formed by bonding, The surface of the electrode active material layer on the solid electrolyte layer side has a smaller surface roughness than the surface of the electrode active material layer on the electrode current collector side.
また、本開示の一態様における電池の製造方法は、電極集電体と前記電極集電体の片面に形成された電極活物質層とを備える電極板をプレスするプレス工程を含み、前記プレス工程において、前記電極板の前記電極集電体側をプレスする部材である電極集電体用プレス部材は、前記電極板の前記電極活物質層側をプレスする部材である電極活物質層用プレス部材よりも、柔らかい材料からなる。 The method for manufacturing a battery according to an aspect of the present disclosure includes a pressing step of pressing an electrode plate including an electrode current collector and an electrode active material layer formed on one surface of the electrode current collector, and the pressing step. In, the electrode current collector pressing member that is a member that presses the electrode current collector side of the electrode plate is more than the electrode active material layer pressing member that is a member that presses the electrode active material layer side of the electrode plate. Even made of soft material.
また、本開示の一態様における電池の製造方法は、電極集電体と電極活物質層と固体電解質層と対極活物質層と対極集電体とがこの順で積層された構造体をプレスするプレス工程を含み、前記プレス工程において、前記構造体の前記電極集電体側をプレスする部材である電極集電体用プレス部材の前記電極集電体側の表面部、および、前記構造体の前記対極集電体側をプレスする部材である対極集電体用プレス部材の前記対極集電体側の表面部、の少なくとも一方は、樹脂系材料またはゴム系材料からなる。 In the method for manufacturing a battery according to one embodiment of the present disclosure, a structure in which an electrode current collector, an electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a counter electrode active material layer, and a counter electrode current collector are laminated in this order is pressed. Including the pressing step, in the pressing step, the electrode current collector-side surface portion of the electrode current collector pressing member that is a member for pressing the electrode current collector side of the structure, and the counter electrode of the structure. At least one of the counter electrode current collector side surface portion of the counter electrode current collector pressing member that is a member pressing the current collector side is made of a resin material or a rubber material.
また、本開示の一態様における電池の製造方法は、複数の電池セルの間に配置された樹脂系材料またはゴム系材料を介して、前記複数の電池セルを積層した電池をプレスするプレス工程を含み、前記プレス工程において、プレス部材の表面部は、樹脂系材料またはゴム系材料であり、前記複数の電池セルは、それぞれ、電極集電体の片面に形成された電極活物質層と、対極集電体の片面に形成された対極活物質層とが、電極活物質層と対極活物質層との間に配置される固体電解質層を介して、接合している。 The battery manufacturing method according to an aspect of the present disclosure includes a pressing step of pressing a battery in which the plurality of battery cells are stacked via a resin-based material or a rubber-based material disposed between the plurality of battery cells. In the pressing step, the surface portion of the pressing member is made of a resin-based material or a rubber-based material, and each of the plurality of battery cells has an electrode active material layer formed on one surface of an electrode current collector, and a counter electrode. The counter electrode active material layer formed on one surface of the current collector is bonded via the solid electrolyte layer disposed between the electrode active material layer and the counter electrode active material layer.
本開示によれば、電池等の信頼性を向上させることができる。 According to the present disclosure, reliability of batteries and the like can be improved.
(本開示に至った知見)
負極集電体の片面に形成された負極活物質層と、正極集電体の片面に形成された正極活物質層とが、負極活物質層と正極活物質層との間に配置された固体電解質層を介して、接合して形成される電池の高電池容量化には、固体電解質層を薄層化することにより電池の重量および体積を削減することが有効である。固体電解質層には電子絶縁性とイオン電導性の両立が求められる。正極活物質層と負極活物質層との間に配置される固体電解質層の薄層化に伴い、正負極間の距離が小さくなり、絶縁破壊ならびに短絡のリスクが高まる。
(Knowledge leading to the present disclosure)
The negative electrode active material layer formed on one surface of the negative electrode current collector and the positive electrode active material layer formed on one surface of the positive electrode current collector are solids disposed between the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer. It is effective to reduce the weight and volume of the battery by thinning the solid electrolyte layer in order to increase the battery capacity of the battery formed by joining via the electrolyte layer. The solid electrolyte layer is required to have both electronic insulation and ionic conductivity. As the solid electrolyte layer disposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer becomes thinner, the distance between the positive and negative electrodes becomes smaller, and the risk of dielectric breakdown and short circuit increases.
また、電池の製造には、正極集電体上に形成された正極活物質層と、負極集電体上に形成された負極活物質層とを、固体電解質層を介してプレスして接合することが広く行われている。このとき、固体電解質層は、正極活物質層と負極活物質層とによって表裏面から圧迫されるので、正極活物質層および負極活物質層の厚み分布および表面粗さ形状が、固体電解質層の表面形状に反映され、固体電解質層に厚み分布が生じる。また、正極活物質層または負極活物質層にあらかじめ固体電解質層を形成する場合、あるいは、正極活物質層と固体電解質層と負極活物質層とを順次形成して積層する場合においても、正極活物質層および負極活物質層の厚み分布および表面粗さ形状が、固体電解質層の表面形状に反映される。 Further, in the production of a battery, the positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector and the negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector are pressed and joined via the solid electrolyte layer. Is widely practiced. At this time, since the solid electrolyte layer is pressed from the front and back surfaces by the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, the thickness distribution and surface roughness shape of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are the same as those of the solid electrolyte layer. Reflected in the surface shape, a thickness distribution is generated in the solid electrolyte layer. In addition, when the solid electrolyte layer is formed in advance on the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer, or when the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode active material layer are sequentially formed and laminated, The thickness distribution and surface roughness shape of the material layer and the negative electrode active material layer are reflected in the surface shape of the solid electrolyte layer.
このため、電池を高電池容量化するために、固体電解質層を薄層化すると、正極活物質層および負極活物質層と固体電解質層とのプレスによる接合により、固体電解質層が部分的に薄くなることに起因した固体電解質層の絶縁破壊および正負極の短絡が顕在化する。 Therefore, in order to increase the battery capacity of the battery, when the solid electrolyte layer is thinned, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and the solid electrolyte layer are joined by pressing, so that the solid electrolyte layer is partially thin. The dielectric breakdown of the solid electrolyte layer and the short circuit of the positive and negative electrodes due to the change are manifested.
本開示では、このような知見に基づいてなされたものであり、信頼性が向上した電池を提供する。特に、本開示では、電池の高電池容量化のために固体電解質層を薄膜化した場合であっても、信頼性が向上した電池を提供する。 The present disclosure has been made based on such knowledge, and provides a battery with improved reliability. In particular, the present disclosure provides a battery with improved reliability even when the solid electrolyte layer is thinned to increase the battery capacity of the battery.
(本開示の概要)
本開示の一態様における電池は、電極集電体の片面に形成された電極活物質層と、対極集電体の片面に形成された対極活物質層とが、前記電極活物質層と前記対極活物質層との間に配置された固体電解質層を介して、接合して形成される電池であって、前記電極活物質層における前記固体電解質層側の表面は、前記電極活物質層における前記電極集電体側の表面よりも、表面粗さが小さい。
(Outline of the present disclosure)
In the battery according to one embodiment of the present disclosure, an electrode active material layer formed on one surface of an electrode current collector and a counter electrode active material layer formed on one surface of a counter electrode current collector are the electrode active material layer and the counter electrode. A solid electrolyte layer disposed between the active material layer, a battery formed by bonding, the surface of the electrode active material layer on the solid electrolyte layer side, the surface of the electrode active material layer The surface roughness is smaller than the surface on the electrode current collector side.
これにより、電極活物質層における固体電解質層側の表面は、電極活物質層における電極集電体側の表面よりも、表面粗さが小さいことから、電極活物質層における固体電解質層側の表面の形状が反映される固体電解質層における電極活物質層側の表面も、表面粗さが小さくなる。そのため、固体電解質層の厚みが均一になりやすく、固体電解質層が部分的に薄くなることに起因した、固体電解質層の絶縁破壊および正負極の短絡が抑制される。よって、固体電解質層の薄膜化により、電池を高電池容量化した場合であっても、電池の信頼性を向上させることができる。 Thereby, the surface of the solid electrolyte layer side in the electrode active material layer, since the surface roughness is smaller than the surface of the electrode current collector side in the electrode active material layer, the surface of the solid electrolyte layer side in the electrode active material layer The surface roughness of the surface of the solid electrolyte layer on the electrode active material layer side, which reflects the shape, is also small. Therefore, the thickness of the solid electrolyte layer is likely to be uniform, and dielectric breakdown of the solid electrolyte layer and short circuit between the positive and negative electrodes due to the partial thinning of the solid electrolyte layer are suppressed. Therefore, by reducing the thickness of the solid electrolyte layer, the reliability of the battery can be improved even when the battery has a high battery capacity.
