JP2021015779A - Secondary battery and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

To provide a secondary battery capable of suppressing leakage of an active material from the inside of an electrode to the outside thereof, and a method for manufacturing the same.SOLUTION: A secondary battery 1 has a single cell 11 including a first electrode 2, a separator 3 which is formed of a solid electrolyte having carrier ion conductivity and laminated on the first electrode 2, and a second electrode 4 laminated on the separator 3. The first electrode 2 has a reaction portion 21, and a hole sealing portion 22 arranged at least partially around a reaction portion 21 in plan view when viewed in a lamination direction of the single cell 11. The reaction unit 21 includes a porous body 23 which is formed of a solid electrolyte having carrier ion conductivity and has pores, and an active material 211 held in the pores 231 of the porous body 23. The hole sealing portion 22 has the porous body 23 and the sealing material 221 with which the pores 231 of the porous body 23 is filled.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、二次電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a secondary battery and a method for manufacturing the same.

自動車や電子機器のバッテリーとしては、鉛蓄電池やニッケル水素蓄電池、リチウムイオン二次電池などの、正極と負極との間に電解液を介在させた二次電池が使用されている。近年、これらの二次電池よりもさらに安全性を向上させるため、正極と負極との間に固体電解質を介在させた、いわゆる全固体電池が提案されている。 As a battery for an automobile or an electronic device, a secondary battery such as a lead storage battery, a nickel hydrogen storage battery, or a lithium ion secondary battery in which an electrolytic solution is interposed between a positive electrode and a negative electrode is used. In recent years, in order to further improve safety as compared with these secondary batteries, a so-called all-solid-state battery in which a solid electrolyte is interposed between a positive electrode and a negative electrode has been proposed.

例えば特許文献1には、固体電解質を含有するセラミックスからなる板状の緻密体と、前記緻密体の前記固体電解質と同一又は異なる固体電解質を含有するセラミックスからなり、前記緻密体の少なくとも一方の表面に焼成一体化して形成された多孔層と、を有する全固体電池用の固体電解質構造体が記載されている。この固体電解質構造体における多孔層の細孔内に活物質を充填することにより、多孔層を電極とした全固体電池を形成することができる。 For example, Patent Document 1 describes a plate-shaped dense body made of ceramics containing a solid electrolyte and ceramics containing a solid electrolyte that is the same as or different from the solid electrolyte of the dense body, and at least one surface of the dense body. A solid electrolyte structure for an all-solid-state battery having a porous layer formed by firing and integrating with the above is described. By filling the pores of the porous layer in this solid electrolyte structure with an active material, an all-solid-state battery using the porous layer as an electrode can be formed.

国際公開第2008/059987号International Publication No. 2008/059987

特許文献1の固体電解質構造体において、多孔層の細孔内に活物質を充填する際には、溶融状態の活物質や、活物質のスラリー、活物質前駆体のゾル等の活物質又は活物質前駆体の液体が用いられる。しかし、細孔は多孔層の外表面に開口しているため、活物質又は活物質前駆体の液体を細孔内に充填しようとすると、液体が前述した開口から多孔層の外部に漏出するおそれがある。 In the solid electrolyte structure of Patent Document 1, when the active material is filled in the pores of the porous layer, the active material in a molten state, the slurry of the active material, the active material such as the sol of the active material precursor, or the active material is active. Liquids of material precursors are used. However, since the pores are open on the outer surface of the porous layer, when the liquid of the active material or the active material precursor is filled in the pores, the liquid may leak to the outside of the porous layer from the above-mentioned opening. There is.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、電極内部から外部への活物質の漏出を抑制することができる二次電池及びその製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a secondary battery capable of suppressing leakage of an active material from the inside of an electrode to the outside and a method for manufacturing the same.

本発明の一態様は、第1電極(2、202〜205)と、
前記第1電極上に積層されたセパレータ(3)と、
前記セパレータ上に積層された第2電極(4、402)と、を備えた単セル(11)を有し、
前記第1電極は、
キャリアイオン伝導性を有する固体電解質からなり細孔を有する多孔質体(23)と、前記多孔質体の細孔(231)内に保持された活物質(211)と、を備えた反応部(21)と、
前記単セルの積層方向から視た平面視における前記反応部の周囲の少なくとも一部に配置され、前記多孔質体と、前記多孔質体の細孔に充填された封孔材(221)と、を備えた封孔部(22)と、を有している、二次電池(1、102〜106)にある。
One aspect of the present invention includes a first electrode (2, 202 to 205) and
The separator (3) laminated on the first electrode and
It has a single cell (11) provided with a second electrode (4, 402) laminated on the separator.
The first electrode is
A reaction unit (23) comprising a porous body (23) made of a solid electrolyte having carrier ion conductivity and having pores, and an active material (211) held in the pores (231) of the porous body. 21) and
The porous body and the sealing material (221) filled in the pores of the porous body, which are arranged at least a part around the reaction portion in a plan view seen from the stacking direction of the single cell, A secondary battery (1, 102-106) having a sealing portion (22) and the like.

本発明の他の態様は、前記の態様の二次電池の製造方法であって、
キャリアイオン伝導性を有する固体電解質からなり細孔を有する多孔質体(23)と、前記多孔質体上に積層された前記セパレータと、を備えた積層体(10)を作製する積層工程と、
前記積層体の積層方向から視た平面視における前記多孔質体の周縁部に存在する前記細孔の少なくとも一部に封孔材(221)を充填して前記封孔部を形成する封孔工程と、
活物質(211)またはその前駆体を、前記多孔質体の外部から前記封孔部へ向かって移動するように前記細孔内に充填して前記反応部を形成する活物質充填工程と、を有する、二次電池の製造方法にある。
Another aspect of the present invention is the method for manufacturing a secondary battery according to the above aspect.
A laminating step of producing a laminated body (10) including a porous body (23) made of a solid electrolyte having carrier ion conductivity and having pores, and the separator laminated on the porous body.
A sealing step of filling at least a part of the pores existing in the peripheral edge of the porous body in a plan view from the stacking direction of the laminated body with a sealing material (221) to form the sealing portion. When,
An active material filling step of filling the pores with the active material (211) or a precursor thereof so as to move from the outside of the porous body toward the sealing portion to form the reaction portion. It is in the method of manufacturing a secondary battery.

前記二次電池における前記第1電極は、前記活物質を備えた前記反応部と、前記反応部の周囲の少なくとも一部に配置された前記封孔部と、を有している。また、封孔部は、前記多孔質体と、多孔質体の細孔に充填された封孔材と、を有している。このように、反応部の周囲に、封孔材によって細孔が閉鎖された封孔部を配置することにより、多孔質体の内部から外部へ移動しようとする活物質を、封孔部においてせき止めることができる。その結果、第1電極内部から外部への活物質の漏出を抑制することができる。 The first electrode in the secondary battery has the reaction portion provided with the active material and the sealing portion arranged at least a part around the reaction portion. Further, the sealing portion has the porous body and a sealing material filled in the pores of the porous body. In this way, by arranging the sealing portion whose pores are closed by the sealing material around the reaction portion, the active material that tends to move from the inside to the outside of the porous body is dammed up in the sealing portion. be able to. As a result, leakage of the active material from the inside of the first electrode to the outside can be suppressed.

また、前記の態様の製造方法においては、前記積層体を作製した後、多孔質体の周縁部に存在する細孔に封孔材を充填して封孔部を形成する。その後、活物質またはその前駆体を、封孔部へ向かって移動するように細孔内に充填する。封孔部の細孔は封孔材によって閉鎖されているため、封孔部は、封孔部内への活物質等の進入を抑制することができる。その結果、二次電池の作製過程における、第1電極内部から外部への活物質の漏出を抑制することができる。 Further, in the manufacturing method of the above aspect, after the laminated body is produced, the pores existing in the peripheral portion of the porous body are filled with the sealing material to form the sealing portion. The active material or a precursor thereof is then filled into the pores so as to move toward the sealing portion. Since the pores of the sealing portion are closed by the sealing material, the sealing portion can suppress the entry of the active material or the like into the sealing portion. As a result, it is possible to suppress the leakage of the active material from the inside to the outside of the first electrode in the process of manufacturing the secondary battery.

以上のごとく、上記態様によれば、電極内部から外部への活物質の漏出を抑制することができる二次電池及びその製造方法を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a secondary battery capable of suppressing leakage of the active material from the inside of the electrode to the outside and a method for manufacturing the secondary battery.
The reference numerals in parentheses described in the scope of claims and the means for solving the problem indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and limit the technical scope of the present invention. It's not a thing.

