JP2021005483A - Solid state battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体電池に関する。 The present invention relates to a solid state battery.
従前より、繰り返しの充放電が可能な二次電池が様々な用途に用いられている。例えば、二次電池は、スマートフォンおよびノートパソコン等の電子機器の電源として用いられたりする。 Conventionally, secondary batteries capable of repeated charging and discharging have been used for various purposes. For example, a secondary battery may be used as a power source for electronic devices such as smartphones and notebook computers.
二次電池においては、充放電に寄与するイオン移動のための媒体として液体の電解質が一般に使用されている。つまり、いわゆる電解液が二次電池に用いられている。しかしながら、そのような二次電池においては、電解液の漏出防止の点で安全性が一般に求められる。また、電解液に用いられる有機溶媒等は可燃性物質ゆえ、その点でも安全性が求められる。 In a secondary battery, a liquid electrolyte is generally used as a medium for ion transfer that contributes to charging and discharging. That is, a so-called electrolytic solution is used in the secondary battery. However, in such a secondary battery, safety is generally required in terms of preventing leakage of the electrolytic solution. In addition, since the organic solvent used in the electrolytic solution is a flammable substance, safety is also required in that respect.
そこで、電解液に代えて固体電解質を用いた固体電池について研究が進められている。 Therefore, research is underway on solid-state batteries that use solid electrolytes instead of electrolytes.
固体電池は、空気中の水分に対して必要な措置を確実に講じておく必要がある。固体電池の内部に水分が侵入すると、固体電池構成部材において電池反応以外の副反応が生じ、電池特性の劣化を引き起こす虞があるからである。 Solid-state batteries need to be sure to take the necessary measures against moisture in the air. This is because if water enters the inside of the solid-state battery, a side reaction other than the battery reaction occurs in the solid-state battery component, which may cause deterioration of the battery characteristics.
本願発明者は、従前提案されている固体電池では克服すべき課題が依然あることに気付き、そのための対策を取る必要性を見出した。具体的には以下の課題があることを本願発明者は見出した。 The inventor of the present application has noticed that there are still problems to be overcome with the previously proposed solid-state battery, and has found the need to take measures for that purpose. Specifically, the inventor of the present application has found that there are the following problems.
固体電池は、正極層、負極層、およびそれらの間の固体電解質層から成る固体電池積層体を有して成る(特許文献1参照)。例えば図9に示すように、固体電池積層体500’において、正極層10A、固体電解質層20、負極層10Bがこの順に積層されている。固体電池積層体500’には、その対向する2つの側面(つまり、正極側側面500’Aおよび負極側側面500’B)に接して外部端子である正極端子30Aと負極端子30Bとが設けられている。ここで、正極層10Aおよび負極層10Bは、正極側側面500’Aおよび負極側側面500’Bにてそれぞれ終端するように延在している。
The solid-state battery includes a solid-state battery laminate composed of a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer between them (see Patent Document 1). For example, as shown in FIG. 9, in the solid-state battery laminate 500', the
固体電池積層体500’ならびに正極端子30Aおよび負極端子30Bは、特に水蒸気バリア性の高い金属層100ならびに絶縁性およびクッション性などを有する樹脂層40で覆われている。外部電極300は、正極端子30Aおよび負極端子30Bとそれぞれ接続され、樹脂層40から延出している。このように水蒸気バリア層として金属材を用いる場合、短絡防止の観点から、正極および負極の外部電極300と金属層100との間にそれぞれ絶縁材(例えば、樹脂層40)を介在させる必要がある。
The solid-state battery laminate 500', the
そのような固体電池において、外部電極と金属層との間に位置する絶縁材を介して固体電池積層体内部に水分が侵入する場合がある。上述したような構成では、水分の侵入経路が短いため、侵入した水分が容易に固体電池積層体内部に到達し、望ましくない副反応が生じることで、電池特性の劣化を引き起こす虞がある。 In such a solid-state battery, moisture may enter the inside of the solid-state battery laminate via an insulating material located between the external electrode and the metal layer. In the configuration as described above, since the invasion route of water is short, the invaded water easily reaches the inside of the solid-state battery laminate, and an undesired side reaction may occur, which may cause deterioration of battery characteristics.
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の主たる目的は、固体電池積層体内部への水分の侵入がより低減された固体電池を提供することである。 The present invention has been made in view of such a problem. That is, a main object of the present invention is to provide a solid-state battery in which the intrusion of water into the solid-state battery laminate is further reduced.
本願発明者は、従来技術の延長線上で対応するのではなく、新たな方向で対処することによって上記課題の解決を試みた。その結果、上記主たる目的が達成された固体電池の発明に至った。 The inventor of the present application has attempted to solve the above-mentioned problems by dealing with it in a new direction, instead of dealing with it as an extension of the prior art. As a result, the invention of the solid-state battery which achieved the above-mentioned main purpose was reached.
本発明では、固体電池が提供される。かかる固体電池は、正極層、負極層、および正極層と負極層との間に介在する固体電解質層を備える固体電池積層体を有して成り、固体電池積層体の対向する側面にそれぞれ設けられた正極端子および負極端子の外部端子を備え、正極端子全体および負極端子全体が2つの金属層でそれぞれ覆われており、2つの金属層が、断面視において、固体電池積層体の側面のうち少なくとも3つの側面に及ぶようにそれぞれ延在しており、一方の金属層が他方の金属層の少なくとも一部にオーバーラップしており、2つの金属層間に樹脂層が介在している。 The present invention provides a solid state battery. Such a solid battery includes a solid battery laminate having a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and is provided on opposite side surfaces of the solid battery laminate. The positive electrode terminal and the negative electrode terminal are provided with external terminals, and the entire positive electrode terminal and the entire negative electrode terminal are each covered with two metal layers, and the two metal layers are at least one of the side surfaces of the solid battery laminate in a cross-sectional view. Each extends over three sides, one metal layer overlaps at least a portion of the other metal layer, and a resin layer is interposed between the two metal layers.
また、本発明では、固体電池の製造方法も提供される。かかる固体電池の製造方法の一実施形態は、蒸着法またはスパッタリング法によって外部端子全体を覆うように、また断面視にて固体電池積層体の側面のうち少なくとも3つの側面に及ぶように金属層を形成する工程、ウェット工法によって金属層を覆うように樹脂層を形成する工程、および金属層に外部電極接続部分を形成するように樹脂層の一部を剥離する工程を含んで成る。 The present invention also provides a method for manufacturing a solid-state battery. In one embodiment of such a solid-state battery manufacturing method, a metal layer is provided so as to cover the entire external terminal by a vapor deposition method or a sputtering method, and to cover at least three side surfaces of the solid-state battery laminate in a cross-sectional view. It includes a step of forming, a step of forming a resin layer so as to cover the metal layer by a wet method, and a step of peeling a part of the resin layer so as to form an external electrode connecting portion on the metal layer.
かかる固体電池の製造方法の別の実施形態は、金属層および樹脂層を含んで成るラミネートフィルムから樹脂層の一部を剥離して金属層の一部を露出させる工程、金属層の露出した部分が内側となるようにラミネートフィルムを屈曲形状に形成する工程、ラミネートフィルムの屈曲形状の内側に、固体電池の外部端子と金属層の露出した部分とが接触するように固体電池を挿入し、それらを接合および密着させるようにプレスする工程、ならびに、金属層に外部電極接続部分を形成するように金属層を覆う樹脂層の一部を剥離する工程を含んで成る。 Another embodiment of the method for manufacturing a solid-state battery is a step of peeling a part of a resin layer from a laminate film including a metal layer and a resin layer to expose a part of the metal layer, an exposed portion of the metal layer. In the process of forming the laminated film into a bent shape so that is inside, insert the solid battery inside the bent shape of the laminated film so that the external terminal of the solid battery and the exposed part of the metal layer come into contact with each other. It includes a step of pressing the metal layer so as to join and adhere to the metal layer, and a step of peeling a part of the resin layer covering the metal layer so as to form an external electrode connecting portion on the metal layer.
本発明に係る固体電池は、固体電池積層体内部への水分の侵入をより低減することができる。よって、電池性能の劣化をより好適に防止する固体電池となっている。 The solid-state battery according to the present invention can further reduce the intrusion of water into the solid-state battery laminate. Therefore, it is a solid-state battery that more preferably prevents deterioration of battery performance.
より具体的には、本発明の固体電池では、外部端子全体が金属層で覆われており、当該金属層が、断面視において、固体電池積層体の側面のうち少なくとも3つの側面に及ぶように延在していることで、かかる外部端子側から固体電池積層体内部に水分が侵入する経路をより長くすることできる。それによって、固体電池内部への水分の侵入をより低減し、電極層における望ましくない副反応の発生を低減することができる。したがって、固体電池の電池性能の劣化をより好適に防止することが可能となり、固体電池の長期信頼性を向上させることができる。 More specifically, in the solid-state battery of the present invention, the entire external terminal is covered with a metal layer so that the metal layer covers at least three side surfaces of the solid-state battery laminate in a cross-sectional view. Due to the extension, the path for moisture to enter the inside of the solid-state battery laminate from the external terminal side can be made longer. Thereby, the invasion of water into the solid-state battery can be further reduced, and the occurrence of unwanted side reactions in the electrode layer can be reduced. Therefore, it is possible to more preferably prevent deterioration of the battery performance of the solid-state battery, and it is possible to improve the long-term reliability of the solid-state battery.
以下、本発明の「固体電池」を詳細に説明する。必要に応じて図面を参照して説明を行うものの、図示する内容は、本発明の理解のために模式的かつ例示的に示したにすぎず、外観や寸法比などは実物と異なり得る。 Hereinafter, the "solid-state battery" of the present invention will be described in detail. Although the description will be given with reference to the drawings as necessary, the contents shown are merely schematic and exemplary for the purpose of understanding the present invention, and the appearance, dimensional ratio, and the like may differ from the actual product.