また、例えば、前記電池は、前記電極活物質層における前記電極集電体側の表面形状と、前記電極集電体における前記電極活物質層と反対側の表面形状とが、一致していてもよい。 Further, for example, in the battery, the surface shape of the electrode active material layer on the side of the electrode current collector may be the same as the surface shape of the electrode current collector on the side opposite to the electrode active material layer. ..
これにより、電極活物質層の電極集電体側の表面形状と、電極集電体の形状が一致するため、電極活物質層と電極集電体との密着性が向上し、電池の信頼性を向上させることができる。 As a result, the surface shape of the electrode active material layer on the side of the electrode current collector and the shape of the electrode current collector match, so that the adhesion between the electrode active material layer and the electrode current collector is improved, and the reliability of the battery is improved. Can be improved.
また、例えば、前記対極活物質層における前記固体電解質層側の表面は、前記対極活物質層における前記対極集電体側の表面よりも、表面粗さが小さくてもよい。 Further, for example, the surface of the counter electrode active material layer on the side of the solid electrolyte layer may have a smaller surface roughness than the surface of the counter electrode active material layer on the side of the counter electrode current collector.
これにより、対極活物質層における固体電解質層側の表面は、対極活物質層における対極集電体側の表面よりも、表面粗さが小さいことから、対極活物質層における固体電解質層側の表面の形状が反映される固体電解質層における対極活物質層側の表面も、表面粗さが小さくなる。そのため、固体電解質層の厚みが均一になりやすく、固体電解質層が部分的に薄くなることに起因した、固体電解質層の絶縁破壊および正負極の短絡が抑制される。よって、固体電解質層の薄膜化により、電池を高電池容量化した場合であっても、電池の信頼性を向上させることができる。 Thus, the surface of the counter electrode active material layer on the side of the solid electrolyte layer is smaller in surface roughness than the surface of the counter electrode active material layer on the side of the counter current collector, and thus the surface of the counter electrode active material layer on the side of the solid electrolyte layer. The surface roughness of the surface of the solid electrolyte layer on the counter electrode active material layer side, which reflects the shape, is also small. Therefore, the thickness of the solid electrolyte layer is likely to be uniform, and dielectric breakdown of the solid electrolyte layer and short circuit between the positive and negative electrodes due to the partial thinning of the solid electrolyte layer are suppressed. Therefore, by reducing the thickness of the solid electrolyte layer, the reliability of the battery can be improved even when the battery has a high battery capacity.
また、例えば、前記電池は、前記対極活物質層における前記対極集電体側の表面形状と、前記対極集電体における前記対極活物質層と反対側の表面形状とが、一致していてもよい。 Further, for example, in the battery, the surface shape of the counter electrode active material layer on the counter electrode current collector side and the surface shape of the counter electrode current collector opposite to the counter electrode active material layer may be the same. ..
これにより、対極活物質層の対極集電体側の表面形状と、対極集電体の形状が一致するため、対極活物質層と対極集電体との密着性が向上し、電池の信頼性を向上させることができる。 As a result, the surface shape of the counter electrode active material layer on the counter electrode current collector side matches the shape of the counter electrode current collector, so the adhesion between the counter electrode active material layer and the counter electrode current collector is improved, and the reliability of the battery is improved. Can be improved.
また、本開示の一態様における電池は、複数の電池セルが積層される電池であって、前記複数の電池セルは、それぞれ、電極集電体の片面に形成された電極活物質層と、対極集電体の片面に形成された対極活物質層とが、前記電極活物質層と前記対極活物質層との間に配置された固体電解質層を介して、接合して形成されており、前記電極活物質層における前記固体電解質層側の表面は、前記電極活物質層における前記電極集電体側の表面よりも、表面粗さが小さい。 A battery according to one aspect of the present disclosure is a battery in which a plurality of battery cells are stacked, and each of the plurality of battery cells includes an electrode active material layer formed on one surface of an electrode current collector and a counter electrode. A counter electrode active material layer formed on one surface of the current collector, via the solid electrolyte layer disposed between the electrode active material layer and the counter electrode active material layer, is formed by bonding, The surface of the electrode active material layer on the solid electrolyte layer side has a smaller surface roughness than the surface of the electrode active material layer on the electrode current collector side.
これにより、電極活物質層における固体電解質層側の表面は、電極活物質層における電極集電体側の表面よりも、表面粗さが小さいことから、電極活物質層における固体電解質層側の表面の形状が反映される固体電解質層における電極活物質層側の表面も、表面粗さが小さくなる。そのため、固体電解質層の厚みが均一になりやすく、固体電解質層が部分的に薄くなることに起因した、固体電解質層の絶縁破壊および正負極の短絡が抑制される。よって、固体電解質層の薄膜化により、各電池セルを高電池容量化した場合であっても、複数の電池セルが積層された電池の信頼性を向上させることができる。 Thereby, the surface of the solid electrolyte layer side in the electrode active material layer, since the surface roughness is smaller than the surface of the electrode current collector side in the electrode active material layer, the surface of the solid electrolyte layer side in the electrode active material layer The surface roughness of the surface of the solid electrolyte layer on the electrode active material layer side, which reflects the shape, is also small. Therefore, the thickness of the solid electrolyte layer is likely to be uniform, and dielectric breakdown of the solid electrolyte layer and short circuit between the positive and negative electrodes due to the partial thinning of the solid electrolyte layer are suppressed. Therefore, by thinning the solid electrolyte layer, the reliability of a battery in which a plurality of battery cells are stacked can be improved even when each battery cell has a high battery capacity.
また、例えば、前記電池は、前記対極活物質層における前記固体電解質層側の表面は、前記対極活物質層における前記対極集電体側の表面よりも、表面粗さが小さくてもよい。 Further, for example, in the battery, the surface of the counter electrode active material layer on the solid electrolyte layer side may have a smaller surface roughness than the surface of the counter electrode active material layer on the counter electrode current collector side.
これにより、対極活物質層における固体電解質層側の表面は、対極活物質層における対極集電体側の表面よりも、表面粗さが小さいことから、対極活物質層における固体電解質層側の表面の形状が反映される固体電解質層における対極活物質層側の表面も、表面粗さが小さくなる。そのため、固体電解質層の厚みが均一になりやすく、固体電解質層が部分的に薄くなることに起因した、固体電解質層の絶縁破壊および正負極の短絡が抑制される。よって、固体電解質層の薄膜化により、各電池セルを高電池容量化した場合であっても、複数の電池セルが積層された電池の信頼性を向上させることができる。 Thus, the surface of the counter electrode active material layer on the side of the solid electrolyte layer is smaller in surface roughness than the surface of the counter electrode active material layer on the side of the counter current collector, and thus the surface of the counter electrode active material layer on the side of the solid electrolyte layer. The surface roughness of the surface of the solid electrolyte layer on the counter electrode active material layer side, which reflects the shape, is also small. Therefore, the thickness of the solid electrolyte layer is likely to be uniform, and dielectric breakdown of the solid electrolyte layer and short circuit between the positive and negative electrodes due to the partial thinning of the solid electrolyte layer are suppressed. Therefore, by thinning the solid electrolyte layer, the reliability of a battery in which a plurality of battery cells are stacked can be improved even when each battery cell has a high battery capacity.
また、例えば、前記電池は、前記複数の電池セルは、それぞれの前記電池セルの間に配置される樹脂系材料またはゴム系材料を介して、積層されていてもよい。 Further, for example, in the battery, the plurality of battery cells may be laminated with a resin-based material or a rubber-based material interposed between the battery cells.