図1は、実施形態1における二次電池の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of the secondary battery according to the first embodiment. 図2は、図1のII−II線一部矢視断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 図3は、実施形態1の製造方法における活物質充填工程の模式図である。FIG. 3 is a schematic view of the active material filling step in the production method of the first embodiment. 図4は、実施形態2における、第1電極の隣り合う2辺に沿って封孔部が設けられた二次電池の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a secondary battery in the second embodiment in which a sealing portion is provided along two adjacent sides of the first electrode. 図5は、実施形態2における、第1電極の対向する2辺に沿って封孔部が設けられた二次電池の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a secondary battery in the second embodiment in which a sealing portion is provided along two opposite sides of the first electrode. 図6は、実施形態2における、第1電極の3辺に沿って封孔部が設けられた二次電池の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of the secondary battery in the second embodiment in which the sealing portions are provided along the three sides of the first electrode. 図7は、実施形態2における、第1電極の外周全体に沿って封孔部が設けられた二次電池の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a secondary battery in the second embodiment in which a sealing portion is provided along the entire outer circumference of the first electrode. 図8は、実施形態3における二次電池を第2電極側から視た平面図である。FIG. 8 is a plan view of the secondary battery according to the third embodiment as viewed from the second electrode side. 図9は、図8のIX−IX線一部矢視断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX of FIG.

(実施形態1)
前記二次電池及びその製造方法に係る実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。本形態に係る二次電池1は、図1に示すように、第1電極2と、キャリアイオン伝導性を有する固体電解質からなり第1電極2上に積層されたセパレータ3と、セパレータ3上に積層された第2電極4と、を備えた単セル11を有している。第1電極2は、反応部21と、単セル11の積層方向から視た平面視における反応部21の周囲の少なくとも一部に配置された封孔部22と、を有している。図2に示すように、反応部21は、キャリアイオン伝導性を有する固体電解質からなり細孔231を有する多孔質体23と、多孔質体23の細孔231内に保持された活物質211と、を有している。封孔部22は、多孔質体23と、多孔質体23の細孔231に充填された封孔材221と、を有している。
(Embodiment 1)
An embodiment relating to the secondary battery and a method for manufacturing the secondary battery will be described with reference to FIGS. 1 to 3. As shown in FIG. 1, the secondary battery 1 according to the present embodiment has a first electrode 2, a separator 3 composed of a solid electrolyte having carrier ion conductivity and laminated on the first electrode 2, and a separator 3 on the separator 3. It has a single cell 11 including a laminated second electrode 4. The first electrode 2 has a reaction portion 21 and a sealing portion 22 arranged at least a part around the reaction portion 21 in a plan view seen from the stacking direction of the single cell 11. As shown in FIG. 2, the reaction unit 21 includes a porous body 23 made of a solid electrolyte having carrier ion conductivity and having pores 231 and an active material 211 held in the pores 231 of the porous body 23. ,have. The sealing portion 22 has a porous body 23 and a sealing material 221 filled in the pores 231 of the porous body 23.

二次電池1は、1個の単セル11を有していてもよいし、複数の単セル11を有していてもよい。例えば、本形態の二次電池1は、1個の単セル11を有している。図2に示すように、単セル11における第1電極2の表面及び第2電極4の表面には、それぞれ、集電体12が積層されている。これらの集電体12に付加や発電装置を接続することにより、二次電池1への充電や放電を行うことができる。集電体12としては、例えば、金属箔や金属板等の導電体、ガラス等の絶縁体中にカーボンや導電性酸化物等の導電性粉末を分散させた複合材料等を使用することができる。なお、図1においては、便宜上、集電体12の記載を省略した。 The secondary battery 1 may have one single cell 11 or may have a plurality of single cells 11. For example, the secondary battery 1 of this embodiment has one single cell 11. As shown in FIG. 2, a current collector 12 is laminated on the surface of the first electrode 2 and the surface of the second electrode 4 in the single cell 11, respectively. The secondary battery 1 can be charged or discharged by adding or connecting a power generation device to these current collectors 12. As the current collector 12, for example, a composite material in which a conductive powder such as carbon or a conductive oxide is dispersed in a conductor such as a metal foil or a metal plate or an insulator such as glass can be used. .. In FIG. 1, the description of the current collector 12 is omitted for convenience.

図には示さないが、二次電池1が複数の単セル11を有している場合、集電体12と単セル11とを交互に重ね合わせることにより、集電体12を介して複数の単セル11を電気的に接続することができる。例えば、集電体12の一方の面と第1電極2とが当接し、他方の面と第2電極4とが当接するようにして集電体12と単セル11とを重ね合わせることにより、複数の単セル11を直列に接続することができる。また、同種の電極2、4同士の間に集電体12が介在するようにして集電体12と単セル11とを重ね合わせることにより、複数の単セル11を並列に接続することができる。 Although not shown in the figure, when the secondary battery 1 has a plurality of single cells 11, a plurality of current collectors 12 and a plurality of single cells 11 are alternately superposed on the current collectors 12 via the current collectors 12. The single cell 11 can be electrically connected. For example, by superimposing the current collector 12 and the single cell 11 so that one surface of the current collector 12 is in contact with the first electrode 2 and the other surface is in contact with the second electrode 4. A plurality of single cells 11 can be connected in series. Further, by superimposing the current collector 12 and the single cell 11 so that the current collector 12 is interposed between the electrodes 2 and 4 of the same type, a plurality of single cells 11 can be connected in parallel. ..

第1電極2は、正極であってもよいし、負極であってもよい。本形態の第1電極2は、具体的には正極である。 The first electrode 2 may be a positive electrode or a negative electrode. Specifically, the first electrode 2 of this embodiment is a positive electrode.

また、第1電極2の形状は種々の態様をとり得る。例えば、本形態の第1電極2は、図1に示すように、多孔質体23によって形作られた長方形の板状を呈している。 Further, the shape of the first electrode 2 can take various forms. For example, as shown in FIG. 1, the first electrode 2 of the present embodiment has a rectangular plate shape formed by the porous body 23.

図2に示すように、第1電極2の反応部21は、多孔質体23と、多孔質体23の細孔231内に保持された活物質211とを有している。反応部21の細孔231内には、活物質211の他に、導電助剤や多孔質体23を構成する固体電解質とは異なる他の固体電解質、液体電解質が保持されていてもよい。 As shown in FIG. 2, the reaction portion 21 of the first electrode 2 has a porous body 23 and an active material 211 held in the pores 231 of the porous body 23. In addition to the active material 211, other solid electrolytes and liquid electrolytes different from the solid electrolyte constituting the conductive auxiliary agent and the porous body 23 may be held in the pores 231 of the reaction unit 21.

多孔質体23は、キャリアイオン伝導性を有し、かつ、電気絶縁性の固体電解質から構成されている。そのため、活物質211から脱離したキャリアイオンは、固体電解質を介して第2電極4へ移動することができる。また、第2電極4から供給されるキャリアイオンは、固体電解質を介して活物質211まで移動し、活物質211と反応することができる。このように、多孔質体23を構成する固体電解質がキャリアイオンの経路となることにより、二次電池1への充放電が可能となる。 The porous body 23 is composed of a solid electrolyte having carrier ion conductivity and electrical insulation. Therefore, the carrier ions desorbed from the active material 211 can move to the second electrode 4 via the solid electrolyte. Further, the carrier ions supplied from the second electrode 4 can move to the active material 211 via the solid electrolyte and react with the active material 211. In this way, the solid electrolyte constituting the porous body 23 serves as a path for carrier ions, so that the secondary battery 1 can be charged and discharged.

固体電解質としては、キャリアイオンが移動可能な物質を使用することができる。例えば、キャリアイオンがLi+の場合、ランタンジルコン酸リチウム等のガーネット型固体電解質、アルミニウム置換リン酸チタンリチウム(つまり、LATP)やアルミニウム置換リン酸ゲルマニウムリチウム(つまり、LAGP)等のNASICON型固体電解質、リチウムランタンチタン酸塩(つまり、LLTO)等のペロブスカイト型固体電解質等を使用することができる。また、ガーネット型固体電解質としては、ランタンジルコン酸リチウムの他に、ランタンジルコン酸リチウムにカルシウム、ニオブ、アルミニウム、タンタル、ストロンチウム、バリウム、イットリウム等から選択された1種または2種以上のドーパントがドープされた固体電解質を採用することもできる。本形態の多孔質体23は、具体的には、ガーネット型固体電解質から構成されている。 As the solid electrolyte, a substance in which carrier ions can move can be used. For example, when the carrier ion is Li + , a garnet-type solid electrolyte such as lithium lanthanozirconate, or a NASICON-type solid electrolyte such as aluminum-substituted lithium titanium phosphate (that is, LATP) or aluminum-substituted germanium lithium phosphate (that is, LAGP). , Lithium lanthanum titanate (that is, LLTO) or the like, a perovskite type solid electrolyte or the like can be used. As the garnet-type solid electrolyte, in addition to lithium lanthanum zirconate, lithium lanthanum zirconate is doped with one or more dopants selected from calcium, niobium, aluminum, tantalum, strontium, barium, yttrium and the like. It is also possible to adopt the solid electrolyte obtained. Specifically, the porous body 23 of this embodiment is composed of a garnet-type solid electrolyte.