本発明でいう「固体電池」とは、広義にはその構成要素が固体から構成されている電池を指し、狭義にはその構成要素(特に好ましくは全ての構成要素)が固体から構成されている全固体電池を指す。ある好適な態様では、本発明における固体電池は、電池構成単位を成す各層が互いに積層するように構成された積層型固体電池であり、好ましくはそのような各層が焼結体から成っている。なお、「固体電池」は、充電および放電の繰り返しが可能な、いわゆる「二次電池」のみならず、放電のみが可能な「一次電池」をも包含する。本発明のある好適な態様では「固体電池」は二次電池である。「二次電池」は、その名称に過度に拘泥されるものではなく、例えば、「蓄電デバイス」なども包含し得る。 The "solid-state battery" as used in the present invention refers to a battery whose components are composed of solids in a broad sense, and in a narrow sense, its components (particularly preferably all components) are composed of solids. Refers to an all-solid-state battery. In one preferred embodiment, the solid-state battery in the present invention is a laminated solid-state battery in which the layers forming the battery building unit are laminated to each other, and preferably such layers are made of a sintered body. The "solid-state battery" includes not only a so-called "secondary battery" capable of repeating charging and discharging, but also a "primary battery" capable of only discharging. In one preferred embodiment of the invention, the "solid-state battery" is a secondary battery. The "secondary battery" is not overly bound by its name and may include, for example, a "storage device".
本明細書でいう「断面視」とは、固体電池を構成する電極層の積層方向に基づく厚み方向と電極層が外部端子と接して延在する長手方向とが構成する面に沿った断面の形態に基づいている。端的にいえば、図1などに示される固体電池の断面の形態に基づいている。 The "cross-sectional view" referred to in the present specification is a cross-sectional view along a surface formed by a thickness direction based on a stacking direction of electrode layers constituting a solid-state battery and a longitudinal direction in which the electrode layer extends in contact with an external terminal. It is based on morphology. In short, it is based on the cross-sectional shape of the solid-state battery shown in FIG.
[固体電池の基本的構成]
固体電池は、正極層、負極層、およびそれらの間に介在する固体電解質層から成る電池構成単位を積層方向に沿って少なくとも1つ備える固体電池積層体を有して成る。
[Basic configuration of solid-state battery]
The solid-state battery comprises a solid-state battery laminate having at least one battery building block composed of a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer interposed between them along the stacking direction.
固体電池は、それを構成する各層が焼成によって形成されるところ、正極層、負極層および固体電解質層などが焼結層を成している。好ましくは、正極層、負極層および固体電解質は、それぞれが互いに一体焼成されており、それゆえ電池構成単位が一体焼結体を成している。 In a solid-state battery, where each layer constituting the solid-state battery is formed by firing, a positive electrode layer, a negative electrode layer, a solid electrolyte layer, and the like form a sintered layer. Preferably, the positive electrode layer, the negative electrode layer and the solid electrolyte are each integrally fired, and therefore the battery building blocks form an integrally sintered body.
正極層は、少なくとも正極活物質を含んで成る電極層である。正極層は、更に固体電解質および/または正極集電層を含んで成っていてよい。ある好適な態様では、正極層は、正極活物質と固体電解質粒子と正極集電層とを少なくとも含む焼結体から構成されている。一方、負極層は、少なくとも負極活物質を含んで成る電極層である。負極層は、更に固体電解質および/または負極集電層を含んで成っていてよい。ある好適な態様では、負極層は、負極活物質と固体電解質粒子と負極集電層とを少なくとも含む焼結体から構成されている。 The positive electrode layer is an electrode layer including at least a positive electrode active material. The positive electrode layer may further include a solid electrolyte and / or a positive electrode current collector layer. In one preferred embodiment, the positive electrode layer is composed of a sintered body containing at least a positive electrode active material, solid electrolyte particles, and a positive electrode current collector layer. On the other hand, the negative electrode layer is an electrode layer including at least a negative electrode active material. The negative electrode layer may further include a solid electrolyte and / or a negative electrode current collector layer. In one preferred embodiment, the negative electrode layer is composed of a sintered body containing at least a negative electrode active material, solid electrolyte particles, and a negative electrode current collector layer.
正極活物質および負極活物質は、固体電池において電子の受け渡しに関与する物質である。固体電解質を介した正極層と負極層との間におけるイオンの移動(伝導)と、外部回路を介した正極層と負極層との間における電子の受け渡しが行われることで充放電がなされる。正極層および負極層は特にリチウムイオンを吸蔵放出可能な層であることが好ましい。つまり、固体電解質を介してリチウムイオンが正極層と負極層との間で移動して電池の充放電が行われる全固体型二次電池であることが好ましい。 The positive electrode active material and the negative electrode active material are substances involved in the transfer of electrons in a solid-state battery. Charging and discharging are performed by the movement (conduction) of ions between the positive electrode layer and the negative electrode layer via the solid electrolyte and the transfer of electrons between the positive electrode layer and the negative electrode layer via an external circuit. The positive electrode layer and the negative electrode layer are particularly preferably layers capable of occluding and releasing lithium ions. That is, it is preferable to use an all-solid-state secondary battery in which lithium ions move between the positive electrode layer and the negative electrode layer via the solid electrolyte to charge and discharge the battery.
(正極活物質)
正極層に含まれる正極活物質としては、例えば、リチウム含有化合物である。リチウム化合物の種類は、特に限定されないが、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物およびリチウム遷移金属リン酸化合物である。リチウム遷移金属複合酸化物は、リチウムと1種類または2種類以上の遷移金属元素とを構成元素として含む酸化物の総称であると共に、リチウム遷移金属リン酸化合物は、リチウムと1種類または2種類以上の遷移金属元素とを構成元素として含むリン酸化合物の総称である。遷移金属元素の種類は、特に限定されないが、例えば、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)および鉄(Fe)などである。
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material contained in the positive electrode layer is, for example, a lithium-containing compound. The type of the lithium compound is not particularly limited, and is, for example, a lithium transition metal composite oxide and a lithium transition metal phosphoric acid compound. Lithium transition metal composite oxide is a general term for oxides containing lithium and one or more types of transition metal elements as constituent elements, and lithium transition metal phosphoric acid compounds are one or more types of lithium. It is a general term for phosphoric acid compounds containing the transition metal element of. The type of the transition metal element is not particularly limited, and examples thereof include cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), and iron (Fe).
リチウム遷移金属複合酸化物は、例えば、LixM1O2およびLiyM2O4のそれぞれで表される化合物などである。リチウム遷移金属リン酸化合物は、例えば、LizM3PO4で表される化合物などである。ただし、M1、M2およびM3のそれぞれは、1種類または2種類以上の遷移金属元素である。x、yおよびzのそれぞれの値は、任意である。 The lithium transition metal composite oxide is, for example, a compound represented by Li x M1O 2 and Li y M2O 4 , respectively. Lithium transition metal phosphate compound, for example, a compound represented by Li z M3PO 4, and the like. However, each of M1, M2 and M3 is one kind or two or more kinds of transition metal elements. The respective values of x, y and z are arbitrary.
具体的には、リチウム遷移金属複合酸化物は、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiVO2、LiCrO2およびLiMn2O4などである。また、リチウム遷移金属リン酸化合物は、例えば、LiFePO4およびLiCoPO4などである。 Specifically, the lithium transition metal composite oxide is, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiVO 2 , LiCrO 2 and LiMn 2 O 4 . Further, the lithium transition metal phosphoric acid compound is, for example, LiFePO 4 and LiCoPO 4 .
(負極活物質)
負極層に含まれる負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属系材料、リチウム合金およびリチウム含有化合物などである。
(Negative electrode active material)
Examples of the negative electrode active material contained in the negative electrode layer include carbon materials, metal-based materials, lithium alloys and lithium-containing compounds.
具体的には、炭素材料は、例えば、黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)および高配向性グラファイト(HOPG)などである。 Specifically, the carbon material is, for example, graphite, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG) and the like.
金属系材料は、リチウムと合金を形成可能である金属元素および半金属元素のうちのいずれか1種類または2種類以上を構成元素として含む材料の総称である。この金属系材料は、単体でもよいし、合金でもよいし、化合物でもよい。ここで説明する単体の純度は、必ずしも100%に限られないため、その単体は、微量の不純物を含んでいてもよい。 The metal-based material is a general term for materials containing one or more of metal elements and metalloid elements capable of forming an alloy with lithium as constituent elements. This metallic material may be a simple substance, an alloy, or a compound. Since the purity of the simple substance described here is not necessarily limited to 100%, the simple substance may contain a trace amount of impurities.
金属元素および半金族元素は、例えば、ケイ素(Si)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)および白金(Pt)などである。 Metallic elements and semi-metal elements include, for example, silicon (Si), tin (Sn), aluminum (Al), indium (In), magnesium (Mg), boron (B), gallium (Ga), germanium (Ge). , Lead (Pb), Bismus (Bi), Cadmium (Cd), Titanium (Ti), Chromium (Cr), Iron (Fe), Niob (Nb), Molybdenum (Mo), Silver (Ag), Zinc (Zn) , Hafnium (Hf), zirconium (Zr), indium (Y), palladium (Pd), platinum (Pt) and the like.
具体的には、金属系材料は、例えば、Si、Sn、SiB4、TiSi2、SiC、Si3N4、SiOv(0<v≦2)、LiSiO、SnOw(0<w≦2)、SnSiO3、LiSnOおよびMg2Snなどである。 Specifically, the metal-based materials include, for example, Si, Sn, SiB 4 , TiSi 2 , SiC, Si 3 N 4 , SiO v (0 <v ≦ 2), LiSiO, SnO w (0 <w ≦ 2). , SnSiO 3 , LiSnO, Mg 2 Sn, and the like.