これにより、樹脂系材料またはゴム系材料は、通常、電極活物質層および対極活物質層に含まれる材料と比較して、柔らかい材料であり、硬さの調整も容易であることから、プレスされる場合など、電極活物質層および対極活物質層が樹脂系材料またはゴム系材料側へ押し込まれる。よって、電極活物質層および対極活物質層の厚みむらに起因して、固体電解質層が局部的に薄くなることを抑制できる。これにより複数の電池セルが積層された電池の短絡リスクを抑制でき、かつ、容易に複数の電池セルが積層された電池を製造できる。 As a result, the resin-based material or rubber-based material is usually softer than the materials contained in the electrode active material layer and the counter electrode active material layer, and the hardness can be easily adjusted. In such a case, the electrode active material layer and the counter electrode active material layer are pushed into the resin-based material or the rubber-based material side. Therefore, it is possible to suppress local thinning of the solid electrolyte layer due to uneven thickness of the electrode active material layer and the counter electrode active material layer. As a result, it is possible to suppress the risk of a short circuit in a battery in which a plurality of battery cells are stacked and to easily manufacture a battery in which a plurality of battery cells are stacked.
また、本開示の一態様における電池の製造方法は、電極集電体と前記電極集電体の片面に形成された電極活物質層とを備える電極板をプレスするプレス工程を含み、前記プレス工程において、前記電極板の前記電極集電体側をプレスする部材である電極集電体用プレス部材は、前記電極板の前記電極活物質層側をプレスする部材である電極活物質層用プレス部材よりも、柔らかい材料からなる。 The method for manufacturing a battery according to an aspect of the present disclosure includes a pressing step of pressing an electrode plate including an electrode current collector and an electrode active material layer formed on one surface of the electrode current collector, and the pressing step. In, the electrode current collector pressing member that is a member that presses the electrode current collector side of the electrode plate is more than the electrode active material layer pressing member that is a member that presses the electrode active material layer side of the electrode plate. Even made of soft material.
これにより、電極活物質層用プレス部材が比較的柔らかい材料であり、電極集電体用プレス部材が比較的硬い材料となる。そのため、プレス工程において、電極活物質層の電極集電体とは反対側の面の表面粗さが大きい場合であっても、電極活物質層側の表面は硬い電極活物質層用プレス部材にプレスされて比較的平滑になり、それと同時に、電極活物質層の表面粗さが大きいことによる凹凸が、電極集電体を介して電極集電体側の柔らかい電極集電体用プレス部材に押し込まれる。電極活物質層上にさらに固体電解質層を積層する場合には、比較的平滑な電極活物質層の表面が反映され、固体電解質層の表面も比較的平滑で、厚みが均一になりやすい。よって、固体電解質層が部分的に薄くなることに起因した、固体電解質層の絶縁破壊および正負極の短絡が抑制されることから、固体電解質層の薄膜化により、電池を高電池容量化する場合であっても、信頼性が向上した電池を製造できる。 Thereby, the electrode active material layer press member is a relatively soft material, and the electrode current collector press member is a relatively hard material. Therefore, in the pressing step, even if the surface of the surface of the electrode active material layer opposite to the electrode current collector has a large surface roughness, the surface of the electrode active material layer side becomes a hard electrode active material layer pressing member. When pressed, it becomes relatively smooth, and at the same time, the unevenness due to the large surface roughness of the electrode active material layer is pushed through the electrode current collector into the soft electrode current collector pressing member on the electrode current collector side. .. When a solid electrolyte layer is further laminated on the electrode active material layer, the relatively smooth surface of the electrode active material layer is reflected, and the surface of the solid electrolyte layer is also relatively smooth, and the thickness tends to be uniform. Therefore, since the dielectric breakdown of the solid electrolyte layer and the short circuit of the positive and negative electrodes due to the partial thinning of the solid electrolyte layer is suppressed, when the battery has a high battery capacity by thinning the solid electrolyte layer. Even with this, a battery with improved reliability can be manufactured.
また、例えば、前記電池の製造方法は、前記電極集電体用プレス部材の前記電極集電体側の表面部は、樹脂系材料またはゴム系材料からなってもよい。 Further, for example, in the method for manufacturing the battery, the surface portion of the electrode current collector pressing member on the electrode current collector side may be made of a resin material or a rubber material.
これにより、樹脂系材料またはゴム系材料は、通常、プレス部材に使用される鋼材などと比較して、柔らかい材料であり、形状および硬さの調整も容易であることから、製造装置が容易に準備できる。 As a result, the resin-based material or rubber-based material is usually a softer material than steel materials used for press members, and the shape and hardness can be easily adjusted. I can prepare.
また、本開示の一態様における電池の製造方法は、電極集電体と電極活物質層と固体電解質層と対極活物質層と対極集電体とがこの順で積層された構造体をプレスするプレス工程を含み、前記プレス工程において、前記構造体の前記電極集電体側をプレスする部材である電極集電体用プレス部材の前記電極集電体側の表面部、および、前記構造体の前記対極集電体側をプレスする部材である対極集電体用プレス部材の前記対極集電体側の表面部、の少なくとも一方は、樹脂系材料またはゴム系材料からなる。 In the method for manufacturing a battery according to one embodiment of the present disclosure, a structure in which an electrode current collector, an electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a counter electrode active material layer, and a counter electrode current collector are laminated in this order is pressed. Including the pressing step, in the pressing step, the electrode current collector-side surface portion of the electrode current collector pressing member that is a member for pressing the electrode current collector side of the structure, and the counter electrode of the structure. At least one of the counter electrode current collector side surface portion of the counter electrode current collector pressing member that is a member pressing the current collector side is made of a resin material or a rubber material.
これにより、電極集電体用プレス部材の電極集電体側の表面部、および、対極集電体用プレス部材の対極集電体側の表面部の少なくとも一方は、比較的柔らかい樹脂系材料またはゴム系材料となる。そのため、プレス工程において、電極活物質層および対極活物質層における固体電解質層側の表面の表面粗さが大きいような場合であっても、電極活物質層および対極活物質層の固体電解質層側の面の表面粗さが大きいことによる凹凸の少なくとも一方は、電極集電体または対極集電体を介して、比較的柔らかい材料からなるプレス部材の表面に押し込まれる。それにより、電極活物質層および対極活物質層における固体電解質層側の表面の少なくとも一方は、比較的平滑になり、電極活物質層および対極活物質層と接する固体電解質層の表面も比較的平滑で、厚みが均一になりやすい。よって、固体電解質層が部分的に薄くなることに起因した、固体電解質層の絶縁破壊および正負極の短絡が抑制されることから、固体電解質層の薄膜化により、電池を高電池容量化する場合であっても、信頼性が向上した電池を製造できる。 Thereby, at least one of the surface portion of the electrode current collector side of the electrode current collector press member and the counter electrode current collector side surface of the counter electrode current collector press member is a relatively soft resin-based material or rubber-based material. It becomes a material. Therefore, in the pressing step, even when the surface roughness of the solid electrolyte layer side in the electrode active material layer and the counter electrode active material layer is large, the solid electrolyte layer side of the electrode active material layer and the counter electrode active material layer is large. At least one of the unevenness due to the large surface roughness of the surface is pressed into the surface of the press member made of a relatively soft material via the electrode current collector or the counter electrode current collector. Thereby, at least one of the surfaces on the solid electrolyte layer side in the electrode active material layer and the counter electrode active material layer becomes relatively smooth, and the surface of the solid electrolyte layer in contact with the electrode active material layer and the counter electrode active material layer is also relatively smooth. Therefore, the thickness is likely to be uniform. Therefore, since the dielectric breakdown of the solid electrolyte layer and the short circuit of the positive and negative electrodes due to the partial thinning of the solid electrolyte layer is suppressed, when the battery has a high battery capacity by thinning the solid electrolyte layer. Even with this, a battery with improved reliability can be manufactured.
また、本開示の一態様における電池の製造方法は、複数の電池セルの間に配置された樹脂系材料またはゴム系材料を介して、前記複数の電池セルを積層した電池をプレスするプレス工程を含み、前記プレス工程において、プレス部材の表面部は、樹脂系材料またはゴム系材料であり、前記複数の電池セルは、それぞれ、電極集電体の片面に形成された電極活物質層と、対極集電体の片面に形成された対極活物質層とが、電極活物質層と対極活物質層との間に配置される固体電解質層を介して、接合している。 The battery manufacturing method according to an aspect of the present disclosure includes a pressing step of pressing a battery in which the plurality of battery cells are stacked via a resin-based material or a rubber-based material disposed between the plurality of battery cells. In the pressing step, the surface portion of the pressing member is made of a resin-based material or a rubber-based material, and each of the plurality of battery cells has an electrode active material layer formed on one surface of an electrode current collector, and a counter electrode. The counter electrode active material layer formed on one surface of the current collector is bonded via the solid electrolyte layer disposed between the electrode active material layer and the counter electrode active material layer.