多孔質体23は、活物質211や封孔材221を保持するための細孔231を有している。多孔質体23の細孔231は、例えば図2に示すように、連続気孔構造を有していてもよい。多孔質体23の気孔率は、例えば、20〜80%とすることができる。なお、多孔質体23の気孔率は、FIB/SEM(つまり、収束イオンビーム/走査型電子顕微鏡)トモグラフィー法により得られる三次元再構成像に基づいて算出される値である。より具体的には、FIB装置による試料の加工とSEMによる加工面の観察とを繰り返し、複数のSEM像を取得する。これらのSEM像を画像解析ソフト上で再構成することにより、試料の三次元再構成像を得る。そして、得られた三次元再構成像に、多孔質体23の骨格をなす固体電解質部分とそれ以外との境界が損なわれないように二値化処理を施す。以上により得られた二値化像における、多孔質体23における固体電解質部分以外の部分の占有体積の比率を気孔率とする。 The porous body 23 has pores 231 for holding the active material 211 and the sealing material 221. The pores 231 of the porous body 23 may have a continuous pore structure, for example, as shown in FIG. The porosity of the porous body 23 can be, for example, 20 to 80%. The porosity of the porous body 23 is a value calculated based on a three-dimensional reconstruction image obtained by a FIB / SEM (that is, a focused ion beam / scanning electron microscope) tomography method. More specifically, processing of the sample by the FIB device and observation of the processed surface by SEM are repeated to acquire a plurality of SEM images. By reconstructing these SEM images on image analysis software, a three-dimensional reconstructed image of the sample is obtained. Then, the obtained three-dimensional reconstructed image is subjected to a binarization treatment so that the boundary between the solid electrolyte portion forming the skeleton of the porous body 23 and the rest is not impaired. In the binarized image obtained as described above, the ratio of the occupied volume of the portion other than the solid electrolyte portion in the porous body 23 is defined as the porosity.

活物質211は、キャリアイオン及び第1電極2の極性に応じて適宜選択することができる。例えば、キャリアイオンがリチウムイオン(Li+)であり、第1電極2が正極である場合、第1電極2の活物質211としては、硫黄原子を含有する硫黄系活物質や、酸化物からなる酸化物系活物質を使用することができる。硫黄系活物質としては、具体的には、硫黄の単体や硫化リチウム(Li2S)、リチウムがドープされた硫黄等を使用することができる。酸化物系活物質としては、具体的には、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、LiNi1/3Mn1/3Co1/32、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)等を使用することができる。 The active material 211 can be appropriately selected depending on the carrier ions and the polarities of the first electrode 2. For example, when the carrier ion is lithium ion (Li + ) and the first electrode 2 is the positive electrode, the active material 211 of the first electrode 2 is composed of a sulfur-based active material containing a sulfur atom or an oxide. Oxide-based active materials can be used. Examples of the sulfur-based active material, specifically, simple and lithium sulfide sulfur (Li 2 S), can be lithium using doped sulfur and the like. Specific examples of the oxide-based active material include lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , lithium manganate (LiMnO 2 ), and lithium iron phosphate (LiFePO). 4 ) etc. can be used.

第1電極2が正極である場合、活物質211に硫黄原子が含まれていることが好ましい。この場合には、二次電池1の容量をより大きくすることができる。本形態の反応部21における活物質211は、具体的には、硫黄の単体である。 When the first electrode 2 is a positive electrode, it is preferable that the active material 211 contains a sulfur atom. In this case, the capacity of the secondary battery 1 can be increased. Specifically, the active material 211 in the reaction unit 21 of the present embodiment is a simple substance of sulfur.

なお、キャリアイオンがLi+であり、第1電極2が負極である場合、第1電極2の活物質211としては、金属リチウム、カーボン、Li4Ti512等を使用することができる。 When the carrier ion is Li + and the first electrode 2 is the negative electrode, metallic lithium, carbon, Li 4 Ti 5 O 12, or the like can be used as the active material 211 of the first electrode 2.

封孔部22は、単セル11の積層方向から視た平面視における反応部21の端縁に連なっている。封孔部22は、単セル11の積層方向から視た平面視において反応部21を取り囲むように配置されていてもよいし、反応部21の周囲の一部に配置されていてもよい。例えば、本形態の封孔部22は、図1に示すように、単セル11の積層方向から視た平面視における、多孔質体23の一方の長辺232に沿って配置されている。 The sealing portion 22 is connected to the edge of the reaction portion 21 in a plan view seen from the stacking direction of the single cell 11. The sealing portion 22 may be arranged so as to surround the reaction portion 21 in a plan view viewed from the stacking direction of the single cells 11, or may be arranged in a part around the reaction portion 21. For example, as shown in FIG. 1, the sealing portion 22 of the present embodiment is arranged along one long side 232 of the porous body 23 in a plan view seen from the stacking direction of the single cells 11.

本形態における封孔部22の多孔質体23は、反応部21の多孔質体23と一体的に形成されている。即ち、第1電極2のうち、多孔質体23の細孔231内に活物質211が保持された部分が反応部21となり、細孔231内に封孔材221が充填された部分が封孔部22となる。 The porous body 23 of the sealing portion 22 in this embodiment is integrally formed with the porous body 23 of the reaction portion 21. That is, in the first electrode 2, the portion where the active material 211 is held in the pores 231 of the porous body 23 becomes the reaction portion 21, and the portion where the pores 231 are filled with the sealing material 221 is the sealing portion. It becomes part 22.

封孔部22においては、多孔質体23の細孔231の全部に封孔材221が充填されていてもよいし、細孔231の一部に封孔材221が充填されていてもよい。封孔部22内への活物質211の進入をより効果的に抑制する観点からは、封孔部22の気孔率を10%以下とすることが好ましく、5%以下とすることがより好ましい。 In the sealing portion 22, the sealing material 221 may be filled in all of the pores 231 of the porous body 23, or the sealing material 221 may be filled in a part of the pores 231. From the viewpoint of more effectively suppressing the entry of the active material 211 into the sealing portion 22, the porosity of the sealing portion 22 is preferably 10% or less, and more preferably 5% or less.

なお、封孔部22の気孔率は、前述した多孔質体23の気孔率と同様に、FIB/SEM(つまり、収束イオンビーム/走査型電子顕微鏡)トモグラフィー法により得られる三次元再構成像に基づいて算出される値である。 The porosity of the sealing portion 22 is a three-dimensional reconstructed image obtained by the FIB / SEM (that is, focused ion beam / scanning electron microscope) tomography method, similarly to the porosity of the porous body 23 described above. It is a value calculated based on this.

封孔材221は、細孔231内に充填可能であり、細孔231を閉鎖することができればどのような物質から構成されていてもよい。例えば、封孔材221は、金属などの導電体であってもよいし、ガラスやセラミックスなどの絶縁体であってもよい。また、封孔材221は、ゴムやプラスチックなどの有機材料であってもよい。更に、封孔材221として、キャリアイオン伝導性を有する物質を使用することもできる。例えば、本形態の封孔材221は、具体的にはシリカガラスである。 The sealing material 221 can be filled in the pores 231 and may be composed of any substance as long as the pores 231 can be closed. For example, the sealing material 221 may be a conductor such as metal, or an insulator such as glass or ceramics. Further, the sealing material 221 may be an organic material such as rubber or plastic. Further, as the sealing material 221, a substance having carrier ion conductivity can also be used. For example, the sealing material 221 of this embodiment is specifically silica glass.

封孔材221は、第1電極2の活物質211の融点まで加熱した場合に形状を維持できる物質から構成されていることが好ましい。つまり、例えば封孔材221が融点または軟化点を有する場合には、封孔材221の融点または軟化点が活物質211の融点よりも高いことが好ましい。また、封孔材221が熱分解する物質である場合には、封孔材221の熱分解温度が活物質211の融点よりも高いことが好ましい。この場合には、二次電池1の作製過程において、溶融状態の活物質211を多孔質体23の細孔231内に充填する際に、封孔材221によって活物質211を確実にせき止めることができる。その結果、活物質211の漏出をより確実に抑制することができる。 The sealing material 221 is preferably composed of a substance that can maintain its shape when heated to the melting point of the active material 211 of the first electrode 2. That is, for example, when the sealing material 221 has a melting point or a softening point, it is preferable that the melting point or the softening point of the sealing material 221 is higher than the melting point of the active material 211. When the sealing material 221 is a substance that thermally decomposes, it is preferable that the thermal decomposition temperature of the sealing material 221 is higher than the melting point of the active material 211. In this case, in the process of manufacturing the secondary battery 1, when the active material 211 in the molten state is filled in the pores 231 of the porous body 23, the active material 211 can be reliably dammed by the sealing material 221. it can. As a result, the leakage of the active material 211 can be suppressed more reliably.