リチウム含有化合物は、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物などである。リチウム遷移金属複合酸化物に関する定義は、上記した通りである。具体的には、リチウム遷移金属複酸化物は、例えば、Li3V2(PO4)3、Li3Fe2(PO4)3、Li4Ti5O12等である。 The lithium-containing compound is, for example, a lithium transition metal composite oxide. The definition of the lithium transition metal composite oxide is as described above. Specifically, the lithium transition metal double oxide is, for example, Li 3 V 2 (PO 4 ) 3, Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3, Li 4 Ti 5 O 12, and the like.
なお、正極層および/または負極層は、電子伝導性材料を含んでいてもよい。正極層および/または負極層に含まれる電子伝導性材料としては、例えば、炭素材料および金属材料などである。具体的には、炭素材料は、例えば、黒鉛およびカーボンナノチューブなどである。金属材料は、例えば、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)およびパラジウム(Pd)などであり、それらの2種類以上の合金でもよい。 The positive electrode layer and / or the negative electrode layer may contain an electron conductive material. Examples of the electron conductive material contained in the positive electrode layer and / or the negative electrode layer include a carbon material and a metal material. Specifically, the carbon material is, for example, graphite and carbon nanotubes. The metal material is, for example, copper (Cu), magnesium (Mg), titanium (Ti), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), aluminum (Al), germanium (Ge). , Indium (In), gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), palladium (Pd), and the like, and two or more alloys thereof may be used.
また、正極層および/または負極層は、結着剤を含んでいてもよい。結着剤としては、例えば、合成ゴムおよび高分子材料などのうちのいずれか1種類または2種類以上である。具体的には、合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムおよびエチレンプロピレンジエンなどである。高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミドおよびアクリル樹脂から成る群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。 Further, the positive electrode layer and / or the negative electrode layer may contain a binder. The binder is, for example, any one or more of synthetic rubber and polymer materials. Specifically, the synthetic rubber is, for example, styrene-butadiene rubber, fluorine-based rubber, ethylene propylene diene, or the like. As the polymer material, for example, at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polyimide and acrylic resin can be mentioned.
さらに、正極層および/または負極層は、焼結助剤を含んでいてもよい。焼結助剤としては、リチウム酸化物、ナトリウム酸化物、カリウム酸化物、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化ビスマスおよび酸化リンから成る群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。 Further, the positive electrode layer and / or the negative electrode layer may contain a sintering aid. As the sintering aid, at least one selected from the group consisting of lithium oxide, sodium oxide, potassium oxide, boron oxide, silicon oxide, bismuth oxide and phosphorus oxide can be mentioned.
正極層および負極層の厚みは特に限定されず、例えば、それぞれ独立して、2μm以上100μm以下、特に5μm以上50μm以下であってもよい。 The thicknesses of the positive electrode layer and the negative electrode layer are not particularly limited, and may be, for example, 2 μm or more and 100 μm or less, particularly 5 μm or more and 50 μm or less, respectively.
(固体電解質)
固体電解質は、リチウムイオンが伝導可能な材質である。特に固体電池で電池構成単位を成す固体電解質は、正極層と負極層との間においてリチウムイオンが伝導可能な層を成している。なお、固体電解質は、正極層と負極層との間に少なくとも設けられていればよい。つまり、固体電解質は、正極層と負極層との間からはみ出すように当該正極層および/または負極層の周囲においても存在していてもよい。具体的な固体電解質としては、例えば、結晶性固体電解質およびガラスセラミックス系固体電解質などのうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。
(Solid electrolyte)
The solid electrolyte is a material capable of conducting lithium ions. In particular, the solid electrolyte that forms a battery constituent unit in a solid-state battery forms a layer in which lithium ions can be conducted between the positive electrode layer and the negative electrode layer. The solid electrolyte may be provided at least between the positive electrode layer and the negative electrode layer. That is, the solid electrolyte may also be present around the positive electrode layer and / or the negative electrode layer so as to protrude from between the positive electrode layer and the negative electrode layer. Specific solid electrolytes include, for example, any one or more of crystalline solid electrolytes and glass-ceramic solid electrolytes.
結晶性固体電解質は、結晶性の電解質である。具体的には、結晶性固体電解質は、例えば、無機材料および高分子材料などであり、その無機材料は、例えば、硫化物および酸化物などである。硫化物は、例えば、Li2S−P2S5、Li2S−SiS2−Li3PO4、Li7P3S11、Li3.25Ge0.25P0.75SおよびLi10GeP2S12などである。酸化物は、例えば、LixMy(PO4)3(1≦x≦2、1≦y≦2、Mは、Ti、Ge、Al、GaおよびZrから成る群より選ばれた少なくとも一種)、Li7La3Zr2O12、Li6.75La3Zr1.75Nb0.25O12、Li6BaLa2Ta2O12、Li1+xAlxTi2−x(PO4)3、La2/3−xLi3xTiO3、Li1.2Al0.2Ti1.8(PO4)3、La0.55Li0.35TiO3およびLi7La3Zr2O12等である。高分子材料は、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)などである。
The crystalline solid electrolyte is a crystalline electrolyte. Specifically, the crystalline solid electrolyte is, for example, an inorganic material and a polymer material, and the inorganic material is, for example, a sulfide and an oxide. Sulfide, for example, Li 2 S-P 2 S 5, Li 2 S-SiS 2 -
ガラスセラミックス系固体電解質は、アモルファスと結晶とが混在した状態の電解質である。このガラスセラミックス系固体電解質は、例えば、リチウム(Li)、ケイ素(Si)およびホウ素(B)を構成元素として含む酸化物などであり、より具体的には、酸化リチウム(Li2O)、酸化ケイ素(SiO2)および酸化ホウ素(B2O3)などを含んでいる。酸化リチウム、酸化ケイ素および酸化ホウ素の総含有量に対する酸化リチウムの含有量の割合は、特に限定されないが、例えば、40mol%以上73mol%以下である。酸化リチウム、酸化ケイ素および酸化ホウ素の総含有量に対する酸化ケイ素の含有量の割合は、特に限定されないが、例えば、8mol%以上40mol%以下である。酸化リチウム、酸化ケイ素および酸化ホウ素の総含有量に対する酸化ホウ素の含有量の割合は、特に限定されないが、例えば、10mol%以上50mol%以下である。酸化リチウム、酸化ケイ素および酸化ホウ素のそれぞれの含有量を測定するためには、例えば、誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−AES)などを用いてガラスセラミックス系固体電解質を分析する。 The glass-ceramic solid electrolyte is an electrolyte in which amorphous and crystalline are mixed. This glass-ceramic solid electrolyte is, for example, an oxide containing lithium (Li), silicon (Si) and boron (B) as constituent elements, and more specifically, lithium oxide (Li 2 O) and oxidation. It contains silicon (SiO 2 ), boron oxide (B 2 O 3 ) and the like. The ratio of the content of lithium oxide to the total content of lithium oxide, silicon oxide and boron oxide is not particularly limited, but is, for example, 40 mol% or more and 73 mol% or less. The ratio of the content of silicon oxide to the total content of lithium oxide, silicon oxide and boron oxide is not particularly limited, but is, for example, 8 mol% or more and 40 mol% or less. The ratio of the content of boron oxide to the total content of lithium oxide, silicon oxide and boron oxide is not particularly limited, but is, for example, 10 mol% or more and 50 mol% or less. In order to measure the respective contents of lithium oxide, silicon oxide and boron oxide, for example, inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES) or the like is used to analyze a glass-ceramic solid electrolyte.
固体電解質層は、結着剤および/または焼結助剤を含んでいてもよい。固体電解質層に含まれる結着剤および/または焼結助剤は、例えば、正極層および/または負極層に含まれ得る結着剤および/または焼結助剤と同様の材料から選択されてもよい。 The solid electrolyte layer may contain a binder and / or a sintering aid. The binder and / or sintering aid contained in the solid electrolyte layer may be selected from, for example, materials similar to the binder and / or sintering aid that may be contained in the positive electrode layer and / or the negative electrode layer. Good.
固体電解質層の厚みは特に限定されず、例えば、1μm以上15μm以下、特に1μm以上5μm以下であってもよい。 The thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited, and may be, for example, 1 μm or more and 15 μm or less, particularly 1 μm or more and 5 μm or less.
(正極集電層/負極集電層)
正極集電層を構成する正極集電材および負極集電層を構成する負極集電材としては、導電率が大きい材料を用いるのが好ましく、例えば、炭素材料、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、銅およびニッケルから成る群から選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。正極集電層および負極集電層はそれぞれ、外部と電気的に接続するための電気的接続部を有し、端子と電気的に接続可能に構成されていてもよい。正極集電層および負極集電層はそれぞれ箔の形態を有していてもよいが、一体焼結による電子伝導性向上および製造コスト低減の観点から、一体焼結の形態を有することが好ましい。なお、正極集電層および負極集電層が焼結体の形態を有する場合、例えば、電子伝導性材料、結着剤および/または焼結助剤を含む焼結体より構成されてもよい。正極集電層および負極集電層に含まれる電子伝導性材料は、例えば、正極層および/または負極層に含まれ得る電子伝導性材料と同様の材料から選択されてもよい。正極集電層および負極集電層に含まれる結着剤および/または焼結助剤は、例えば、正極層および/または負極層に含まれ得る結着剤および/または焼結助剤と同様の材料から選択されてもよい。
(Positive current collector layer / Negative electrode current collector layer)
As the positive electrode current collector constituting the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector material constituting the negative electrode current collector layer, it is preferable to use a material having a high conductivity, for example, carbon material, silver, palladium, gold, platinum, aluminum, etc. It is preferable to use at least one selected from the group consisting of copper and nickel. Each of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer has an electrical connection portion for electrically connecting to the outside, and may be configured to be electrically connectable to the terminal. The positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer may each have a foil form, but from the viewpoint of improving electron conductivity and reducing manufacturing cost by integral sintering, it is preferable to have an integral sintering form. When the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer have the form of a sintered body, they may be composed of, for example, a sintered body containing an electron conductive material, a binder and / or a sintering aid. The electron conductive material contained in the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer may be selected from, for example, the same materials as the electron conductive material that can be contained in the positive electrode layer and / or the negative electrode layer. The binder and / or sintering aid contained in the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer is the same as the binder and / or sintering aid which may be contained in the positive electrode layer and / or the negative electrode layer, for example. It may be selected from materials.