これにより、プレス部材の表面部、および、複数の電池セル間に配置される材料が、比較的柔らかい樹脂系材料またはゴム系材料となる。そのため、プレス工程において、電極活物質層および対極活物質層における固体電解質層側の表面の表面粗さが大きいような場合であっても、電極活物質層および対極活物質層の固体電解質層側の面の表面粗さが大きいことによる凹凸は、電極集電体および対極集電体を介して、比較的柔らかい樹脂系材料またはゴム系材料の表面に押し込まれる。それにより、電極活物質層および対極活物質層における固体電解質層側の表面は、比較的平滑になり、電極活物質層および対極活物質層と接する固体電解質層の表面も比較的平滑で、厚みが均一になりやすい。よって、固体電解質層が部分的に薄くなることに起因した、固体電解質層の絶縁破壊および正負極の短絡が抑制されることから、固体電解質層の薄膜化により、各電池セルを高電池容量化する場合であっても、信頼性が向上した複数の電池セルを積層した電池を製造できる。 As a result, the surface portion of the press member and the material arranged between the plurality of battery cells become a relatively soft resin material or rubber material. Therefore, in the pressing step, even when the surface roughness of the solid electrolyte layer side in the electrode active material layer and the counter electrode active material layer is large, the solid electrolyte layer side of the electrode active material layer and the counter electrode active material layer is large. The unevenness due to the large surface roughness of the surface is pushed into the surface of the relatively soft resin-based material or rubber-based material through the electrode current collector and the counter electrode current collector. Thereby, the surface of the solid electrolyte layer side in the electrode active material layer and the counter electrode active material layer becomes relatively smooth, and the surface of the solid electrolyte layer in contact with the electrode active material layer and the counter electrode active material layer is also relatively smooth, and the thickness Tends to be uniform. Therefore, the dielectric breakdown of the solid electrolyte layer and the short circuit between the positive and negative electrodes due to the partial thinning of the solid electrolyte layer are suppressed.Thus, by thinning the solid electrolyte layer, each battery cell has a high battery capacity. Even in such a case, it is possible to manufacture a battery in which a plurality of battery cells having improved reliability are stacked.
以下、本開示の実施の形態が、図面を参照しながら説明される。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
なお、以下で説明される実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 It should be noted that each of the embodiments described below shows a comprehensive or specific example. Numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connection forms of constituent elements, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present disclosure. Further, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements not described in independent claims are described as arbitrary constituent elements.
また、各図は、本開示を示すために適宜強調、省略、または比率の調整を行った模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではなく、実際の形状、位置関係、および比率とは異なる場合がある。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。 Further, each drawing is a schematic diagram in which emphasis, omission, or ratio adjustment is appropriately performed to show the present disclosure, and is not necessarily strictly illustrated, and the actual shape, positional relationship, and ratio are May be different. Therefore, for example, the scales and the like in the drawings do not necessarily match. Further, in each drawing, substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted or simplified.
また、本明細書において、平行、形状一致などの要素間の関係性を示す用語、および、矩形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する表現である。 Further, in the present specification, terms indicating a relationship between elements such as parallelism and shape matching, and terms indicating a shape of an element such as a rectangle, and a numerical range are not expressions expressing only a strict meaning, It is an expression that includes a substantially equivalent range, for example, a difference of about several percent.
また、本明細書および図面において、x軸、y軸およびz軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、z軸方向を電池の厚み方向としている。また、本明細書において、「厚み方向」とは、各層が積層された面に垂直な方向のことである。また、本明細書における「厚み」とは、電池および各層における積層方向の長さである。 In addition, in this specification and the drawings, the x-axis, the y-axis, and the z-axis represent the three axes of the three-dimensional orthogonal coordinate system. In each embodiment, the z-axis direction is the battery thickness direction. In addition, in the present specification, the “thickness direction” is a direction perpendicular to the surface on which the layers are stacked. In addition, the “thickness” in the present specification is the length in the stacking direction of the battery and each layer.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1における電池1000の概略構成を示す断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a
図1に示されるように、実施の形態1における電池1000は、負極集電体210の片面に形成された負極活物質層110と、正極集電体220の片面に形成された正極活物質層120とが、負極活物質層110と正極活物質層120との間に配置された固体電解質層130を介して、接合して形成される。負極活物質層110における固体電解質層130側の表面は、負極活物質層110における負極集電体210側の表面よりも、表面粗さが小さい。また、正極活物質層120における固体電解質層130側の表面は、正極活物質層120における正極集電体220側の表面よりも、表面粗さが小さい。また、電池1000は、負極活物質層110における負極集電体210側の表面形状と、負極集電体210における負極活物質層110と反対側の表面形状とが、一致している。また、正極活物質層120における正極集電体220側の表面形状と、正極集電体220における正極活物質層120と反対側の表面形状とが、一致している。なお、負極活物質層110は電極活物質層の一例であり、負極集電体210は電極集電体の一例であり、正極活物質層120は対極活物質層の一例であり、正極集電体220は対極集電体の一例である。また、負極活物質層110は対極活物質層の一例であってもよく、負極集電体210は対極集電体の一例であってもよく、正極活物質層120は電極活物質層の一例であってもよく、正極集電体220は対極集電体の一例であってもよい。また、表面粗さとは、例えば、算術平均粗さRaとして求めた粗さであり、目的および形状に応じて、最大高さRy、十点平均粗さRzなどの他の求め方を用いてもよい。また、本明細書において、表面形状が一致するとは、表面の凹凸の位置および高さなどが一致していることである。
As shown in FIG. 1, the
また、電池1000は、発電要素100と、負極集電体210と、正極集電体220と、を備える。
Further, the
発電要素100は、負極集電体210と正極集電体220との間に配置されている。発電要素100は、図1に示されるように、負極活物質層110と、正極活物質層120とを含む。発電要素100は、さらに固体電解質層130を含む。負極活物質層110と、固体電解質層130と、正極活物質層120とは、電池1000の厚み方向(z軸方向)に沿って、負極集電体210側からこの順で積層されている。
The power generation element 100 is arranged between the negative electrode
負極活物質層110は、例えば、電極材料として負極活物質を含む。負極活物質層110は、正極活物質層120に対向して配置されている。
The negative electrode
負極活物質層110に含有される負極活物質としては、例えば、グラファイト、金属リチウムなどの負極活物質が用いられうる。負極活物質の材料としては、リチウム(Li)またはマグネシウム(Mg)などのイオンを離脱および挿入することができる各種材料が用いられうる。
As the negative electrode active material contained in the negative electrode
また、負極活物質層110の含有材料としては、例えば、無機系固体電解質などの固体電解質が用いられてもよい。無機系固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質または酸化物固体電解質などが用いられうる。硫化物固体電解質としては、例えば、硫化リチウム(Li2S)および五硫化二リン(P2S5)の混合物が用いられうる。また、負極活物質層110の含有材料としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、グラファイト、カーボンファイバーなどの導電材、または、例えばポリフッ化ビニリデンなどの結着用バインダーなどが用いられてもよい。他のバインダーの例としては、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体(SBS)、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体(SEBS)、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムおよびウレタンゴムなどの合成ゴム、ポリビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVDF−HFP)、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリビニルアルコールならびに塩素化ポリエチレン(CPE)などが挙げられる。
Further, as the material contained in the negative electrode
負極活物質層110は、例えば、負極活物質層110の含有材料を溶媒と共に練り込んだペースト状の塗料を、負極集電体210の面上に塗工乾燥することにより、作製されうる。負極活物質層110の密度を高めるために、乾燥後に、負極活物質層110および負極集電体210を含む負極板をプレスしておいてもよい。負極活物質層110の厚みは、例えば、5μm以上300μm以下であるが、これに限らない。
The negative electrode
正極活物質層120は、例えば活物質などの正極材料を含む層である。正極材料は、負極材料の対極を構成する材料である。正極活物質層120は、例えば、正極活物質を含む。
The positive electrode
正極活物質層120に含有される正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム複合酸化物(LCO)、ニッケル酸リチウム複合酸化物(LNO)、マンガン酸リチウム複合酸化物(LMO)、リチウム‐マンガン‐ニッケル複合酸化物(LMNO)、リチウム‐マンガン‐コバルト複合酸化物(LMCO)、リチウム‐ニッケル‐コバルト複合酸化物(LNCO)、リチウム‐ニッケル‐マンガン‐コバルト複合酸化物(LNMCO)などの正極活物質が用いられうる。
Examples of the positive electrode active material contained in the positive electrode
正極活物質の材料としては、リチウムまたはマグネシウムなどのイオンを離脱および挿入することができる各種材料が用いられうる。 As the material of the positive electrode active material, various materials that can release and insert ions such as lithium or magnesium can be used.