また、封孔材221は、電気絶縁性を有していることが好ましい。第1電極2及び第2電極4は、製造時のバラつき等の種々の原因によって所望の位置からずれ、セパレータ3を介さずに直接接触することがある。電気絶縁性を有する封孔材221を使用することにより、このような位置ずれによって第1電極2と第2電極4とが直接接触した場合であっても第1電極2と第2電極4との短絡を抑制することができる。 Further, the sealing material 221 preferably has electrical insulation. The first electrode 2 and the second electrode 4 may deviate from a desired position due to various causes such as variations during manufacturing, and may come into direct contact with each other without passing through the separator 3. By using the sealing material 221 having electrical insulation, even when the first electrode 2 and the second electrode 4 are in direct contact with each other due to such a misalignment, the first electrode 2 and the second electrode 4 Short circuit can be suppressed.

図1及び図2に示すように、セパレータ3は、第1電極2に積層されている。セパレータ3は、キャリアイオン伝導性を有し、かつ、電気絶縁性の固体電解質から構成されている。セパレータ3を構成する固体電解質は、第1電極2の多孔質体23と同種の固体電解質であってもよいし、異なる固体電解質であってもよい。本形態のセパレータ3は、具体的には、第1電極2と同じガーネット型固体電解質から構成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the separator 3 is laminated on the first electrode 2. The separator 3 is composed of a solid electrolyte having carrier ion conductivity and electrical insulation. The solid electrolyte constituting the separator 3 may be the same type of solid electrolyte as the porous body 23 of the first electrode 2, or may be a different solid electrolyte. Specifically, the separator 3 of this embodiment is composed of the same garnet-type solid electrolyte as the first electrode 2.

セパレータ3における第1電極2が設けられた面と反対側の面には、第2電極4が積層されている。第2電極4は、第1電極2とは異なる極性を有している。つまり、第1電極2が正極として構成されている場合、第2電極4は負極として構成される。また、第1電極2が負極として構成されている場合、第2電極4は正極として構成される。 The second electrode 4 is laminated on the surface of the separator 3 opposite to the surface on which the first electrode 2 is provided. The second electrode 4 has a polarity different from that of the first electrode 2. That is, when the first electrode 2 is configured as a positive electrode, the second electrode 4 is configured as a negative electrode. When the first electrode 2 is configured as a negative electrode, the second electrode 4 is configured as a positive electrode.

第2電極4の構成は特に限定されることはない。例えば、第2電極4は、第1電極2の活物質211とは異なる活物質のみから構成されていてもよいし、第1電極2と同様に、多孔質体の細孔内に活物質が保持された構成であってもよい。 The configuration of the second electrode 4 is not particularly limited. For example, the second electrode 4 may be composed of only an active material different from the active material 211 of the first electrode 2, or the active material may be contained in the pores of the porous body as in the first electrode 2. It may be a retained configuration.

第2電極4の活物質は、第1電極2と同様に、キャリアイオン及び第2電極4の極性に応じて適宜選択することができる。例えば、本形態の第2電極4は、活物質としての金属リチウムからなるリチウム板である。 The active material of the second electrode 4 can be appropriately selected according to the carrier ions and the polarities of the second electrode 4, similarly to the first electrode 2. For example, the second electrode 4 of this embodiment is a lithium plate made of metallic lithium as an active material.

次に、本形態の二次電池1の製造方法を説明する。本形態の二次電池1の製造方法は、キャリアイオン伝導性を有する固体電解質からなり細孔231を有する多孔質体23と、多孔質体23上に積層されたセパレータ3と、を備えた積層体10を作製する積層工程と、積層体10の積層方向から視た平面視における多孔質体23の周縁部に存在する細孔231の少なくとも一部に封孔材221を充填して封孔部22を形成する封孔工程と、活物質211またはその前駆体を、多孔質体23の外部から封孔部22へ向かって移動するように細孔231内に充填して反応部21を形成する活物質充填工程と、を有している。 Next, a method of manufacturing the secondary battery 1 of this embodiment will be described. The method for producing the secondary battery 1 of the present embodiment is a stacking method including a porous body 23 made of a solid electrolyte having carrier ion conductivity and having pores 231 and a separator 3 laminated on the porous body 23. At least a part of the pores 231 existing in the peripheral portion of the porous body 23 in the laminating step of producing the body 10 and in the plan view from the laminating direction of the laminated body 10 is filled with the sealing material 221 to form the sealing portion. The sealing step of forming 22 and the active material 211 or a precursor thereof are filled in the pores 231 so as to move from the outside of the porous body 23 toward the sealing portion 22 to form the reaction portion 21. It has an active material filling step.

積層工程において、積層体10を作製する具体的な方法は種々の態様をとり得る。積層工程の一態様においては、多孔質体23のグリーンシートとセパレータ3のグリーンシートとを重ね合わせた後、これらのグリーンシートを焼成することにより積層体10を形成することができる。多孔質体23のグリーンシートは、例えば、固体電解質の粉末、バインダ及び造孔材を含む混合物をシート状に成形することにより作製することができる。なお、造孔材としては、例えば、アクリル樹脂の粉末などを使用することができる。また、セパレータ3のグリーンシートは、固体電解質の粉末及びバインダを含む混合物をシート状に成形することにより作製することができる。 In the laminating step, the specific method for producing the laminated body 10 can take various aspects. In one aspect of the laminating step, the laminated body 10 can be formed by superimposing the green sheet of the porous body 23 and the green sheet of the separator 3 and then firing these green sheets. The green sheet of the porous body 23 can be produced, for example, by molding a mixture containing a powder of a solid electrolyte, a binder and a pore-forming material into a sheet shape. As the pore-forming material, for example, acrylic resin powder or the like can be used. Further, the green sheet of the separator 3 can be produced by molding a mixture containing a powder of a solid electrolyte and a binder into a sheet shape.

また、積層工程の他の態様においては、多孔質体23となる圧粉体と、セパレータ3となる圧粉体とを重ね合わせた後、これらの圧粉体を焼成することにより積層体10を形成することができる。多孔質体23となる圧粉体は、例えば、固体電解質の粉末と造孔材とを含む混合粉末を圧粉成形することにより作製することができる。また、セパレータ3となる圧粉体は、固体電解質の粉末を圧粉成形することにより作製することができる。 Further, in another aspect of the laminating step, the green compact to be the porous body 23 and the green compact to be the separator 3 are superposed, and then these green compacts are fired to form the laminated body 10. Can be formed. The green compact to be the porous body 23 can be produced, for example, by compact molding a mixed powder containing a solid electrolyte powder and a pore-forming material. Further, the green compact to be the separator 3 can be produced by compact molding a powder of a solid electrolyte.

封孔工程において、細孔231内に封孔材221を充填する方法は特に限定されることはなく、封孔材221の種類に応じて適切な方法を採用することができる。例えば、封孔材221として、シリカガラス等の比較的融点の高い物質を使用する場合、シリカガラス粉末とバインダとを混合してなるペーストやシートを多孔質体23上における所望の位置に配置した後、積層体10を加熱して封孔材221を溶融させることにより、細孔231内に封孔材221を充填することができる。また、封孔材221として、熱可塑性プラスチックなどの比較的融点の低い物質を使用する場合、溶融状態の封孔材221を細孔231内に注入し、細孔231内で固化させることにより、細孔231を閉鎖することができる。 In the sealing step, the method of filling the pores 231 with the sealing material 221 is not particularly limited, and an appropriate method can be adopted depending on the type of the sealing material 221. For example, when a substance having a relatively high melting point such as silica glass is used as the sealing material 221, a paste or sheet obtained by mixing silica glass powder and a binder is placed at a desired position on the porous body 23. After that, the pores 231 can be filled with the sealing material 221 by heating the laminate 10 to melt the sealing material 221. When a substance having a relatively low melting point such as a thermoplastic is used as the sealing material 221, the sealing material 221 in a molten state is injected into the pores 231 and solidified in the pores 231. The pores 231 can be closed.

活物質充填工程においては、活物質211またはその前駆体を、多孔質体23の外部から封孔部22へ向かって移動するように細孔231内に充填する。例えば、本形態のように、長方形状を呈する多孔質体23の長辺232に沿って封孔部22が設けられている場合には、図3に示すように、活物質211またはその前駆体を、多孔質体23の端縁における封孔部22を有しない3つの辺233、234、235から注入すればよい。この場合、多孔質体23の各辺233、234、235から注入された活物質211等は、まず、積層体10の積層方向から視た平面視における中央に向かって移動する(図3、矢印212)。そして、多孔質体23の中央部において合流した活物質211等は、最終的に封孔部22へ向かって移動する(図3、矢印213)。この時、封孔部22に存在する細孔231は、既に封孔材221によって閉鎖されている。それ故、封孔部22に到達した活物質211またはその前駆体は、封孔部22によってせき止められる。 In the active material filling step, the active material 211 or a precursor thereof is filled in the pores 231 so as to move from the outside of the porous body 23 toward the sealing portion 22. For example, when the sealing portion 22 is provided along the long side 232 of the porous body 23 having a rectangular shape as in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the active material 211 or a precursor thereof is provided. May be injected from three sides 233, 234, 235 having no sealing portion 22 at the edge of the porous body 23. In this case, the active material 211 or the like injected from each side 233, 234, 235 of the porous body 23 first moves toward the center in the plan view seen from the stacking direction of the laminated body 10 (FIG. 3, arrow). 212). Then, the active material 211 and the like merged at the central portion of the porous body 23 finally move toward the sealing portion 22 (FIG. 3, arrow 213). At this time, the pores 231 existing in the sealing portion 22 are already closed by the sealing material 221. Therefore, the active material 211 or its precursor that has reached the sealing portion 22 is dammed by the sealing portion 22.