正極集電層および負極集電層の厚みは特に限定されず、例えば、それぞれ独立して、1μm以上10μm以下、特に1μm以上5μm以下であってもよい。 The thicknesses of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer are not particularly limited, and may be, for example, 1 μm or more and 10 μm or less, particularly 1 μm or more and 5 μm or less, respectively.
(無機層)
無機層は無機材から成り、絶縁性を有する層である。特に限定されるものではないが、かかる無機層は、例えばガラス材、セラミック材などから構成されてもよい。かかる無機層として、例えばガラス材が選択されてよい。特に限定されるものではないが、ガラス材は、ソーダ石灰ガラス、カリガラス、ホウ酸塩系ガラス、ホウケイ酸塩系ガラス、ホウケイ酸バリウム系ガラス、ホウ酸亜塩系ガラス、ホウ酸バリウム系ガラス、ホウケイ酸ビスマス塩系ガラス、ホウ酸ビスマス亜鉛系ガラス、ビスマスケイ酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラス、アルミノリン酸塩系ガラス、および、リン酸亜塩系ガラスからなる群より選択される少なくとも一種を挙げることができる。また、特に限定されるものではないが、セラミック材は、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ホウ素(BN)、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(Si3N4)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、窒化アルミニウム(AlN)、炭化ケイ素(SiC)およびチタン酸バリウム(BaTiO3)からなる群より選択される少なくとも一種を挙げることができる。
(Inorganic layer)
The inorganic layer is made of an inorganic material and has an insulating property. Although not particularly limited, the inorganic layer may be made of, for example, a glass material, a ceramic material, or the like. As such an inorganic layer, for example, a glass material may be selected. The glass material is not particularly limited, but the glass material is soda lime glass, potash glass, borate glass, borosilicate glass, barium borate glass, subsalt borate glass, barium borate glass, etc. At least one selected from the group consisting of bismuth borosilicate glass, bismuth zinc borate glass, bismuth silicate glass, phosphate glass, aluminophosphate glass, and phosphate subsalt glass. Can be mentioned. Further, although not particularly limited, the ceramic material is aluminum oxide (Al 2 O 3 ), boron nitride (BN), silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), zirconium oxide (ZrO). 2 ), at least one selected from the group consisting of aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC) and barium titanate (BaTIO 3 ) can be mentioned.
(金属層)
金属層は金属材から成り、水分および/またはガスなどに対して実質的に透過性を有さない層を指す。具体的には、水蒸気透過度が10−3g/m2/day以下の層を指す。あくまでも例示にすぎないが、かかる金属層は、例えば、チタン、スズ、金、白金、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケルおよびニッケルメッキ鋼板ならびにそれらの合金から成る群から選択される少なくとも1種を含んで成っていてよい。なお、ステンレス鋼とは、「JIS G 0203 鉄鋼用語」に規定されている通り、クロムまたはクロムとニッケルとを含有させた合金鋼で、一般にはクロム含有量が全体の約10.5%以上の鋼をいう。そのようなステンレス鋼としては、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼及び析出硬化系ステンレス鋼が挙げられる。
(Metal layer)
The metal layer is made of a metal material and refers to a layer that is substantially impermeable to moisture and / or gas. Specifically, it refers to a layer having a water vapor permeability of 10 -3 g / m 2 / day or less. By way of example only, such metal layers include, for example, at least one selected from the group consisting of titanium, tin, gold, platinum, aluminum, copper, stainless steel, nickel and nickel plated steel sheets and alloys thereof. It may consist of. As defined in "JIS G 0203 Steel Terminology", stainless steel is an alloy steel containing chromium or chromium and nickel, and generally has a chromium content of about 10.5% or more of the total. Refers to steel. Examples of such stainless steels include martensite-based stainless steels, ferrite-based stainless steels, austenitic stainless steels, austenitic-ferritic stainless steels, and precipitation-hardened stainless steels.
(樹脂層)
樹脂層は樹脂材から成り、少なくとも絶縁性を有する層である。換言すれば、絶縁性樹脂から成る層である。樹脂層は、クッション性および水蒸気バリア性などをさらに有することが好ましい。樹脂層は、固体電池における電極間の絶縁、および/または固体電池外部との絶縁を確保するために用いられるが、他の効果を奏するものであってよい。例えば、樹脂層が固体電池の最外側を覆う場合、物理的および/または化学的に固体電池を保護する保護層として用いてもよい。また、樹脂層が金属層の内側に配置される場合、かかる金属層の下地としての平滑面を供してもよい。特に限定されるものではないが、かかる樹脂層は、例えば、アクリル、エポキシ、ナイロン、ポリイミド、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステルおよび液晶ポリマーから成る群から選択される少なくとも1種を含んでいてよい。
(Resin layer)
The resin layer is made of a resin material and has at least an insulating property. In other words, it is a layer made of an insulating resin. The resin layer preferably further has cushioning properties, water vapor barrier properties, and the like. The resin layer is used to ensure insulation between the electrodes in the solid-state battery and / or insulation from the outside of the solid-state battery, but may have other effects. For example, when the resin layer covers the outermost side of the solid-state battery, it may be used as a protective layer that physically and / or chemically protects the solid-state battery. Further, when the resin layer is arranged inside the metal layer, a smooth surface as a base of the metal layer may be provided. Although not particularly limited, such a resin layer may contain, for example, at least one selected from the group consisting of acrylic, epoxy, nylon, polyimide, polyamide, polypropylene, polyethylene, polyester and liquid crystal polymers.
(外部端子)
固体電池には、一般に外部端子が設けられている。特に、固体電池の側面に正負極の端子が対を成すように設けられている。より具体的には、正極層と接続された正極側の端子と、負極層と接続された負極側の端子とが対を成すように設けられている。外部端子は、導電率が大きい材料を用いることが好ましい。外部端子の材質としては、特に制限するわけではないが、銀、金、プラチナ、アルミニウム、銅、スズ、ニッケルおよびステンレス鋼から成る群から選択される少なくとも一種を挙げることができる。
(External terminal)
The solid-state battery is generally provided with an external terminal. In particular, positive and negative electrode terminals are provided on the side surface of the solid-state battery so as to form a pair. More specifically, the terminal on the positive electrode side connected to the positive electrode layer and the terminal on the negative electrode side connected to the negative electrode layer are provided so as to form a pair. It is preferable to use a material having a high conductivity for the external terminal. The material of the external terminal is not particularly limited, and at least one selected from the group consisting of silver, gold, platinum, aluminum, copper, tin, nickel, and stainless steel can be mentioned.
(外部電極)
外部電極は、固体電池の外部端子と導通するように形成され得るもので、外部と電流をやりとりするための導体である。外部電極は外部端子と導通していれば、いずれの形態で形成されてよい。固体電池積層体への水分の侵入をより防止する観点から、外部電極は、金属層を介して外部端子と導通されていることが好ましい。外部電極は、導電率が大きい材料を用いることが好ましい。外部電極の材質としては、外部端子と同様のものを用いてもよい。
(External electrode)
The external electrode can be formed so as to be conductive with the external terminal of the solid-state battery, and is a conductor for exchanging current with the outside. The external electrode may be formed in any form as long as it is conductive with the external terminal. From the viewpoint of further preventing the intrusion of moisture into the solid-state battery laminate, it is preferable that the external electrode is conducted with the external terminal via the metal layer. It is preferable to use a material having a high conductivity for the external electrode. As the material of the external electrode, the same material as that of the external terminal may be used.
[本発明の固体電池の特徴]
本発明の固体電池は、正極層、負極層、および正極層と負極層との間に介在する固体電解質層を備える固体電池積層体を有して成り、固体電池積層体の対向する側面にそれぞれ設けられた正極端子および負極端子の外部端子を備える固体電池であるところ、外部端子を覆う金属層の形状の点で特徴を有する。
[Characteristics of the solid-state battery of the present invention]
The solid-state battery of the present invention comprises a solid-state battery laminate having a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and is provided on opposite side surfaces of the solid-state battery laminate. It is a solid-state battery provided with an external terminal of a positive electrode terminal and an external terminal of the negative electrode terminal, and is characterized in the shape of a metal layer covering the external terminal.
より具体的には、正極端子全体および負極端子全体が2つの金属層でそれぞれ覆われており、かかる2つの金属層が、断面視において、固体電池積層体の側面のうち少なくとも3つの側面に及ぶようにそれぞれ延在している。また、一方の金属層が他方の金属層の少なくとも一部にオーバーラップしており、2つの金属層間に樹脂層が介在している。そのような構成とすることで、金属層で覆われた外部端子側から固体電池積層体内部へと水分が侵入する経路をより長くすることできる。したがって、固体電池内部への水分の侵入をより低減することができる。 More specifically, the entire positive electrode terminal and the entire negative electrode terminal are each covered with two metal layers, and the two metal layers cover at least three side surfaces of the solid-state battery laminate in cross-sectional view. Each is extended as. Further, one metal layer overlaps at least a part of the other metal layer, and a resin layer is interposed between the two metal layers. With such a configuration, it is possible to lengthen the path for moisture to enter the inside of the solid-state battery laminate from the external terminal side covered with the metal layer. Therefore, it is possible to further reduce the intrusion of water into the solid-state battery.