また、正極活物質層120の含有材料としては、例えば、無機系固体電解質などの固体電解質が用いられてもよい。無機系固体電解質としては、硫化物固体電解質または酸化物固体電解質などが用いられうる。硫化物固体電解質としては、例えば、硫化リチウム(Li2S)および五硫化二リン(P2S5)の混合物が用いられうる。正極活物質の表面は、固体電解質でコートされていてもよい。また、正極活物質層120の含有材料としては、例えばアセチレンブラックなどの導電材料、または、例えばポリフッ化ビニリデンなどの結着用バインダーなどが用いられてもよい。導電材料およびバインダーとしては、上述の負極活物質層110に用いられる材料として挙げられた材料が用いられてもよい。
Moreover, as the material contained in the positive electrode
正極活物質層120は、例えば、正極活物質層120の含有材料を溶媒と共に練り込んだペースト状の塗料を、正極集電体220の面上に塗工乾燥することにより、作製されうる。正極活物質層120の密度を高めるために、乾燥後に、正極活物質層120および正極集電体220を含む正極板をプレスしておいてもよい。正極活物質層120の厚みは、例えば、5μm以上300μm以下であるが、これに限らない。
The positive electrode
固体電解質層130は、負極活物質層110と正極活物質層120との間に配置される。固体電解質層130は、負極活物質層110および正極活物質層120の各々に接する。固体電解質層130は、電解質材料を含む層である。電解質材料としては、一般に公知の電池用の電解質が用いられうる。固体電解質層130の厚みは、5μm以上300μm以下であってもよく、または、5μm以上100μm以下であってもよい。
The
固体電解質層130は固体電解質を含んでいてもよい。発電要素100を備える電池1000は、例えば、全固体電池であってもよい。
The
固体電解質としては、例えば、無機系固体電解質などの固体電解質が用いられうる。無機系固体電解質としては、硫化物固体電解質または酸化物固体電解質などが用いられうる。硫化物固体電解質としては、例えば、硫化リチウム(Li2S)および五硫化二リン(P2S5)の混合物が用いられうる。なお、固体電解質層130は、電解質材料に加えて、例えばポリフッ化ビニリデンなどの結着用バインダーなどを含有してもよい。
As the solid electrolyte, for example, a solid electrolyte such as an inorganic solid electrolyte can be used. As the inorganic solid electrolyte, a sulfide solid electrolyte or an oxide solid electrolyte may be used. As the sulfide solid electrolyte, for example, a mixture of lithium sulfide (Li 2 S) and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) can be used. The
負極集電体210と正極集電体220とはそれぞれ、導電性を有する部材である。負極集電体210と正極集電体220とはそれぞれ、例えば、導電性を有する薄膜であってもよい。負極集電体210と正極集電体220とを構成する材料としては、例えば、ステンレス(SUS)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)などの金属が用いられうる。
The negative electrode
負極集電体210は、負極活物質層110に接して配置される。負極集電体としては、例えば、SUS箔、Cu箔などの金属箔が用いられうる。負極集電体210の厚みは、例えば、5μm以上100μm以下であるが、これに限らない。なお、負極集電体210は、負極活物質層110に接する部分に、例えば、導電性材料を含む層である集電体層を備えてもよい。
The negative electrode
正極集電体220は、正極活物質層120に接して配置される。正極集電体220としては、例えば、SUS箔、Al箔などの金属箔が用いられうる。正極集電体220の厚みは、例えば、5μm以上100μm以下であるが、これに限らない。なお、正極集電体220は、正極活物質層120に接する部分に、例えば、導電性材料を含む層である集電体層を備えてもよい。
The positive electrode
負極活物質層110は、負極集電体210の表面粗さ、または、負極活物質層110の厚み分布および表面粗さなどに伴う凹凸を有する。負極活物質層110の表面粗さの一部には、負極集電体210の表面粗さに起因するものがあってもよく、その一部は負極集電体210と負極活物質層110との接合強度向上を担うものであってもよい。また、負極活物質層110の表面粗さの一部には、負極活物質層材料に含まれる粒子やその凝集体の形状に起因するものがあってもよい。負極活物質層110の厚み分布には、例えば塗工ムラなどの負極活物質層110を形成する際に発生する厚み変動の他、意図的に付与された厚み分布があってもよい。
The negative electrode
実施の形態1においては、図1に示されるように、負極集電体層210が負極活物質層110に沿って接しているため、表面粗さ、または、厚み分布などに伴う負極活物質層110の凹凸の一部が、負極集電体210の、負極活物質層110形成面と逆の面に反映されている。また、固体電解質層130と負極活物質層110との界面が、負極集電体210と負極活物質層110との界面の凹凸に比べて平坦に形成されている。固体電解質層130と負極活物質層110との界面が平坦に形成されることで、固体電解質層130が部分的に薄くなることならびに、絶縁破壊および短絡に至るリスクを低減することができる。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, since the negative electrode
正極活物質層120は、正極集電体220の表面粗さ、または、正極活物質層120の厚み分布および表面粗さなどに伴う凹凸を有する。正極活物質層120の表面粗さの一部には、正極集電体220の表面粗さに起因するものがあってもよく、その一部は正極集電体220と正極活物質層120との接合強度向上を担うものであってもよい。また、正極活物質層120の表面粗さの一部には、正極活物質層材料に含まれる粒子やその凝集体の形状に起因するものがあってもよい。正極活物質層120の厚み分布には、例えば塗工ムラなどの正極活物質層120を形成する際に発生する厚み変動の他、意図的に付与された厚み分布があってもよい。
The positive electrode
また、正極集電体層220が正極活物質層120に沿って接しているため、表面粗さ、または、厚み分布などに伴う正極活物質層120の凹凸の一部が正極集電体220の、正極活物質層120形成面と逆の面に反映されている。また、固体電解質層130と正極活物質層120との界面が、負極集電体210と正極活物質層120との界面の凹凸に比べて平坦に形成されている。固体電解質層130と正極活物質層120との界面が平坦に形成されることで、固体電解質層130が部分的に薄くなることならびに、絶縁破壊および短絡に至るリスクを低減することができる。なお、図1では、負極活物質層110の固体電解質層130側の界面および正極活物質層120の固体電解質層130側の界面の両方が、平坦に形成されているが、少なくとも一方の界面が平坦に形成されていてもよい。
Further, since the positive electrode
図2は、従来例の電池概略構成を示す断面図であり、従来例として示される図2の電池1100においては、表面粗さもしくは厚み分布などに伴う正極活物質層120および負極活物質層110の凹凸が、固体電解質層130に強く反映され、固体電解質層130が部分的に薄くなっており、図1の電池1000に比べて図2の電池1100では、短絡リスクが高くなる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a battery of a conventional example. In a
[電池の製造方法]
続いて、実施の形態1における電池を形成するための製造方法の例について述べる。なお、実施の形態1における電池の製造方法は、以下の製造方法によって限定されるものではない。
[Battery manufacturing method]
Next, an example of a manufacturing method for forming the battery according to the first embodiment will be described. The battery manufacturing method in the first embodiment is not limited to the following manufacturing method.
図3は、実施の形態1における電池を形成するための工程の一部の一例を模式的に示す図である。 FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of a part of the process for forming the battery according to the first embodiment.