活物質充填工程において細孔231内に活物質211を充填する場合には、活物質211が封孔部22に到達するまで充填を行えばよい。これにより、反応部21を形成することができる。また、活物質充填工程において細孔231内に活物質211の前駆体を充填する場合には、前駆体が封孔部22に到達した後、加熱等の処理を行うことにより前駆体を反応させればよい。これにより、細孔231内の前駆体を活物質211とし、反応部21を形成することができる。 When the active material 211 is filled in the pores 231 in the active material filling step, the filling may be performed until the active material 211 reaches the sealing portion 22. As a result, the reaction unit 21 can be formed. Further, when the precursor of the active material 211 is filled in the pores 231 in the active material filling step, the precursor is reacted by performing a treatment such as heating after the precursor reaches the sealing portion 22. Just do it. As a result, the precursor in the pores 231 can be used as the active material 211 to form the reaction unit 21.

本形態によれば、第1電極2内部から外部への活物質211の漏出を抑制することができる二次電池1及びその製造方法を提供することができる。 According to this embodiment, it is possible to provide a secondary battery 1 capable of suppressing leakage of the active material 211 from the inside of the first electrode 2 to the outside, and a method for manufacturing the secondary battery 1.

(実施形態2)
本形態においては、封孔部22の配置の別の態様を示す。なお、本形態以降において用いた符号のうち、既出の形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
(Embodiment 2)
In this embodiment, another aspect of the arrangement of the sealing portion 22 is shown. In addition, among the symbols used in the present and subsequent forms, the same codes as those used in the existing forms represent the same components and the like as those in the existing forms unless otherwise specified.

封孔部22の配置は、実施形態1の態様に限定されるものではなく、種々の態様をとり得る。例えば、封孔部22は、図4に示す二次電池102の第1電極202のように、多孔質体23の端縁のうち隣り合う2つの辺232、233に沿って設けられていてもよいし、図5に示す二次電池103の第1電極203のように、多孔質体23の端縁のうちいずれか1つの辺232と、この辺に向かい合う辺234との2つの辺に沿って設けられていてもよい。また、封孔部22は、図6に示す二次電池104の第1電極204のように、多孔質体23の端縁のうち3つの辺232、233、234に沿って設けられていてもよい。これらの二次電池102、103、104を作製するに当たっては、活物質充填工程において、実施形態1と同様に、活物質211またはその前駆体を、多孔質体23の端縁における封孔部22を有しない辺から注入することにより、活物質211等の漏出を抑制することができる。 The arrangement of the sealing portion 22 is not limited to the embodiment of the first embodiment, and may take various embodiments. For example, even if the sealing portion 22 is provided along two adjacent sides 232 and 233 of the edge of the porous body 23 as in the first electrode 202 of the secondary battery 102 shown in FIG. Alternatively, like the first electrode 203 of the secondary battery 103 shown in FIG. 5, along two sides, one side 232 of the edge of the porous body 23 and the side 234 facing this side. It may be provided. Further, even if the sealing portion 22 is provided along three sides 232, 233, and 234 of the edge of the porous body 23 as in the first electrode 204 of the secondary battery 104 shown in FIG. Good. In producing these secondary batteries 102, 103, 104, in the active material filling step, as in the first embodiment, the active material 211 or a precursor thereof is sealed at the edge of the porous body 23. By injecting from the side that does not have, the leakage of the active material 211 or the like can be suppressed.

また、封孔部22は、図7に示す二次電池105の第1電極205のように、反応部21の周囲の全体にわたって設けられていてもよい。この場合には、活物質充填工程において、積層体10の積層方向から視た平面視における中央部、つまり、反応部21よりも内側の部分から活物質211またはその前駆体を注入すればよい。 Further, the sealing portion 22 may be provided over the entire circumference of the reaction portion 21 as in the first electrode 205 of the secondary battery 105 shown in FIG. 7. In this case, in the active material filling step, the active material 211 or its precursor may be injected from the central portion of the laminated body 10 in a plan view from the stacking direction, that is, the portion inside the reaction portion 21.

図7に示す第1電極205のように反応部21が封孔部22によって囲まれている場合、電気絶縁性を有する封孔材221によって封孔部22の細孔231を閉鎖することが好ましい。この場合には、第1電極205や第2電極4がいずれの方向に位置ずれを起こしても、第1電極205と第2電極4との短絡を抑制することができる。 When the reaction portion 21 is surrounded by the sealing portion 22 as in the first electrode 205 shown in FIG. 7, it is preferable that the pore 231 of the sealing portion 22 is closed by the electrically insulating sealing material 221. .. In this case, even if the first electrode 205 and the second electrode 4 are displaced in any direction, the short circuit between the first electrode 205 and the second electrode 4 can be suppressed.

また、第1電極が負極として構成されている場合、図7に示すように、反応部21の周囲の全体にわたって封孔部22を配置することが好ましい。負極として構成されている第1電極においては、充電時にキャリアイオンが還元することにより反応部の細孔内に金属が析出する。この場合、反応部21を取り囲むように封孔部22を配置することにより、封孔部22から第2電極へ向かうデンドライトの成長をより効果的に抑制することができる。その結果、例えば過充電時における第1電極と第2電極との短絡をより効果的に抑制することができる。 Further, when the first electrode is configured as a negative electrode, it is preferable to arrange the sealing portion 22 over the entire circumference of the reaction portion 21 as shown in FIG. In the first electrode configured as the negative electrode, the carrier ions are reduced during charging, so that metal is deposited in the pores of the reaction portion. In this case, by arranging the sealing portion 22 so as to surround the reaction portion 21, the growth of dendrites from the sealing portion 22 toward the second electrode can be suppressed more effectively. As a result, for example, a short circuit between the first electrode and the second electrode at the time of overcharging can be suppressed more effectively.

なお、本形態の二次電池102〜105は、封孔部22の配置以外は実施形態1と同様の構成を有している。本形態の二次電池102〜105は、封孔部22の配置による効果の他は、実施形態1と同様の作用効果を奏することができる。 The secondary batteries 102 to 105 of this embodiment have the same configuration as that of the first embodiment except for the arrangement of the sealing portion 22. The secondary batteries 102 to 105 of the present embodiment can exhibit the same effects as those of the first embodiment, except for the effect of arranging the sealing portion 22.

(実施形態3)
本形態においては、第2電極の他の態様を示す。本形態の二次電池106においては、第1電極205の反応部21を第1反応部21、活物質211を第1活物質211といい、封孔部22を第1封孔部22、封孔材221を第1封孔材221、多孔質体23を第1多孔質体23という。図には示さないが、本形態の第1電極205は、第1封孔部22が第1反応部21の周囲の全体にわたって配置されており、第1活物質211が、リチウムがドープされた硫黄である以外は、実施形態1と同様の構成を有している。また、本形態のセパレータ3は、実施形態1と同様の構成を有している。
(Embodiment 3)
In this embodiment, another aspect of the second electrode is shown. In the secondary battery 106 of this embodiment, the reaction portion 21 of the first electrode 205 is referred to as the first reaction portion 21, the active material 211 is referred to as the first active material 211, and the sealing portion 22 is referred to as the first sealing portion 22 and sealed. The pore material 221 is referred to as a first sealing material 221 and the porous body 23 is referred to as a first porous body 23. Although not shown in the figure, in the first electrode 205 of the present embodiment, the first sealing portion 22 is arranged over the entire circumference of the first reaction portion 21, and the first active material 211 is doped with lithium. It has the same configuration as that of the first embodiment except that it is sulfur. Further, the separator 3 of the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment.

本形態の第2電極402は、図8に示すように、第2反応部41と、単セル11の積層方向から視た平面視における第2反応部41の周囲の少なくとも一部に配置された第2封孔部42と、を有している。図9に示すように、第2反応部41は、キャリアイオン伝導性を有する固体電解質からなり細孔431を有する第2多孔質体43と、第2多孔質体43の細孔431内に保持された第2活物質411と、を有している。第2封孔部42は、第2多孔質体43と、第2多孔質体43の細孔431に充填された第2封孔材421と、を有している。 As shown in FIG. 8, the second electrode 402 of the present embodiment is arranged at least around the second reaction unit 41 and the second reaction unit 41 in a plan view seen from the stacking direction of the single cell 11. It has a second sealing portion 42 and. As shown in FIG. 9, the second reaction unit 41 is held in the pores 431 of the second porous body 43, which is made of a solid electrolyte having carrier ion conductivity and has pores 431. It has the second active material 411 and the like. The second sealing portion 42 has a second porous body 43 and a second sealing material 421 filled in the pores 431 of the second porous body 43.