ここで「断面視」とは、固体電池において、電極層が外部端子と接して延在する方向(すなわち、長手方向)と電極積層方向(すなわち、厚み方向)とが構成する面に沿った断面の形態を指す。一例として、「固体電池積層体の側面」は、断面視において、外部端子が設けられた固体電池積層体の対向する2つの側面と、電極積層方向に法線を有する対向する2つの側面とから成り、それら4つの側面のうち少なくとも3つの側面に及ぶように金属層が延在している。 Here, the "cross-sectional view" is a cross section of a solid-state battery along a surface formed by a direction in which the electrode layer extends in contact with an external terminal (that is, a longitudinal direction) and an electrode stacking direction (that is, a thickness direction). Refers to the form of. As an example, the "side surface of the solid-state battery laminate" is, in cross-sectional view, from two opposing side surfaces of the solid-state battery laminate provided with external terminals and two opposing side surfaces having normals in the electrode stacking direction. The metal layer extends over at least three of these four sides.
換言すれば、固体電池の断面視において、外部端子が略コの字状の金属層で覆われている。ここで、「略コの字状」とは、固体電池において、長手方向と厚み方向とが構成する面に沿った断面の形状が、略コの字状であることを指す。 In other words, in the cross-sectional view of the solid-state battery, the external terminals are covered with a substantially U-shaped metal layer. Here, the "substantially U-shaped" means that the shape of the cross section of the solid-state battery along the surface formed by the longitudinal direction and the thickness direction is substantially U-shaped.
図1に示す例示態様でいえば、固体電池積層体500’の断面視において、正極層10A、固体電解質層20、負極層10Bがこの順に設けられている。固体電池積層体500’には、その対向する2つの側面(つまり、正極側側面500’Aおよび負極側側面500’B)に接するように正極端子30Aと負極端子30Bとが設けられている。正極層10Aおよび負極層10Bは、正極側側面500’Aおよび負極側側面500’Bにてそれぞれ終端するように延在している。ここで、正極層10Aおよび負極層10Bはそれぞれ、正極端子30Aおよび負極端子30Bと電気的に接続されている。
In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the
正極端子30Aおよび負極端子30Bは、金属層100Aおよび100Bにそれぞれ覆われている。金属層100Aおよび100Bは、固体電池積層体500’の4つの側面(すなわち、正極側側面500’A、負極側側面500’Bならびに電極積層方向に法線を有する側面500’Cおよび500’D)のうち、3つの側面に及ぶようにそれぞれ延在している。より具体的には、金属層100Aは、正極側側面500’Aならびに電極積層方向に法線を有する側面500’Cおよび500’Dに及ぶように延在している。また、金属層100Bは、負極側側面500’Bならびに電極積層方向に法線を有する側面500’Cおよび500’Dに及ぶように延在している。ここで、金属層100Bは金属層100Aの一部にオーバーラップしており、金属層100Aおよび100Bの間に樹脂層40Aが介在している。
The
本実施形態において、水分は金属層100Aおよび100Bを介して固体電池積層体500’内部に侵入し得ない。すなわち、金属層100Aおよび100Bで覆われた正極側側面500’Aおよび負極側側面500’Bから固体電池積層体500’内部へと水分は侵入し得ず、水分侵入経路を長くすることができる。
In the present embodiment, moisture cannot enter the inside of the solid-state battery laminate 500'via the
より具体的には、水分は金属層100Aおよび100Bを介して固体電池積層体500’内部に侵入し得ないため、それ以外の構成部分(例えば、樹脂層40、40Aおよび/または40B)を介して侵入する。ここで、図1における正極側に着目すると、水分は金属層100A以外の構成部分である樹脂層40、40Aおよび/または40Bを介して侵入し得るが、かかる構成部分における外部に接する位置と固体電池積層体に接する位置との距離(すなわち、水分侵入経路)が長くなっている。また、かかる構成部分が水蒸気バリア性を有する場合、水分子はかかる構成部分に対して移動抵抗を有し、実質的な水分侵入経路がより長くなる。
More specifically, since moisture cannot enter the inside of the solid-state battery laminate 500'through the
それによって、水分の侵入に起因する電極層における望ましくない副反応の発生を低減することができる。したがって、固体電池の電池性能の劣化をより好適に防止することが可能となり、固体電池の長期信頼性をより向上させることができる。 Thereby, the occurrence of unwanted side reactions in the electrode layer due to the intrusion of water can be reduced. Therefore, it is possible to more preferably prevent deterioration of the battery performance of the solid-state battery, and it is possible to further improve the long-term reliability of the solid-state battery.
さらに、上述したような構成において、金属層100Aおよび100Bの間に樹脂層40Aが介在していることで、金属層100Aおよび100Bが正極端子30Aおよび負極端子30Bとそれぞれ導通している場合、短絡することを防止することができる。
Further, in the above-described configuration, when the
2つの金属層は、外部端子(すなわち、正極端子30Aおよび負極端子30B)が設けられている側面(すなわち、正極側側面500’Aおよび負極側側面500’B)に跨がるようにそれぞれ延在していてよい(図1参照)。または、外部端子が設けられていない側面(すなわち、電極積層方向に法線を有する側面500’Cおよび500’D)に跨がるようにそれぞれ延在していてもよい(図7参照)。固体電池積層体内部への水分侵入経路をより長くする観点から、2つの金属層はそれぞれ、外部端子が設けられている側面に跨がるように延在していることが好ましい。
The two metal layers extend so as to straddle the side surfaces (that is, the positive electrode side side surface 500'A and the negative electrode side side surface 500'B) where the external terminals (that is, the
外部端子が設けられている側面に跨がるように2つの金属層がそれぞれ延在している実施形態において、一方の外部端子(例えば、正極端子30A)を覆う金属層(例えば、金属層100A)は、他方の外部端子(例えば、負極端子30B)に接触しないようにその付近まで延在していることが好ましい(図1参照)。具体的には、固体電池積層体の長手方向寸法L2に対する金属層の長手方向寸法L1の比(L1/L2)が0.5以上0.8以下となっていることが好ましい。ここで、金属層100Aおよび100Bの双方において、かかる比が0.5以上0.8以下となっていることがさらに好ましい。かかる比が0.5以上であることで、固体電池積層体内部への水分侵入経路をより長くすることができる。また、かかる比が0.8以下であることで、固体電池の電極間の接触による短絡を特に防止することができる。
In the embodiment in which the two metal layers extend so as to straddle the side surface on which the external terminal is provided, the metal layer (for example, the
本発明に係る固体電池500において、実質的に水分侵入経路の距離を決める構成部分は、2つの金属層100Aおよび100B間に介在する樹脂層40Aとなり得る(図1参照)。樹脂層40Aを介する水分侵入経路をより長くするために、金属層100Aと100Bとがオーバーラップしている部分の長手方向寸法を大きくすることが好ましい。ここで、金属層100Aと100Bとがオーバーラップしている部分の長手方向寸法は2mm以上であることが好ましく、例えば10mm以上である。
In the solid-
一実施形態では、金属層の少なくとも一部が樹脂層で覆われている。図1に示す例示態様でいえば、金属層100Aおよび100Bは、樹脂層40Aおよび40Bにそれぞれ覆われている。樹脂層は絶縁性を有するため、金属層を覆うことで電極間の接触による短絡を特に防止し得る。さらに、樹脂層がクッション性および耐薬品性などを有する場合、固体電池を物理的/化学的に保護する保護層として機能し得る。
In one embodiment, at least part of the metal layer is covered with a resin layer. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the
一実施形態では、金属層が外部端子と接している。図2に示す例示態様でいえば、金属層100Aおよび金属層100Bはそれぞれ、正極端子30Aおよび負極端子30Bと接している。金属層100Aおよび金属層100Bはそれぞれ、直接的に正極端子30Aおよび負極端子30Bと接していてよい。固体電池積層体500’が樹脂層40に覆われている場合、金属層100Aおよび金属層100Bはそれぞれ、樹脂層40に設けられた間隙を介して正極端子30Aおよび負極端子30Bと接していてもよい。
In one embodiment, the metal layer is in contact with the external terminals. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the
上述の実施形態において、金属層100は外部電極接続部分110を有している。外部電極接続部分110は、金属層100が外部に露出した部分であってよく、金属層100と一体化した金属材から成る部分であってもよい。外部電極接続部分110は、金属層100が延在している範囲であれば、いずれの箇所に設けてよい。金属層100は導電性を有するため、外部端子30と接することで導通し、さらに外部電極接続部分110において外部電極300と接することで電極取出部として用いることができる。
In the above embodiment, the
金属層が樹脂層で覆われている一実施形態において、金属層の一部が樹脂層から露出しており、当該露出した部分が外部電極接続部分を成している。図2に示す例示態様でいえば、金属層100Aの一部が、樹脂層40Aから露出して正極側外部電極接続部分110Aを成しており、および金属層100Bの一部が、樹脂層40Bから露出して負極側外部電極接続部分110Bを成している。そのような構成とすることで、樹脂層により金属層における損傷および短絡などの発生を防止しつつ、所望のサイズおよび位置で外部電極300を取り出すことができる。
In one embodiment in which the metal layer is covered with a resin layer, a part of the metal layer is exposed from the resin layer, and the exposed portion forms an external electrode connecting portion. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, a part of the
一実施形態では、外部端子30の面積S2に対する外部電極接続部分110の面積S1の比(S1/S2)は、0.1以上1.0以下となっている(図3Aおよび図3B参照)。ここで「面積」とは、外部端子と外部電極接続部分とが接触する面と同一面における、外部端子または外部電極接続部分の面積を指す。かかる面積比が0.1以上であると、幅方向における電極層の電子の流れをより均一にすることができる。また、かかる面積比が1.0以下であると、電極取出部のサイズを抑えることができ、よりコンパクトに固体電池を実装することができる。好ましくは、かかる面積比は0.3以上0.8以下である。
In one embodiment, the ratio (S1 / S2) of the area S1 of the external
一実施形態では、固体電池が、固体電池積層体の電極積層方向に法線を有する側面側に外部電極接続部分110を有している(図4参照)。固体電池を基板に表面実装する場合、一般に固体電池積層体の電極積層方向に法線を有する側面側が、基板と対向する側となり得る。上述するような構成とすることで、固体電池積層体の電極積層方向に法線を有する側面側を実装面側とすることができ、よりコンパクトに固体電池を実装することができる。
In one embodiment, the solid-state battery has an external
本明細書の固体電池における構造は、イオンミリング装置(日立ハイテク社製 型番IM4000PLUS)によって断面視方向断面を切り出し、走査電子顕微鏡(SEM)(日立ハイテク社製 型番SU−8040)を用いて取得した画像から観察するものであってよい。また、本明細書でいう、金属層における終端している側面側の長手方向寸法L1および固体電池積層体の長手方向寸法L2、2つの金属層がオーバーラップしている部分の長手方向寸法、ならびに外部電極接続部分の面積S1および外部端子の面積S2は、上述した方法により取得した画像から測定した寸法を指すものであってもよい。 The structure of the solid-state battery of the present specification is obtained by cutting out a cross-sectional view direction cross section with an ion milling device (Hitachi High-Tech Co., Ltd. model number IM4000PLUS) and using a scanning electron microscope (SEM) (Hitachi High-Tech Co., Ltd. model number SU-8040). It may be what is observed from the image. Further, as referred to in the present specification, the longitudinal dimension L1 on the side surface side of the metal layer and the longitudinal dimension L2 of the solid-state battery laminate, the longitudinal dimension of the portion where the two metal layers overlap, and The area S1 of the external electrode connecting portion and the area S2 of the external terminal may refer to the dimensions measured from the image acquired by the method described above.