図3では、負極集電体210と、負極集電体210上に形成された負極活物質層110とからなる負極板310がプレスされる工程が示されている。実施の形態1における電池の製造方法は、負極集電体210と負極集電体210の片面に形成された負極活物質層110とを備える負極板310をプレスするプレス工程を含む。プレス工程において、負極板310の負極集電体210側をプレスする部材である下側圧縮ピン520および柔軟部材シート600は、負極板310の負極活物質層110側をプレスする部材である上側圧縮ピン510よりも、柔らかい材料からなる。なお、負極板310は電極板の一例であり、下側圧縮ピン520および柔軟部材シート600は電極集電体用プレス部材の一例であり、上側圧縮ピン510は電極活物質層用プレス部材の一例である。また、実施の形態1における電池の製造方法は、負極集電体210の片面に形成された負極活物質層110と、正極集電体220の片面に形成された正極活物質層120とが、負極活物質層110と正極活物質層120との間に配置された固体電解質層130を介して、接合して形成される電池の製造方法である。
FIG. 3 illustrates a process of pressing the
図3の(a)は、プレス直前の負極板310の状態を模式的に示す断面図である。プレス外枠500内側で上側圧縮ピン510と下側圧縮ピン520とが上下にスライドし近接することで、負極板310を圧縮する。負極板310は、負極集電体210を下側にしてプレス外枠500内側に設置される。上側圧縮ピン510は、高強度鋼材などからなる硬質かつ平滑な押部材であり、上側圧縮ピン510には、凹凸を有する負極活物質層110上面が近接している。下側圧縮ピン520は、高強度鋼材などからなる硬質かつ平滑な押部材である。下側圧縮ピン520は、樹脂系材料またはゴム系材料などの軟質材料からなる柔軟部材シート600を介して負極集電体210と接している。
FIG. 3A is a sectional view schematically showing the state of the
図3の(b)は、プレス中の負極板310の状態を模式的に示す断面図である。上側圧縮ピン510がスライドすることによって上側圧縮ピン510に接することになる負極活物質層110上面は、硬質かつ平滑な上側圧縮ピン510が接することにより平滑に圧縮成形される。一方、柔軟部材シート600を介して下側圧縮ピン520に対向する負極集電体210は、負極活物質層110上面の凹凸が、硬質かつ平滑な押部材である上側圧縮ピン510に圧縮されることに対応して、軟質材料からなる柔軟部材シート600側に押し込まれる。
FIG. 3B is a sectional view schematically showing the state of the
その結果、プレス終了後の負極集電体210と、負極集電体210上に形成された負極活物質層110とからなる負極板310は、図3の(c)に示されるように、負極活物質層110上面が比較的平滑になる一方、負極活物質層110の負極集電体210側には負極活物質層110の厚み分布に起因した凹凸が生じる。
As a result, the
その後、図3の(c)の負極板310上に固体電解質層130を形成すると、負極活物質層110の上面が平滑なので、図4に示されるように凹凸の少ない固体電解質層130を有する、固体電解質層130付き負極板310が形成できる。
After that, when the
図5は、実施の形態1における電池を形成するための工程の一部の一例を模式的に示す図である。図5では、正極集電体220と、正極集電体220上に形成された正極活物質層120とからなる正極板320がプレスされる工程が示されている。
FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of a part of the process for forming the battery according to the first embodiment. FIG. 5 shows a process of pressing the
図5の(a)は、プレス直前の正極板320の状態を模式的に示す断面図である。プレス外枠500内側で上側圧縮ピン510と下側圧縮ピン520とが上下にスライドし近接することで、正極板320を圧縮する。正極板320は、正極集電体220を下側にしてプレス外枠500内側に設置される。上側圧縮ピン510は、高強度鋼材などからなる硬質かつ平滑な押部材であり、上側圧縮ピン510には、凹凸を有する正極活物質層120上面が近接している。下側圧縮ピン520は、高強度鋼材などからなる硬質かつ平滑な押部材である。下側圧縮ピン520は、樹脂系材料またはゴム系材料などの軟質材料からなる柔軟部材シート600を介して正極集電体220と接している。
FIG. 5A is a sectional view schematically showing the state of the
図5の(b)は、プレス中の正極板320の状態を模式的に示す断面図である。上側圧縮ピン510がスライドすることによって上側圧縮ピン510に接することになる正極活物質層120上面は、硬質かつ平滑な上側圧縮ピン510が接することにより平滑に圧縮成形される。一方、柔軟部材シート600を介して下側圧縮ピン520に対向する正極集電体220は、正極活物質層120上面の凹凸が、硬質かつ平滑な押部材である上側圧縮ピン510に圧縮されることに対応して、軟質材料からなる柔軟部材シート600側に押し込まれる。
FIG. 5B is a sectional view schematically showing the state of the
その結果、プレス終了後の正極集電体220と、正極集電体220上に形成された正極活物質層120とからなる正極板320は、図5の(c)に示されるように、正極活物質層120上面が比較的平滑になる一方、正極活物質層120の正極集電体220側には正極活物質層120の厚み分布に起因した凹凸が生じる。
As a result, the
その後、図5の(c)の正極板320上に固体電解質層130を形成すると、正極活物質層120の上面が平滑なので、図6に示されるように凹凸の少ない固体電解質層130を有する、固体電解質層130付き正極板320が形成できる。
After that, when the
図4に示されるような、凹凸および厚み分布の小さい固体電解質層130を形成した負極板310と、図6に示されるような、凹凸および厚み分布の小さい固体電解質層130を形成した正極板320は、図1に一例として示された電池1000を構成する部材として用いられる。凹凸および厚み分布の小さい固体電解質層130を形成した負極板310と、凹凸および厚み分布の小さい固体電解質層130を形成した正極板320を、固体電解質層130を挟むように接合することで、固体電解質層130が部分的に薄くなることを抑制し、絶縁破壊や短絡に至るリスクを低減した電池を得ることができる。
A
図7は、実施の形態1における電池を形成するための工程の一部の別の例を模式的に示す図である。図7では、負極板310をロールプレスする工程が示されており、負極集電体上に負極活物質層を形成した負極板310が、負極板巻き出しロール410から巻き出され、負極活物質層側プレスローラー560と負極集電体側プレスローラー570との間でロールプレスされた後に負極板巻き取りロール430に巻き取られる。負極板310は、負極活物質層が負極活物質層側プレスローラー560側となり、負極集電体が負極集電体側プレスローラー570側となるように、巻き出され、巻き取られる。負極活物質層側プレスローラー560および負極集電体側プレスローラー570は、高強度鋼材などからなる硬質かつ平滑なローラーである。
FIG. 7 is a diagram schematically showing another example of a part of the process for forming the battery in the first embodiment. FIG. 7 shows a process of roll-pressing the
ロールプレスにおいて、負極活物質層側には平滑かつ硬質な負極活物質層側プレスローラー560が用いられ、負極集電体と負極集電体側プレスローラー570との間には樹脂系材料などからなる、長尺シート状の柔軟部材シート600が、補助材巻き出しロール450から供給されて、補助ローラー700により位置を調整され、負極板310と共にプレスされ、負極板310は負極板巻き取りロール430に、柔軟部材シート600は補助材巻き取りロール460に、それぞれ巻き取られる。柔軟部材シート600は繰り返し使用すること、および、巻取方式でなく巡回方式にすることも可能である。あるいは負極集電体側プレスローラー570の周表面に柔軟部材シート600を設置しておいてもよい。図3で示された工程と同じ原理で、硬質かつ平滑な負極活物質層側プレスローラー560を用いたロールプレス圧縮により、負極活物質層表面は平滑となる一方で、柔軟部材シート600と負極集電体側プレスローラー570とを用いたロールプレス圧縮により、負極活物質層の厚み分布に応じた凹凸が負極集電体上に形成される。図7に示される工程の後、負極活物質層110上に固体電解質層130が形成され、図1に一例として示された電池1000を構成する部材として用いられる。図7に示される工程を、正極集電体上に正極活物質層を形成した正極板320に同様に適用することも可能である。
In the roll press, a smooth and hard negative electrode active material layer
図8は、実施の形態1における電池を形成するための、別の工程の一部の例を模式的に示す図である。図8には、正極集電体220、正極活物質層120、負極集電体210、負極活物質層110および固体電解質層130からなる電池1200がプレスされる工程が示されている。実施の形態1における電池の別の製造方法は、負極集電体210と負極活物質層110と固体電解質層130と正極活物質層120と正極集電体220とがこの順で積層された構造体をプレスするプレス工程を含む。プレス工程において、構造体の負極集電体210側をプレスする部材である下側圧縮ピン520の前記負極集電体側の表面部、および、前記構造体の前記正極集電体側をプレスする部材である上側圧縮ピン510の前記正極集電体側の表面部、の少なくとも一方は、樹脂系材料またはゴム系材料からなる。また、プレス工程では、負極集電体210の片面に形成された負極活物質層110と、正極集電体220の片面に形成された正極活物質層120とを、負極活物質層110と正極活物質層120との間に配置された固体電解質層130を介して、接合する。
FIG. 8 is a diagram schematically showing an example of a part of another step for forming the battery according to the first embodiment. FIG. 8 shows a process in which a
図8の(a)は、プレス直前の状態を模式的に示す断面図である。図8の(a)に示されるように、正極集電体220上に形成された正極活物質層120と、負極集電体210上に形成された負極活物質層110が固体電解質層130を介して接合プレスされる。固体電解質層130は、正極活物質層120上および負極活物質層110上の一方に形成されていてもよく、両方に形成されていてもよく、独立したシート状で供給されてもよい。