本形態の第2電極402は、具体的には負極である。また、図8に示すように、第2電極402は、第2多孔質体43によって形作られた長方形の板状を呈している。 Specifically, the second electrode 402 of this embodiment is a negative electrode. Further, as shown in FIG. 8, the second electrode 402 has a rectangular plate shape formed by the second porous body 43.

図9に示すように、第2電極402の第2反応部41は、第2多孔質体43と、第2多孔質体43の細孔431内に保持された第2活物質411とを有している。第2反応部41の細孔431内には、第2活物質411の他に、導電助剤や、第2多孔質体43を構成する固体電解質とは異なる他の固体電解質が保持されていてもよい。 As shown in FIG. 9, the second reaction portion 41 of the second electrode 402 has a second porous body 43 and a second active material 411 held in the pores 431 of the second porous body 43. doing. In the pores 431 of the second reaction unit 41, in addition to the second active material 411, a conductive auxiliary agent and another solid electrolyte different from the solid electrolyte constituting the second porous body 43 are held. May be good.

第2多孔質体43は、第1多孔質体23と同様に、キャリアイオン伝導性を有し、かつ、電気絶縁性の固体電解質から構成されている。第2多孔質体43を構成する固体電解質は、第1多孔質体23と同一であってもよいし、異なっていてもよい。本形態の第2多孔質体43は、具体的には、ガーネット型固体電解質から構成されている。 Like the first porous body 23, the second porous body 43 is composed of a solid electrolyte having carrier ion conductivity and electrical insulation. The solid electrolyte constituting the second porous body 43 may be the same as or different from the first porous body 23. Specifically, the second porous body 43 of the present embodiment is composed of a garnet-type solid electrolyte.

第2多孔質体43は、第2活物質411や第2封孔材421を保持するための細孔431を有している。第2多孔質体43の細孔431は、連続気孔構造を有していてもよい。第2多孔質体43の気孔率は、例えば、20〜80%とすることができる。なお、第2多孔質体43の気孔率は、第1多孔質体23の気孔率と同様に、FIB/SEM(つまり、収束イオンビーム/走査型電子顕微鏡)トモグラフィー法により得られる三次元再構成像に基づいて算出される値である。 The second porous body 43 has pores 431 for holding the second active material 411 and the second sealing material 421. The pores 431 of the second porous body 43 may have a continuous pore structure. The porosity of the second porous body 43 can be, for example, 20 to 80%. The porosity of the second porous body 43 is a three-dimensional reconstruction obtained by the FIB / SEM (that is, focused ion beam / scanning electron microscope) tomography method, similarly to the porosity of the first porous body 23. It is a value calculated based on the image.

図には示さないが、本形態のように、負極として構成された第2電極402における第2活物質411が金属である場合、第2多孔質体43の内表面、つまり、第2活物質411と接する面に、金属または金属酸化物からなる被覆層が形成されていることが好ましい。この場合には、第2活物質411と多孔質体23との接触面積をより広くすることができる。その結果、第2活物質411と第2電極4との間のキャリアイオンの授受をより促進し、より高率での充放電を行うことが可能となる。 Although not shown in the figure, when the second active material 411 in the second electrode 402 configured as the negative electrode is a metal as in the present embodiment, the inner surface of the second porous body 43, that is, the second active material. It is preferable that a coating layer made of a metal or a metal oxide is formed on the surface in contact with the 411. In this case, the contact area between the second active material 411 and the porous body 23 can be made wider. As a result, the transfer of carrier ions between the second active material 411 and the second electrode 4 can be further promoted, and charging / discharging can be performed at a higher rate.

被覆層に使用し得る金属としては、例えば、金やアルミニウムなどがある。また、被覆層に使用し得る金属酸化物としては、例えば、酸化亜鉛(ZnO)、酸化アルミニウム(Al23)等がある。被覆層は、例えば、化学気相成長法や原子層堆積法、ゾル−ゲル法等の手法により形成することができる。 Examples of the metal that can be used for the coating layer include gold and aluminum. Further, examples of the metal oxide that can be used for the coating layer include zinc oxide (ZnO) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ). The coating layer can be formed by, for example, a chemical vapor deposition method, an atomic layer deposition method, a sol-gel method, or the like.

第2活物質411は、第1活物質211と同様に、キャリアイオン及び第2電極402の極性に応じて適宜選択することができる。本形態の第2活物質411は、具体的には、金属リチウムである。 Similar to the first active material 211, the second active material 411 can be appropriately selected according to the polarities of the carrier ions and the second electrode 402. Specifically, the second active material 411 of this embodiment is metallic lithium.

図8に示すように、第2封孔部42は、単セル11の積層方向から視た平面視における第2反応部41の端縁に連なっている。第2封孔部42は、第1封孔部22と同様に、単セル11の積層方向から視た平面視において第2反応部41を取り囲むように配置されていてもよいし、第2反応部41の周囲の一部に配置されていてもよい。本形態の第2封孔部42は、具体的には、単セル11の積層方向から視た平面視において第2反応部41の周囲の全体にわたって設けられている。 As shown in FIG. 8, the second sealing portion 42 is connected to the edge of the second reaction portion 41 in a plan view seen from the stacking direction of the single cell 11. Like the first sealing portion 22, the second sealing portion 42 may be arranged so as to surround the second reaction portion 41 in a plan view seen from the stacking direction of the single cell 11, or the second reaction portion 42 may be arranged. It may be arranged in a part around the portion 41. Specifically, the second sealing portion 42 of the present embodiment is provided over the entire circumference of the second reaction portion 41 in a plan view viewed from the stacking direction of the single cells 11.

図8及び図9に示すように、第2封孔部42の第2多孔質体43は、第2反応部41の第2多孔質体43と一体的に形成されている。即ち、第2電極402のうち、第2多孔質体43の細孔431内に第2活物質411が保持された部分が第2反応部41となり、細孔431内に第2封孔材421が充填された部分が第2封孔部42となる。 As shown in FIGS. 8 and 9, the second porous body 43 of the second sealing portion 42 is integrally formed with the second porous body 43 of the second reaction portion 41. That is, of the second electrode 402, the portion in which the second active material 411 is held in the pores 431 of the second porous body 43 becomes the second reaction portion 41, and the second pore-sealing material 421 is contained in the pores 431. The portion filled with is the second sealing portion 42.

第2封孔部42においては、第2多孔質体43の細孔431の全部に第2封孔材421が充填されていてもよいし、細孔431の一部に第2封孔材421が充填されていてもよい。第2封孔部42内への第2活物質411の進入をより効果的に抑制する観点からは、第2封孔部42の気孔率を10%以下とすることが好ましく、5%以下とすることがより好ましい。 In the second sealing portion 42, the second sealing material 421 may be filled in all of the pores 431 of the second porous body 43, or a part of the pores 431 may be filled with the second sealing material 421. May be filled. From the viewpoint of more effectively suppressing the entry of the second active material 411 into the second sealing portion 42, the porosity of the second sealing portion 42 is preferably 10% or less, preferably 5% or less. It is more preferable to do so.

なお、第2封孔部42の気孔率は、第1封孔部22の気孔率と同様に、FIB/SEM(つまり、収束イオンビーム/走査型電子顕微鏡)トモグラフィー法により得られる三次元再構成像に基づいて算出される値である。 The porosity of the second sealing portion 42 is a three-dimensional reconstruction obtained by the FIB / SEM (that is, focused ion beam / scanning electron microscope) tomography method, similarly to the porosity of the first sealing portion 22. It is a value calculated based on the image.

第2封孔材421は、第1封孔材221と同様に、細孔431内に充填可能であり、細孔431を閉鎖することができればどのような物質から構成されていてもよい。また、第2封孔材421は、第1封孔材221と同一の物質から構成されていてもよいし、第1封孔材221とは異なる物質から構成されていてもよい。 The second sealing material 421 may be made of any substance as long as it can be filled in the pores 431 and the pores 431 can be closed, similarly to the first sealing material 221. Further, the second sealing material 421 may be composed of the same substance as the first sealing material 221 or may be composed of a substance different from the first sealing material 221.

また、第2封孔材421は、第2活物質411の融点まで加熱した場合に形状を維持できる物質から構成されていることが好ましい。この場合には、二次電池106の作製過程において、溶融状態の第2活物質411を第2多孔質体43の細孔431内に充填する際に、第2封孔材421によって第2活物質411を確実にせき止めることができる。その結果、第2活物質411の漏出をより確実に抑制することができる。本形態の第2封孔材421は、具体的にはシリカガラスである。 Further, the second sealing material 421 is preferably composed of a substance that can maintain its shape when heated to the melting point of the second active material 411. In this case, in the process of manufacturing the secondary battery 106, when the second active material 411 in the molten state is filled in the pores 431 of the second porous body 43, the second active material 421 is used for the second active material. The substance 411 can be reliably dammed. As a result, the leakage of the second active material 411 can be suppressed more reliably. The second sealing material 421 of the present embodiment is specifically silica glass.