本発明に係る固体電池は、固体電池積層体を構成する各層が積層して成る積層型固体電池であり、スクリーン印刷法等の印刷法、グリーンシートを用いるグリーンシート法、またはそれらの複合法により製造することができる。それゆえ、固体電池積層体を構成する各層は焼結体から成っている。好ましくは、正極層、負極層および固体電解質層のそれぞれが互いに一体焼結されている。つまり、固体電池積層体は、焼成一体化物を成しているといえる。かかる固体電池積層体に導電性接着剤などを用いて外部端子を接着することができる。そのような固体電池の断面視において、外部端子を覆うように、また固体電池積層体の側面のうち少なくとも3つの側面に及ぶように金属層を蒸着法またはラミネート工法などで形成する。 The solid-state battery according to the present invention is a laminated solid-state battery in which each layer constituting the solid-state battery laminate is laminated, and is subjected to a printing method such as a screen printing method, a green sheet method using a green sheet, or a composite method thereof. Can be manufactured. Therefore, each layer constituting the solid-state battery laminate is made of a sintered body. Preferably, the positive electrode layer, the negative electrode layer and the solid electrolyte layer are integrally sintered with each other. That is, it can be said that the solid-state battery laminate is a fired integrated product. External terminals can be adhered to such a solid-state battery laminate using a conductive adhesive or the like. In a cross-sectional view of such a solid-state battery, a metal layer is formed by a vapor deposition method, a laminating method, or the like so as to cover the external terminals and to cover at least three side surfaces of the solid-state battery laminate.
[固体電池の製造方法]
本発明の固体電池は、上述したように、固体電池積層体についてスクリーン印刷法等の印刷法、グリーンシートを用いるグリーンシート法、またはそれらの複合法により製造することができる。また、固体電池積層体および外部端子を覆う金属層などを蒸着法またはラミネート工法などで形成することができる。以下、本発明の理解のために本発明に係る固体電池を製造する実施形態について詳述するが、本発明は当該方法に限定されない。
[Manufacturing method of solid-state battery]
As described above, the solid-state battery of the present invention can be produced from a solid-state battery laminate by a printing method such as a screen printing method, a green sheet method using a green sheet, or a composite method thereof. Further, the solid-state battery laminate and the metal layer covering the external terminals can be formed by a vapor deposition method, a laminating method, or the like. Hereinafter, embodiments for producing a solid-state battery according to the present invention will be described in detail for the purpose of understanding the present invention, but the present invention is not limited to this method.
(固体電池積層前駆体の形成工程)
本工程では、正極層用ペースト、負極層用ペースト、固体電解質層用ペースト、集電層用ペースト、無機層用ペーストなどの数種類のペーストをインクとして用いる。つまり、ペーストを印刷法で塗布することを通じて支持基体上に所定構造のペーストを形成する。
(Forming process of solid-state battery laminated precursor)
In this step, several kinds of pastes such as a positive electrode layer paste, a negative electrode layer paste, a solid electrolyte layer paste, a current collector layer paste, and an inorganic layer paste are used as inks. That is, a paste having a predetermined structure is formed on the support substrate by applying the paste by a printing method.
印刷に際しては、所定の厚みおよびパターン形状で印刷層を順次、積層することによって、所定の固体電池の構造に対応する固体電池積層前駆体を基体上に形成することができる。パターン形成方法の種類は、所定のパターンを形成可能な方法であれば、特に限定されないが、例えば、スクリーン印刷法およびグラビア印刷法などのうちのいずれか1種類または2種類以上である。 At the time of printing, a solid-state battery lamination precursor corresponding to a predetermined solid-state battery structure can be formed on the substrate by sequentially laminating the printing layers having a predetermined thickness and pattern shape. The type of the pattern forming method is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a predetermined pattern, and is, for example, any one or two or more of a screen printing method and a gravure printing method.
ペーストは、正極活物質、負極活物質、電子伝導性材料、固体電解質材料、集電層材料、無機材、結着剤および焼結助剤から成る群から適宜選択される各層の所定の構成材料と、有機材料を溶媒に溶解した有機ビヒクルとを湿式混合することによって作製することができる。正極層用ペーストは、例えば、正極活物質、電子伝導性材料、固体電解質材料、結着剤、焼結助剤、有機材料および溶媒を含む。負極層用ペーストは、例えば、負極活物質、電子伝導性材料、固体電解質材料、結着剤、焼結助剤、有機材料および溶媒を含む。固体電解質層用ペーストは、例えば、固体電解質材料、結着剤、焼結助剤、有機材料および溶媒を含む。正極集電層用ペーストおよび負極集電層用ペーストは、電子伝導性材料、結着剤、焼結助剤、有機材料および溶媒を含む。無機層用ペーストは、例えば無機材、結着剤、有機材料および溶媒を含む。 The paste is a predetermined constituent material of each layer appropriately selected from the group consisting of a positive electrode active material, a negative electrode active material, an electron conductive material, a solid electrolyte material, a current collecting layer material, an inorganic material, a binder and a sintering aid. And an organic vehicle in which an organic material is dissolved in a solvent are wet-mixed with each other. The positive electrode layer paste includes, for example, a positive electrode active material, an electron conductive material, a solid electrolyte material, a binder, a sintering aid, an organic material and a solvent. The paste for the negative electrode layer includes, for example, a negative electrode active material, an electron conductive material, a solid electrolyte material, a binder, a sintering aid, an organic material and a solvent. The solid electrolyte layer paste includes, for example, solid electrolyte materials, binders, sintering aids, organic materials and solvents. The positive electrode current collector layer paste and the negative electrode current collector layer paste include an electron conductive material, a binder, a sintering aid, an organic material and a solvent. The paste for the inorganic layer includes, for example, an inorganic material, a binder, an organic material and a solvent.
ペーストに含まれる有機材料は特に限定されないが、ポリビニルアセタール樹脂、セルロース樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂およびポリビニルアルコール樹脂などから成る群から選択される少なくとも1種の高分子材料を用いることができる。溶媒の種類は、特に限定されないが、例えば、酢酸ブチル、N−メチル−ピロリドン、トルエン、テルピネオールおよびN−メチル−ピロリドン等の有機溶媒のうちのいずれか1種類または2種類以上である。 The organic material contained in the paste is not particularly limited, but at least one polymer material selected from the group consisting of polyvinyl acetal resin, cellulose resin, polyacrylic resin, polyurethane resin, polyvinyl acetate resin, polyvinyl alcohol resin and the like can be used. Can be used. The type of the solvent is not particularly limited, and is, for example, any one or more of organic solvents such as butyl acetate, N-methyl-pyrrolidone, toluene, terpineol and N-methyl-pyrrolidone.
湿式混合ではメディアを用いることができ、具体的には、ボールミル法またはビスコミル法等を用いることができる。一方、メディアを用いない湿式混合方法を用いてもよく、サンドミル法、高圧ホモジナイザー法またはニーダー分散法等を用いることができる。 In the wet mixing, a medium can be used, and specifically, a ball mill method, a viscomill method, or the like can be used. On the other hand, a wet mixing method that does not use media may be used, and a sand mill method, a high-pressure homogenizer method, a kneader dispersion method, or the like can be used.
支持基体は、各ペースト層を支持可能な支持体であれば、特に限定されないが、例えば、一面に離型処理が施された離型フィルムなどである。具体的には、ポリエチレンテレフタレート等の高分子材料から成る基体を用いることができる。各ペースト層を基体上に保持したまま焼成工程に供する場合には、基体は焼成温度に対して耐熱性を呈するものを使用してよい。 The support substrate is not particularly limited as long as it is a support capable of supporting each paste layer, and is, for example, a release film having a release treatment on one surface. Specifically, a substrate made of a polymer material such as polyethylene terephthalate can be used. When each paste layer is subjected to the firing step while being held on the substrate, a substrate that exhibits heat resistance to the firing temperature may be used.