FIG. 8A is a sectional view schematically showing a state immediately before pressing. As shown in FIG. 8A, the positive electrode
プレス外枠500内側で上側圧縮ピン510と下側圧縮ピン520とが上下にスライドし、近接することで、負極板310と正極板320とが接合される。下側圧縮ピン520は、高強度鋼材などからなる硬質かつ平滑な押部材である。下側圧縮ピン520は、樹脂系材料やゴム系材料などの軟質材料からなる柔軟部材シート600を介して負極集電体210と接している。同様に上側圧縮ピン510は、高強度鋼材などからなる硬質かつ平滑な押部材であり、上側圧縮ピン510には、樹脂系材料やゴム系材料などからなる柔軟部材シート600を介して正極集電体220に接している。
The
図8の(b)は、プレス中の負極板310の状態を模式的に示す断面図である。図8の(b)に示されるように、上側圧縮ピン510と下側圧縮ピン520とが接近し、電池1200を圧縮する。圧縮により固体電解質層130に接する正極活物質層120の表面は平滑となり、正極活物質層120の厚み分布に応じた凹凸が正極集電体220上に形成される。同時に、固体電解質層130に接する負極活物質層110の表面は平滑となり、負極活物質層110の厚み分布に応じた凹凸が負極集電体210上に形成される。これによって比較的平行平滑な固体電解質層130が正極活物質層120と負極活物質層110との間に形成され、高電池容量で信頼性の高い電池を実現することができる。
FIG. 8B is a sectional view schematically showing the state of the
図9は、実施の形態1における電池を形成するための工程の一部の別の例を模式的に示す図である。 FIG. 9 is a diagram schematically showing another example of a part of the process for forming the battery in the first embodiment.
図9では、負極板311および正極板321をロールプレスする工程が示されており、負極集電体(図示せず)上に負極活物質層(図示せず)と固体電解質層(図示せず)とをこの順で形成した負極板311が、負極板巻き出しロール410から巻き出されると同時に、正極集電体(図示せず)上に正極活物質層(図示せず)と固体電解質層(図示せず)とをこの順で形成した正極板321が、正極板巻き出しロール420から巻き出され、負極板311と正極板321とが正極集電体側プレスローラー590と負極集電体側プレスローラー570との間で接合ロールプレスされる。負極板311は、負極集電体210がと負極集電体側プレスローラー570側となるように、巻き出され、巻き取られる。正極板321は、正極集電体220がと正極集電体側プレスローラー590側となるように、巻き出され、巻き取られる。正極集電体側プレスローラー590および負極集電体側プレスローラー570は、高強度鋼材などからなる硬質かつ平滑なローラーである。
FIG. 9 shows a process of roll-pressing the
ロールプレスにおいて、正極集電体220と正極集電体側プレスローラー590との間には、樹脂系材料などからなる、長尺シート状の正極側柔軟部材シート620が補助材巻き出しロール450から供給され、負極集電体210と負極集電体側プレスローラー570との間には、樹脂系材料などからなる、長尺シート状の負極側柔軟部材シート610が補助材巻き出しロール450から供給される。これにより、正極側柔軟部材シート620、正極板321、負極板311および負極側柔軟部材シート610は、この順に積層された状態で共にプレスされる。その後、正極側柔軟部材シート620は正極側補助材巻き取りロール462に、負極側柔軟部材シート610は負極側補助材巻き取りロール461に、それぞれ巻き取られ、固体電解質層を介して対向するように接合された負極板310と正極板320とは引き出しローラー800によって引き出しされ、補助ローラー700によって搬送され、適宜切断等される。柔軟部材シート600は、繰り返し使用すること、および、巻取方式でなく巡回方式にすることも可能である。あるいは負極集電体側プレスローラー570および正極集電体側プレスローラー590の周表面に柔軟部材を設置しておいてもよい。負極側柔軟部材シート610と、正極側柔軟部材シート620とを用いたロールプレス圧縮により、固体電解質層が平滑となる一方で、負極活物質層の厚み分布に応じた凹凸が負極集電体上に形成され、正極活物質層の厚み分布に応じた凹凸が正極集電体上に形成される。図9に示される工程により、固体電解質層が平均的に薄くても、厚みの分布が小さいため短絡のリスクは小さく、高電池容量で信頼性の高い電池を得ることが可能である。
In the roll press, a long sheet-shaped positive electrode side
図10は、実施の形態1における電池を形成するための工程の一部を模式的に示す図である。図10では、プレス外枠500内で上側圧縮ピン510および下側圧縮ピン520が上下にスライドし近接することで、複数の単電池セル1300、1400、1500、1600および1700が同時に積層プレスされて積層電池2000が形成されている状態が示されている。実施の形態1における電池の別の製造方法は、複数の単電池セル1300、1400、1500、1600および1700の間に配置された柔軟部材シート601を介して、複数の単電池セル1300、1400、1500、1600および1700を積層した積層電池2000をプレスするプレス工程を含む。プレス工程において、上側圧縮ピン510および下側圧縮ピン520の表面部は、柔軟部材シート601であり、複数の単電池セル1300、1400、1500、1600および1700は、それぞれ、負極集電体210の片面に形成された負極活物質層110と、正極集電体220の片面に形成された正極活物質層120とが、負極活物質層110と正極活物質層120との間に配置される固体電解質層130を介して、接合している。なお、積層電池2000は電池の一例であり、単電池セル1300、1400、1500、1600および1700は電池セルの一例であり、上側圧縮ピン510および下側圧縮ピン520はプレス部材の一例であり、柔軟部材シート601は、樹脂系材料またはゴム系材料の一例である。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a part of the process for forming the battery according to the first embodiment. In FIG. 10, the
図10示に示される積層プレスに至る前の各単電池セルは未接合であってもよく、軽度のプレスにより正極活物質層120と負極活物質層110とが固体電解質層130を介して接着していてもよい。積層電池2000は、複数の単電池セル1300、1400、1500、1600および1700が積層される電池である。複数の単電池セル1300、1400、1500、1600および1700それぞれの間には柔軟部材シート601が配置されている。複数の単電池セル1300、1400、1500、1600および1700は、それぞれ、例えば、図1に示される電池1000と同じ構成の電池である。柔軟部材シート601は電気抵抗の低いもの、または、絶縁性のものが、積層された電池構成の目的に応じて適宜選択される。柔軟部材シート601の代わりに、柔軟層を正極集電体220上または負極集電体210上に塗工、あるいは、その他の方法によって形成したものを用いてもよい。積層プレスにより、正極活物質層120および負極活物質層110の厚み分布は、柔軟部材シート601または柔軟層に吸収され、柔軟部材シート601または柔軟層を介して複数の単電池セルが接合される。
Each unit cell before reaching the stacking press shown in FIG. 10 may be unbonded, and the positive electrode
複数の単電池セル1300、1400、1500、1600および1700は、それぞれ、負極集電体210の片面に形成された負極活物質層110と、正極集電体220の片面に形成された正極活物質層120とが、負極活物質層110と正極活物質層120との間に配置された固体電解質層130を介して、接合して形成されており、負極活物質層110における固体電解質層130側の表面は、負極活物質層110における負極集電体210側の表面よりも、表面粗さが小さい。また、正極活物質層120における固体電解質層130側の表面は、正極活物質層120における正極集電体220側の表面よりも、表面粗さが小さい。複数の単電池セル1300、1400、1500、1600および1700は、それぞれの単電池セルの間に配置される柔軟部材シート601を介して、積層されている。
The plurality of
これらにより、固体電解質層130と正極活物質層120との界面および固体電解質層130と負極活物質層110との界面はいずれも平滑に形成され、高電池容量で信頼性の高い、複数の電池を実現することができる。積層状態になった複数の単電池セルは積層状態のまま、直列あるいは並列の積層電池として用いてもよく、積層を解除して単電池セルとして用いてもよい。積層電池の直列および並列の切替は、一部の電池の上下を逆転して積層することによって容易に実現できる。
As a result, both the interface between the
(他の実施の形態)
以上、1つまたは複数の態様における電池について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を各実施の形態に施したもの、および、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
(Other embodiments)
Although the battery according to one or more aspects has been described above based on the embodiments, the present disclosure is not limited to these embodiments. Unless deviating from the gist of the present disclosure, those obtained by making various modifications that a person skilled in the art can think of and the configurations constructed by combining the components of the different embodiments are also included within the scope of the present disclosure. Be done.