また、第2封孔材421は、電気絶縁性を有していることが好ましい。この場合には、第1封孔材221が電気絶縁性を有する場合と同様に、位置ずれによる第1電極205と第2電極402との短絡を抑制することができる。 Further, the second sealing material 421 preferably has an electrical insulating property. In this case, it is possible to suppress a short circuit between the first electrode 205 and the second electrode 402 due to misalignment, as in the case where the first sealing material 221 has electrical insulation.

本形態の二次電池106における第1電極205は硫黄からなる第1活物質211を備えた正極として構成されており、第2電極402は金属リチウムからなる第2活物質411を備えた負極として構成されている。このように、第1電極205が正極として構成され、第2電極402が負極として構成されている場合、第2電極402に保持可能なキャリアの量は第1電極205に保持可能なキャリアの量よりも多いことが好ましい。 The first electrode 205 in the secondary battery 106 of the present embodiment is configured as a positive electrode having a first active material 211 made of sulfur, and the second electrode 402 is a negative electrode having a second active material 411 made of metallic lithium. It is configured. As described above, when the first electrode 205 is configured as a positive electrode and the second electrode 402 is configured as a negative electrode, the amount of carriers that can be held by the second electrode 402 is the amount of carriers that can be held by the first electrode 205. Preferably more than.

前述した各電極205、402に保持可能なキャリアの量は、具体的には、細孔231、431のうち、キャリアイオン伝導性を有する物質に対面している部分の容積に各活物質211、411の理論容量を掛けることにより算出することができる。例えば、細孔231、431のうち多孔質体23、43に面する部分には、多孔質体23、43を介してキャリアが出入りすることができる。また、封孔材221、421がキャリアイオン伝導性を有する物質である場合には、細孔231、431のうち封孔材221、421に面する部分にもキャリアが出入りすることができる。 Specifically, the amount of carriers that can be held in each of the electrodes 205 and 402 described above is the volume of the portion of the pores 231 and 431 facing the substance having carrier ion conductivity. It can be calculated by multiplying the theoretical capacity of 411. For example, carriers can enter and exit the portions of the pores 231 and 431 facing the porous bodies 23 and 43 via the porous bodies 23 and 43. Further, when the sealing materials 221 and 421 are substances having carrier ion conductivity, carriers can enter and exit the portions of the pores 231 and 431 facing the sealing materials 221 and 421.

一方、細孔231、431のうち、例えばキャリアイオン伝導性を有する物質からなる封孔材221、421によって囲まれた部分には、封孔材221、421によってキャリアイオンの移動がさえぎられるため、キャリアが出入りすることができない。 On the other hand, among the pores 231 and 431, in the portion surrounded by the sealing materials 221 and 421 made of, for example, a substance having carrier ion conductivity, the movement of carrier ions is blocked by the sealing materials 221 and 421. Carriers cannot enter or leave.

従って、各電極205、402に完全にキャリアが充填された場合には、細孔231、431のうち、キャリアイオン伝導性を有する物質に対面している部分がキャリアで満たされることになる。それ故、細孔231、431のうち、キャリアイオン伝導性を有する物質に対面している部分の容積に各活物質211、411の理論容量を掛けた値を、各電極205、402に保持可能なキャリアの量とすることができる。 Therefore, when the electrodes 205 and 402 are completely filled with carriers, the portions of the pores 231 and 431 facing the substance having carrier ion conductivity are filled with the carriers. Therefore, the values obtained by multiplying the volume of the portions of the pores 231 and 431 facing the substance having carrier ion conductivity by the theoretical volumes of the active materials 211 and 411 can be held in the electrodes 205 and 402. The amount of carrier can be.

キャリアイオン伝導性を有する物質に対面している部分の容積は、より具体的には、以下の方法により算出することができる。即ち、まず、活物質211、411等が細孔231、431内に存在しないと仮定した場合の反応部21、41の細孔容積、つまり、反応部21、41内に存在する空間の体積と、反応部21、41内に存在する活物質211、411の体積との合計を算出する。各反応部21、41の細孔容積は、具体的には、反応部21、41における多孔質体23、43の気孔率と、反応部21、41の見掛け体積とを掛け合わせることにより算出される。 More specifically, the volume of the portion facing the substance having carrier ion conductivity can be calculated by the following method. That is, first, the pore volume of the reaction portions 21 and 41 when it is assumed that the active materials 211, 411 and the like do not exist in the pores 231 and 431, that is, the volume of the space existing in the reaction portions 21 and 41. , The total volume of the active materials 211 and 411 existing in the reaction units 21 and 41 is calculated. Specifically, the pore volume of each of the reaction parts 21 and 41 is calculated by multiplying the porosity of the porous bodies 23 and 43 in the reaction parts 21 and 41 by the apparent volume of the reaction parts 21 and 41. To.

封孔材221、421がキャリアイオン伝導性を有する物質から構成されている場合には、更に、活物質211、411等が細孔231、431内に存在しないと仮定した場合の封孔部22、42の細孔容積、つまり、封孔部22、42内に存在する空間の体積と、封孔部22、42内に存在する活物質211、411の体積との合計を算出する。各封孔部22、42の細孔容積は、反応部21、41の細孔容積と同様に、封孔部22、42における多孔質体23、43の気孔率と、封孔部22、42の見掛け体積とを掛け合わせることにより算出される。以上により算出された、反応部21、41の細孔容積と、封孔部22、42の細孔容積とを合計することにより、キャリアイオン伝導性を有する物質に対面している部分の容積を得ることができる。 When the sealing materials 221 and 421 are composed of a substance having carrier ion conductivity, the sealing portion 22 when it is assumed that the active materials 211, 411 and the like are not present in the pores 231 and 431. , 42, that is, the total of the volume of the space existing in the sealing portions 22 and 42 and the volume of the active substances 211 and 411 existing in the sealing portions 22 and 42 is calculated. The pore volumes of the sealing portions 22 and 42 are the same as the pore volumes of the reaction portions 21 and 41, the porosity of the porous bodies 23 and 43 in the sealing portions 22 and 42 and the pore volumes of the sealing portions 22 and 42. It is calculated by multiplying the apparent volume of. By summing the pore volumes of the reaction portions 21 and 41 and the pore volumes of the sealing portions 22 and 42 calculated as described above, the volume of the portion facing the substance having carrier ion conductivity can be obtained. Obtainable.

前述したように、第2電極402に保持可能なキャリアの量を第1電極205に保持可能なキャリアの量よりも多くすることにより、全てのキャリアイオンが第1電極205から第2電極402へ移動した場合においても、第2電極402で析出した金属を細孔431内に保持することができる。これにより、第2電極402で析出した金属が第2電極402の外部へ漏出することをより確実に抑制することができる。その結果、例えば過充電時における第1電極205と第2電極402との短絡をより確実に抑制することができる。 As described above, by making the amount of carriers that can be held in the second electrode 402 larger than the amount of carriers that can be held in the first electrode 205, all carrier ions are transferred from the first electrode 205 to the second electrode 402. Even when the metal is moved, the metal precipitated by the second electrode 402 can be retained in the pores 431. As a result, it is possible to more reliably suppress the metal precipitated at the second electrode 402 from leaking to the outside of the second electrode 402. As a result, for example, a short circuit between the first electrode 205 and the second electrode 402 at the time of overcharging can be more reliably suppressed.

前述した作用効果をより確実に奏する観点からは、第1電極205の細孔容積V1に対する第2電極402の細孔容積V2の比V2/V1の値を、第2活物質411の理論容量に対する第1活物質の211の理論容量の比以上とすることが好ましい。例えば、本形態の第1活物質211はリチウムがドープされた硫黄であり、その理論容量は3344mAh/cm3である。また、本形態の第2活物質411は金属リチウムであり、その理論容量は2061mAh/cm3である。従って、本形態のように、第1活物質211がリチウムがドープされた硫黄であり、第2活物質411が金属リチウムである場合、第1電極205の細孔容積V1に対する第2電極402の細孔容積V2の比V2/V1の値は、3344/2061以上であることが好ましく、1.7以上であることがより好ましい。 From the viewpoint of more reliably achieving the above-mentioned effects, the value of the ratio V 2 / V 1 of the pore volume V 2 of the second electrode 402 to the pore volume V 1 of the first electrode 205 is set to the value of the second active material 411. It is preferable that the ratio of the theoretical volume of the first active material to the theoretical volume of 211 is equal to or greater than the theoretical volume of. For example, the first active material 211 of the present embodiment is lithium doped with lithium, and its theoretical capacity is 3344 mAh / cm 3 . The second active material 411 of this embodiment is metallic lithium, and its theoretical capacity is 2061 mAh / cm 3 . Therefore, when the first active material 211 is lithium doped with lithium and the second active material 411 is metallic lithium as in the present embodiment, the second electrode 402 with respect to the pore volume V 1 of the first electrode 205 The value of the ratio V 2 / V 1 of the pore volume V 2 is preferably 3344/2061 or more, and more preferably 1.7 or more.