印刷に際しては、所定の厚みおよびパターン形状で印刷層を順次、積層することによって、所定の固体電池の構造に対応する未焼成積層体を基材上に形成することができる。各印刷層の形成に際しては、乾燥処理が行われる。乾燥処理では、未焼成積層体から溶剤が蒸発することになる。未焼成積層体を形成した後、未焼成積層体を基材から剥離して、焼成工程に供してもよいし、あるいは、未焼成積層体を支持基材上に保持したまま焼成工程に供してもよい。 At the time of printing, by sequentially laminating the printing layers with a predetermined thickness and pattern shape, an unfired laminate corresponding to the structure of a predetermined solid-state battery can be formed on the base material. When forming each print layer, a drying process is performed. In the drying process, the solvent evaporates from the unfired laminate. After forming the unfired laminate, the unfired laminate may be peeled off from the base material and subjected to a firing step, or the unfired laminate may be subjected to a firing step while being held on the supporting substrate. May be good.
(焼成工程)
焼成工程では、固体電池積層前駆体を焼成に付す。あくまでも例示にすぎないが、焼成は、酸素ガスを含む窒素ガス雰囲気中または大気中で、例えば500℃にて有機材料を除去した後、窒素ガス雰囲気中または大気中で例えば550℃以上5000℃以下で加熱することで実施する。焼成は、積層方向(場合によっては積層方向および当該積層方向に対する垂直方向)で固体電池積層前駆体を加圧しながら行ってよい。
(Baking process)
In the firing step, the solid-state battery laminated precursor is subjected to firing. Although it is merely an example, firing is performed in a nitrogen gas atmosphere containing oxygen gas or in the atmosphere, for example, at 500 ° C., and then in a nitrogen gas atmosphere or in the atmosphere, for example, 550 ° C. or higher and 5000 ° C. or lower. It is carried out by heating with. The firing may be performed while pressurizing the solid-state battery lamination precursor in the lamination direction (in some cases, the lamination direction and the direction perpendicular to the lamination direction).
そのような焼成を経ることによって、固体電池積層体が形成される。 By undergoing such firing, a solid-state battery laminate is formed.
(外部端子の形成工程)
外部端子は、導電性接着剤などを用いて固体電池積層体に正極端子を接着させるとともに、導電性接着剤などを用いて固体電池積層体に負極端子を接着させる。これにより、正極端子および負極端子のそれぞれが固体電池積層体に取り付けられることで固体電池が形成される。
(External terminal forming process)
For the external terminals, the positive electrode terminals are adhered to the solid-state battery laminate using a conductive adhesive or the like, and the negative electrode terminals are adhered to the solid-state battery laminate using a conductive adhesive or the like. As a result, the solid-state battery is formed by attaching each of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal to the solid-state battery laminate.
[本発明における特徴部分の作製について]
本発明の固体電池における金属層は、外部端子を覆い、断面視において、固体電池積層体の側面のうち少なくとも3つの側面に及ぶように延在しているものであれば、いずれの方法で形成されてもよい。一例として、金属層を形成する部分以外をマスキングして金属材を蒸着させて形成してもよい。また、屈曲形状に形成された金属層を含むラミネートフィルムに固体電池積層体を挿入することで形成してもよい。
[About the production of the characteristic portion in the present invention]
The metal layer in the solid-state battery of the present invention is formed by any method as long as it covers the external terminals and extends so as to extend to at least three side surfaces of the solid-state battery laminate in cross-sectional view. May be done. As an example, a metal material may be vapor-deposited by masking a portion other than the portion where the metal layer is formed. Further, it may be formed by inserting a solid-state battery laminate into a laminate film containing a metal layer formed in a bent shape.
以下、蒸着法およびラミネート工法による固体電池の製造方法(特に、金属層および樹脂層の形成方法)を具体的に説明する。 Hereinafter, a method for producing a solid-state battery by a vapor deposition method and a laminating method (particularly, a method for forming a metal layer and a resin layer) will be specifically described.
(蒸着法による固体電池の製造方法)
最初に、固体電池積層体を樹脂(例えば、ポリイミド)にディップさせることで、正極端子30Aおよび負極端子30Bのそれぞれの少なくとも一部以外の固体電池表面に樹脂層40を形成する(図1参照)。次いで、固体電池積層体の所望の位置をマスキングして、真空蒸着によって金属材(例えば、アルミニウム)を蒸着させることで正極端子30Aを覆うように金属層100Aを形成する。この際、金属層100Aが負極端子30Bに接触しないように、その付近まで延在するように形成する(例えば、固体電池積層体500’の長手方向寸法L2に対する金属層100Aにおける終端している面側の長手方向寸法L1の比が0.5以上0.8以下となるように形成する)。また、金属層100Aを樹脂にディップさせることで、金属層100Aを覆うように樹脂層40Aを形成する。最後に、樹脂層40Aの所望の位置にレーザーを照射することによって、金属層100Aを露出させ、外部電極接続部分110Aを形成する。
(Manufacturing method of solid-state battery by vapor deposition method)
First, the solid-state battery laminate is dipped in a resin (for example, polyimide) to form a
正極側と同様に、固体電池積層体の所望の位置をマスキングして、真空蒸着によって金属材を蒸着させることで負極端子30Bを覆うように金属層100Bを形成する。この際、金属層100Bが正極端子30Aに接触しないように、その付近まで延在するように形成する(例えば、固体電池積層体500’の長手方向寸法L2に対する金属層100Bにおける終端している側面側の長手方向寸法の比が0.5以上0.8以下となるように形成する)。また、金属層100Bを樹脂にディップさせることで、金属層100Bを覆うように樹脂層40Bを形成する。最後に、樹脂層40Bの所望の位置にレーザーを照射することによって、金属層100Bを露出させ、外部電極接続部分110Bを形成する。
Similar to the positive electrode side, the
上述した金属層はスパッタリング法などの他の真空プロセスによって形成してもよい。また、樹脂層はスプレー塗布などの他のウェット工法で形成してもよい。 The above-mentioned metal layer may be formed by another vacuum process such as a sputtering method. Further, the resin layer may be formed by another wet method such as spray coating.
(ラミネート工法による固体電池の製造方法)
最初に、樹脂層40A/金属層100A/樹脂層40の順にラミネートされたラミネートフィルム200Aを準備し、樹脂層40の所望の位置を剥離して金属層100Aを露出させる(図5参照)。その後、樹脂層40が内側に位置するように、ラミネートフィルム200Aを屈曲形状(例えば、略コの字状)に形成する。この際、ラミネートフィルム200Aにおける屈曲形状の内縁が、固体電池積層体の3つの側面の外縁に嵌合し得るように、また金属層100Aの露出した部分が当該屈曲形状の内側となるように形成する。次いで、ラミネートフィルム200Aの屈曲形状の内側に、固体電池積層体500’に取り付けた正極端子30Aと金属層100Aの露出した部分とが接触するように固体電池積層体を挿入し、それらを接合および密着させるようにプレスする。また、樹脂層40Aの所望の位置にレーザーを照射することによって、金属層100Aを露出させ、外部電極接続部分110Aを形成する。
(Manufacturing method of solid-state battery by laminating method)
First, a laminated film 200A laminated in the order of
正極側と同様に、樹脂層/金属層/樹脂層の順にラミネートされたラミネートフィルムを準備し、樹脂層の所望の位置を剥離して金属層を露出させる(図示なし)。その後、いずれかの樹脂層が内側に位置するように、ラミネートフィルムを屈曲形状に形成する。この際、かかるラミネートフィルムにおける屈曲形状の内縁が、固体電池積層体の3つの側面およびラミネートフィルム200Aの外縁に嵌合し得るように、また金属層の露出した部分が当該屈曲形状の内側となるように形成する。次いで、ラミネートフィルムの屈曲形状の内側に、固体電池積層体に取り付けた負極端子と金属層の露出した部分とが接触するように固体電池を挿入し、それらを接合および密着させるようにプレスする。また、樹脂層の所望の位置にレーザーを照射することによって、金属層を露出させ、外部電極接続部分を形成する。 Similar to the positive electrode side, a laminated film laminated in the order of resin layer / metal layer / resin layer is prepared, and the desired position of the resin layer is peeled off to expose the metal layer (not shown). Then, the laminated film is formed in a bent shape so that one of the resin layers is located inside. At this time, the inner edge of the bent shape in the laminated film can be fitted to the three side surfaces of the solid-state battery laminate and the outer edge of the laminated film 200A, and the exposed portion of the metal layer is inside the bent shape. Form as. Next, the solid-state battery is inserted into the bent shape of the laminated film so that the negative electrode terminal attached to the solid-state battery laminate and the exposed portion of the metal layer are in contact with each other, and the solid-state batteries are pressed so as to be joined and brought into close contact with each other. Further, by irradiating a desired position of the resin layer with a laser, the metal layer is exposed and an external electrode connection portion is formed.
上述のラミネート工法において、金属層100は、外部端子30が設けられている側面に跨がるように形成してよい(図6参照)。または、外部端子30が設けられていない側面に跨がるように形成してもよい(図7参照)。
In the above-mentioned laminating method, the
上述のような蒸着法またはラミネート工法により、断面視において、金属層が外部端子を覆い、固体電池積層体の側面のうち少なくとも3つの側面に及ぶように延在している固体電池が形成される。 By the thin-film deposition method or the laminating method as described above, a solid-state battery is formed in which a metal layer covers the external terminals and extends over at least three side surfaces of the solid-state battery laminate in cross-sectional view. ..