また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 Further, each of the above-described embodiments can be variously modified, replaced, added, omitted, or the like within the scope of claims or the scope equivalent thereto.
例えば、上記実施の形態では、正極集電体、正極活物質層、負極集電体、負極活物質層および固体電解質層がすべて同じ幅で積層されていたが、これに限られず、正極集電体および負極集電体よりも正極活物質層、負極活物質層および固体電解質層の幅が狭く、正極集電体および負極集電体における正極活物質層、負極活物質層および固体電解質層が形成されない領域に封止部材を形成し、正極活物質層、負極活物質層および固体電解質層を封止してもよい。また、負極活物質層を正極活物質層よりも幅を大きくしてもよい。また、固体電解質層が、負極活物質層および正極活物質層の側面を覆うように形成されてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the positive electrode current collector, the positive electrode active material layer, the negative electrode current collector, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer are all laminated in the same width, but the present invention is not limited to this, and the positive electrode current collector is not limited thereto. The width of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer and the solid electrolyte layer is narrower than that of the body and the negative electrode current collector, and the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer and the solid electrolyte layer in the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are You may form a sealing member in the area|region which is not formed, and may seal a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer. In addition, the width of the negative electrode active material layer may be larger than that of the positive electrode active material layer. Further, the solid electrolyte layer may be formed so as to cover the side surfaces of the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer.
本開示の電池は、電子機器、電気器具装置、電気車両などの電池として、利用されうる。 The battery of the present disclosure can be used as a battery for electronic devices, electric appliance devices, electric vehicles, and the like.
100 発電要素
110 負極活物質層
120 正極活物質層
130 固体電解質層
210 負極集電体
220 正極集電体
310、311 負極板
320、321 正極板
410 負極板巻き出しロール
420 正極板巻き出しロール
430 負極板巻き取りロール
450 補助材巻き出しロール
460 補助材巻き取りロール
461 負極側補助材巻き取りロール
462 正極側補助材巻き取りロール
500 プレス外枠
510 上側圧縮ピン
520 下側圧縮ピン
560 負極活物質層側プレスローラー
570 負極集電体側プレスローラー
590 正極集電体側プレスローラー
600、601 柔軟部材シート
610 負極側柔軟部材シート
620 正極側柔軟部材シート
700 補助ローラー
800 引き出しローラー
1000、1100,1200 電池
1300、1400、1500、1600、1700 単電池セル
2000 積層電池
100
Claims (11)
前記電極活物質層における前記固体電解質層側の表面は、前記電極活物質層における前記電極集電体側の表面よりも、表面粗さが小さい、
電池。 An electrode active material layer formed on one surface of the electrode current collector and a counter electrode active material layer formed on one surface of the counter current collector are arranged between the electrode active material layer and the counter electrode active material layer. A battery formed by joining via a solid electrolyte layer,
The surface of the electrode active material layer on the side of the solid electrolyte layer is smaller in surface roughness than the surface of the electrode active material layer on the side of the electrode current collector,
battery.
請求項1に記載の電池。 The surface shape of the electrode active material layer on the side of the electrode current collector is the same as the surface shape of the electrode current collector on the side opposite to the electrode active material layer,
The battery according to claim 1.
請求項1または2に記載の電池。 The surface of the counter electrode active material layer on the solid electrolyte layer side is smaller in surface roughness than the surface of the counter electrode active material layer on the counter electrode current collector side,
The battery according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の電池。 The surface shape of the counter electrode active material layer on the counter electrode current collector side and the surface shape of the counter electrode current collector opposite to the counter electrode active material layer are the same,
The battery according to claim 3.
前記複数の電池セルは、それぞれ、
電極集電体の片面に形成された電極活物質層と、対極集電体の片面に形成された対極活物質層とが、前記電極活物質層と前記対極活物質層との間に配置された固体電解質層を介して、接合して形成されており、
前記電極活物質層における前記固体電解質層側の表面は、前記電極活物質層における前記電極集電体側の表面よりも、表面粗さが小さい、
電池。 A battery in which a plurality of battery cells are stacked,
The plurality of battery cells,
An electrode active material layer formed on one surface of the electrode current collector and a counter electrode active material layer formed on one surface of the counter current collector are arranged between the electrode active material layer and the counter electrode active material layer. It is formed by joining through the solid electrolyte layer,
The surface of the electrode active material layer on the side of the solid electrolyte layer is smaller in surface roughness than the surface of the electrode active material layer on the side of the electrode current collector,
battery.
請求項5に記載の電池。 The surface of the counter electrode active material layer on the solid electrolyte layer side is smaller in surface roughness than the surface of the counter electrode active material layer on the counter electrode current collector side,
The battery according to claim 5.
請求項5または6に記載の電池。 The plurality of battery cells are laminated via a resin-based material or a rubber-based material arranged between the battery cells,
The battery according to claim 5 or 6.
前記プレス工程において、前記電極板の前記電極集電体側をプレスする部材である電極集電体用プレス部材は、前記電極板の前記電極活物質層側をプレスする部材である電極活物質層用プレス部材よりも、柔らかい材料からなる、
電池の製造方法。 Including a pressing step of pressing an electrode plate including an electrode current collector and an electrode active material layer formed on one surface of the electrode current collector,
In the pressing step, an electrode current collector pressing member that is a member that presses the electrode current collector side of the electrode plate is for an electrode active material layer that is a member that presses the electrode active material layer side of the electrode plate. Made of a softer material than the press member,
Battery manufacturing method.
請求項8に記載の電池の製造方法。 The electrode current collector-side surface of the electrode current collector press member is made of a resin material or a rubber material,
The method for manufacturing the battery according to claim 8.
前記プレス工程において、前記構造体の前記電極集電体側をプレスする部材である電極集電体用プレス部材の前記電極集電体側の表面部、および、前記構造体の前記対極集電体側をプレスする部材である対極集電体用プレス部材の前記対極集電体側の表面部、の少なくとも一方は、樹脂系材料またはゴム系材料からなる、
電池の製造方法。 An electrode current collector, an electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a counter electrode active material layer and a counter electrode current collector include a pressing step of pressing a structure laminated in this order,
In the pressing step, the electrode current collector side surface portion of the electrode current collector pressing member that is a member that presses the electrode current collector side of the structure, and the counter electrode current collector side of the structure is pressed. At least one of the surface portion on the counter current collector side of the counter current collector press member that is a member to be formed is made of a resin material or a rubber material,
Battery manufacturing method.
前記プレス工程において、プレス部材の表面部は、樹脂系材料またはゴム系材料であり、
前記複数の電池セルは、それぞれ、
電極集電体の片面に形成された電極活物質層と、対極集電体の片面に形成された対極活物質層とが、電極活物質層と対極活物質層との間に配置される固体電解質層を介して、接合している、
電池の製造方法。 Via a resin-based material or rubber-based material disposed between the plurality of battery cells, including a pressing step of pressing the battery in which the plurality of battery cells are stacked,
In the pressing step, the surface portion of the pressed member is a resin material or a rubber material,
The plurality of battery cells,
An electrode active material layer formed on one surface of the electrode current collector, and a counter electrode active material layer formed on one surface of the counter current collector, a solid disposed between the electrode active material layer and the counter electrode active material layer Bonded through an electrolyte layer,
Battery manufacturing method.
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