(外部電極の形成工程)
外部電極300は、導電性ペースト(例えば、銀を含んで成る樹脂ペースト)をウェット工法によって外部電極接続部分110に塗布した後、硬化することで形成してよい(図2参照)。また、外部電極300を有する端子(例えば、基板端子400)に接続してもよい(図8参照)。
(External electrode forming process)
The
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、あくまでも典型例を例示したに過ぎない。従って、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の態様が考えられることを当業者は容易に理解されよう。 Although the embodiments of the present invention have been described above, they merely exemplify typical examples. Therefore, those skilled in the art will easily understand that the present invention is not limited to this, and various aspects can be considered without changing the gist of the present invention.
例えば、上記した説明においては、例えば図1などで例示される固体電池を中心にして説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されない。本発明では正極層、負極層、固体電解質層を備える固体電池積層体を有し、固体電池積層体の対向する側面にそれぞれ設けられた外部端子を備え、断面視において、金属層が外部端子を覆い、固体電池積層体の側面のうち少なくとも3つの側面に及ぶように延在しているものであれば、どのようなものであっても同様に適用することができる。 For example, in the above description, for example, the solid-state battery exemplified in FIG. 1 and the like has been mainly described, but the present invention is not necessarily limited to this. The present invention has a solid-state battery laminate having a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer, and has external terminals provided on opposite side surfaces of the solid-state battery laminate, and the metal layer serves as an external terminal in a cross-sectional view. Any one that covers and extends over at least three sides of the solid-state battery laminate can be similarly applied.
本発明の固体電池は、蓄電が想定される様々な分野に利用することができる。あくまでも例示にすぎないが、本発明の固体電池は、モバイル機器などが使用される電気・情報・通信分野(例えば、携帯電話、スマートフォン、ノートパソコンおよびデジタルカメラ、活動量計、アームコンピューター、電子ペーパーなどのモバイル機器分野)、家庭・小型産業用途(例えば、電動工具、ゴルフカート、家庭用・介護用・産業用ロボットの分野)、大型産業用途(例えば、フォークリフト、エレベーター、湾港クレーンの分野)、交通システム分野(例えば、ハイブリッド車、電気自動車、バス、電車、電動アシスト自転車、電動二輪車などの分野)、電力系統用途(例えば、各種発電、ロードコンディショナー、スマートグリッド、一般家庭設置型蓄電システムなどの分野)、医療用途(イヤホン補聴器などの医療用機器分野)、医薬用途(服用管理システムなどの分野)、ならびに、IoT分野、宇宙・深海用途(例えば、宇宙探査機、潜水調査船などの分野)などに利用することができる。 The solid-state battery of the present invention can be used in various fields where storage is expected. Although merely an example, the solid-state battery of the present invention is used in the fields of electricity, information, and communication (for example, mobile phones, smartphones, laptop computers and digital cameras, activity meters, arm computers, electronic papers) in which mobile devices and the like are used. Mobile device fields such as), home / small industrial applications (eg, power tools, golf carts, home / nursing / industrial robot fields), large industrial applications (eg, forklifts, elevators, bay port cranes) , Transportation system field (for example, hybrid car, electric car, bus, train, electric assist bicycle, electric motorcycle, etc.), power system application (for example, various power generation, road conditioner, smart grid, general household installation type power storage system, etc. Fields), medical applications (medical equipment fields such as earphone hearing aids), pharmaceutical applications (fields such as dose management systems), and IoT fields, space / deep sea applications (for example, space explorers, submersible research vessels, etc.) ) Etc. can be used.
10 電極層
10A 正極層
10B 負極層
20 固体電解質層
30 外部端子
30A 正極端子
30B 負極端子
40 樹脂層
40A 正極側樹脂層
40B 負極側樹脂層
100 金属層
100A 正極側金属層
100B 負極側金属層
110 外部電極接続部分
110A 正極側外部電極接続部分
110B 負極側外部電極接続部分
200 ラミネートフィルム
200A 正極側ラミネートフィルム
200B 負極側ラミネートフィルム
300 外部電極
400 基板端子
500’ 固体電池積層体
500’A 正極側側面
500’B 負極側側面
500’C 電極積層方向に法線を有する側面
500’D 電極積層方向に法線を有する側面
500 固体電池
10
Claims (11)
正極層、負極層、および該正極層と該負極層との間に介在する固体電解質層を備える固体電池積層体を有して成り、
前記固体電池積層体の対向する側面にそれぞれ設けられた正極端子および負極端子の外部端子を備え、
前記正極端子全体および前記負極端子全体が、2つの金属層でそれぞれ覆われており、
前記2つの金属層が、断面視において、前記固体電池積層体の側面のうち、少なくとも3つの側面に及ぶようにそれぞれ延在しており、
一方の金属層が他方の金属層の少なくとも一部にオーバーラップしており、該2つの金属層間に樹脂層が介在している、固体電池。 It ’s a solid-state battery,
It comprises a solid-state battery laminate comprising a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer.
External terminals of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal provided on the opposite side surfaces of the solid-state battery laminate are provided.
The entire positive electrode terminal and the entire negative electrode terminal are each covered with two metal layers.
The two metal layers extend so as to extend to at least three side surfaces of the solid-state battery laminate in cross-sectional view.
A solid-state battery in which one metal layer overlaps at least a part of the other metal layer, and a resin layer is interposed between the two metal layers.
蒸着法またはスパッタリング法によって、外部端子全体を覆うように、また断面視にて固体電池積層体の側面のうち、少なくとも3つの側面に及ぶように金属層を形成する工程、
ウェット工法によって、前記金属層を覆うように樹脂層を形成する工程、および
前記金属層に外部電極接続部分を形成するように前記樹脂層の一部を剥離する工程を含んで成る製造方法。 It is a method of manufacturing solid-state batteries.
A step of forming a metal layer by a vapor deposition method or a sputtering method so as to cover the entire external terminal and to cover at least three side surfaces of the solid-state battery laminate in cross-sectional view.
A manufacturing method including a step of forming a resin layer so as to cover the metal layer by a wet method, and a step of peeling a part of the resin layer so as to form an external electrode connecting portion on the metal layer.
金属層および樹脂層を含んで成るラミネートフィルムから、前記樹脂層の一部を剥離して前記金属層の一部を露出させる工程、
前記金属層の露出した部分が内側となるように、前記ラミネートフィルムを屈曲形状に形成する工程、
前記ラミネートフィルムの屈曲形状の内側に、固体電池の外部端子と前記金属層の露出した部分とが接触するように該固体電池を挿入し、それらを接合および密着させるようにプレスする工程、ならびに
前記金属層に外部電極接続部分を形成するように該金属層を覆う樹脂層の一部を剥離する工程を含んで成る製造方法。 It is a method of manufacturing solid-state batteries.
A step of peeling a part of the resin layer from a laminated film including a metal layer and a resin layer to expose a part of the metal layer.
A step of forming the laminated film into a bent shape so that the exposed portion of the metal layer is on the inside.
A step of inserting the solid-state battery into the bent shape of the laminated film so that the external terminal of the solid-state battery and the exposed portion of the metal layer come into contact with each other, and pressing the solid-state battery so as to join and bring them into close contact with each other. A manufacturing method comprising a step of peeling a part of a resin layer covering the metal layer so as to form an external electrode connecting portion on the metal layer.
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021235451A1 (en) * | 2020-05-20 | 2021-11-25 | 株式会社村田製作所 | Solid-state battery and exterior body for solid-state battery |
WO2022249640A1 (en) * | 2021-05-27 | 2022-12-01 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Battery |
WO2022249641A1 (en) * | 2021-05-27 | 2022-12-01 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Battery |
WO2023053639A1 (en) * | 2021-09-28 | 2023-04-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Battery and method for producing battery |
WO2023223578A1 (en) * | 2022-05-18 | 2023-11-23 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Device and method for manufacturing device |
WO2023243489A1 (en) * | 2022-06-14 | 2023-12-21 | 株式会社村田製作所 | Solid battery package |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010052950A1 (en) * | 2008-11-04 | 2010-05-14 | 国立大学法人岩手大学 | Nonstoichiometric titanium compound, carbon composite of the same, method for producing the compound, negative electrode active material for lithium ion secondary battery containing the compound, and lithium ion secondary battery using the negative electrode active material |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005129437A (en) | 2003-10-27 | 2005-05-19 | Canon Inc | Electrode structure for nonaqueous electrolyte secondary battery and its manufacturing method, as well as nonaqueous electrolyte secondary battery equipped with electrode structure and its manufacturing method |
JP2011150958A (en) | 2010-01-25 | 2011-08-04 | Sony Corp | Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte battery |
JP2015220099A (en) | 2014-05-19 | 2015-12-07 | Tdk株式会社 | All-solid lithium ion secondary battery |
JP6837950B2 (en) | 2017-09-21 | 2021-03-03 | 株式会社東芝 | Rechargeable batteries, battery packs, and vehicles |
-
2019
- 2019-06-26 JP JP2019118476A patent/JP7326923B2/en active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010052950A1 (en) * | 2008-11-04 | 2010-05-14 | 国立大学法人岩手大学 | Nonstoichiometric titanium compound, carbon composite of the same, method for producing the compound, negative electrode active material for lithium ion secondary battery containing the compound, and lithium ion secondary battery using the negative electrode active material |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021235451A1 (en) * | 2020-05-20 | 2021-11-25 | 株式会社村田製作所 | Solid-state battery and exterior body for solid-state battery |
WO2022249640A1 (en) * | 2021-05-27 | 2022-12-01 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Battery |
WO2022249641A1 (en) * | 2021-05-27 | 2022-12-01 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Battery |
WO2023053639A1 (en) * | 2021-09-28 | 2023-04-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Battery and method for producing battery |
WO2023223578A1 (en) * | 2022-05-18 | 2023-11-23 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Device and method for manufacturing device |
WO2023243489A1 (en) * | 2022-06-14 | 2023-12-21 | 株式会社村田製作所 | Solid battery package |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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