なお、第1電極205の細孔容積V1は、前述した方法により算出した、第1反応部21の細孔容積と第1封孔部22の細孔容積とを合計することにより算出することができる。同様に、第2電極402の細孔容積V2は、前述した方法により算出した、第2反応部41の細孔容積と第2封孔部42の細孔容積とを合計することにより算出することができる。 The pore volume V 1 of the first electrode 205 is calculated by summing the pore volume of the first reaction portion 21 and the pore volume of the first sealing portion 22 calculated by the method described above. Can be done. Similarly, the pore volume V 2 of the second electrode 402 is calculated by summing the pore volume of the second reaction portion 41 and the pore volume of the second sealing portion 42 calculated by the method described above. be able to.

(実験例1)
本例では、種々の試験体を作製し、封孔部22、42による活物質211、411の漏出抑制効果の評価を行った。試験体の作製方法及び評価方法、評価結果を以下に説明する。
(Experimental Example 1)
In this example, various test specimens were prepared, and the effect of suppressing leakage of the active materials 211 and 411 by the sealing portions 22 and 42 was evaluated. The preparation method, evaluation method, and evaluation result of the test piece will be described below.

・試験体T1
試験体T1は、第1電極205が正極、第2電極4を負極として構成された二次電池である。試験体T1の第1電極205は、第1反応部21と、第1反応部21の周囲の全体にわたって配置された第1封孔部22とを有している。第1反応部21は、固体電解質としてのLLZからなる第1多孔質体23と、第1活物質211としての硫黄(S)とを有している。第1封孔部22は、第1多孔質体23と、第1封孔材221としてのシリカガラスとを有している。また、試験体T1のセパレータ3はLLZから構成されており、第2電極4は金属リチウム(Li)板である。
・ Specimen T1
The test body T1 is a secondary battery in which the first electrode 205 is a positive electrode and the second electrode 4 is a negative electrode. The first electrode 205 of the test body T1 has a first reaction portion 21 and a first sealing portion 22 arranged over the entire circumference of the first reaction portion 21. The first reaction unit 21 has a first porous body 23 made of LLZ as a solid electrolyte and sulfur (S) as a first active material 211. The first sealing portion 22 has a first porous body 23 and silica glass as a first sealing material 221. Further, the separator 3 of the test body T1 is composed of LLZ, and the second electrode 4 is a metallic lithium (Li) plate.

試験体T1を作製するに当たっては、まず、LLZの粉末とバインダとを含むセパレータ用混合物を準備した。このセパレータ用混合物を、アプリケータを用いてシート状に成形し、セパレータ3のグリーンシートを作製した。これとは別に、LLZの粉末、バインダ及び造孔材を含む電極用混合物を準備した。この電極用混合物を、アプリケータを用いてシート状に成形し、第1電極205のグリーンシートを作製した。セパレータ3のグリーンシート及び第1電極205のグリーンシートの厚みは、いずれも300μmとした。 In preparing the test body T1, first, a mixture for a separator containing LLZ powder and a binder was prepared. This separator mixture was molded into a sheet using an applicator to prepare a green sheet for the separator 3. Separately, a mixture for electrodes containing LLZ powder, binder and pore-forming material was prepared. This electrode mixture was molded into a sheet using an applicator to prepare a green sheet for the first electrode 205. The thickness of the green sheet of the separator 3 and the green sheet of the first electrode 205 were both set to 300 μm.

このようにして形成したセパレータ3のグリーンシートと第1電極205のグリーンシートとを所望の大きさに切断し、両者を重ね合わせた。次いで、セパレータ3のグリーンシートと第1電極205のグリーンシートと温間等方圧プレスによって密着させた後、大気雰囲気中で焼成し、セパレータ3と第1多孔質体23との積層体10を得た。なお、焼成後の第1多孔質体23の気孔率、つまり、第1活物質211や第1封孔材221が細孔231内に充填されていない状態の気孔率は50%であった。 The green sheet of the separator 3 and the green sheet of the first electrode 205 formed in this way were cut to a desired size, and both were overlapped. Next, the green sheet of the separator 3 and the green sheet of the first electrode 205 are brought into close contact with each other by a warm isotropic press, and then fired in an air atmosphere to form a laminate 10 of the separator 3 and the first porous body 23. Obtained. The porosity of the first porous body 23 after firing, that is, the porosity of the first active material 211 and the first sealing material 221 in a state where the pores 231 were not filled was 50%.

次に、ディスペンサーを用い、第1多孔質体23の外周全体にシリカガラス粉末を含むペーストを塗布した。その後、積層体10を加熱してシリカガラス粉末を溶融させることにより、第1多孔質体23の外周に存在する細孔231内に第1封孔材221としてのシリカガラスを充填した。以上により、第1多孔質体23の外周全体に第1封孔部22を形成した。 Next, using a dispenser, a paste containing silica glass powder was applied to the entire outer circumference of the first porous body 23. Then, by heating the laminated body 10 to melt the silica glass powder, the silica glass as the first sealing material 221 was filled in the pores 231 existing on the outer periphery of the first porous body 23. As described above, the first sealing portion 22 was formed on the entire outer circumference of the first porous body 23.

第1封孔部22を形成した後、第1多孔質体23上に、硫黄を含むグリーンシートを重ね合わせた。このグリーンシートを150℃に加熱することにより硫黄を溶融させ、第1多孔質体23の細孔231内に第1活物質211としての硫黄を充填した。以上により、第1封孔部22に囲まれた部分に第1反応部21を形成した。 After forming the first sealing portion 22, a green sheet containing sulfur was superposed on the first porous body 23. Sulfur was melted by heating this green sheet to 150 ° C., and the pores 231 of the first porous body 23 were filled with sulfur as the first active material 211. As described above, the first reaction portion 21 was formed in the portion surrounded by the first sealing portion 22.

次に、セパレータ3の表面に、スパッタによって金の薄膜を形成した。この薄膜上に金属リチウム板からなる第2電極4を配置し、試験体T1を得た。 Next, a gold thin film was formed on the surface of the separator 3 by sputtering. A second electrode 4 made of a metallic lithium plate was placed on this thin film to obtain a test piece T1.

・試験体T2
試験体T2は、第1封孔部22を有しない以外は試験体T1と同様の構成を有している。試験体T2の作製方法は、第1封孔部22を形成する作業を行わない以外は、試験体T1と同様である。
・ Specimen T2
The test body T2 has the same configuration as the test body T1 except that it does not have the first sealing portion 22. The method for producing the test body T2 is the same as that of the test body T1 except that the work of forming the first sealing portion 22 is not performed.

・試験体T3
試験体T3は、第1活物質211としてコバルト酸リチウム(LCO)を使用した以外は、試験体T1と同様の構成を有している。試験体T3の作製方法は、第1活物質211を充填する作業において、コバルト酸リチウムの前駆体溶液を細孔231内に注入した後、前駆体溶液を焼成して細孔内にコバルト酸リチウムを形成した以外は、試験体T1と同様である。
・ Specimen T3
The test body T3 has the same structure as the test body T1 except that lithium cobalt oxide (LCO) is used as the first active material 211. In the method of preparing the test body T3, in the work of filling the first active material 211, a precursor solution of lithium cobalt oxide is injected into the pores 231 and then the precursor solution is calcined into the pores of lithium cobalt oxide. It is the same as the test piece T1 except that the test piece T1 is formed.

・試験体T4
試験体T4は、第1封孔部22を有しない以外は試験体T3と同様の構成を有している。試験体T4の作製方法は、第1封孔部22を形成する作業を行わない以外は、試験体T3と同様である。
・ Specimen T4
The test body T4 has the same configuration as the test body T3 except that it does not have the first sealing portion 22. The method for producing the test body T4 is the same as that of the test body T3 except that the work of forming the first sealing portion 22 is not performed.

・試験体T5
試験体T5においては、第1封孔材221として低密度ポリエチレンを使用しようとした。試験体T5の作製に当たっては、試験体T1と同様の方法によりセパレータ3と第1多孔質体23との積層体10を作製した後、第1多孔質体23の外周に存在する細孔231内に溶融した低密度ポリエチレンを充填した。その後、試験体T1と同様の方法により、第1活物質211としての硫黄を細孔231内に充填する作業を行った。
・ Specimen T5
In the test body T5, low density polyethylene was tried to be used as the first sealing material 221. In the preparation of the test body T5, after the laminate 10 of the separator 3 and the first porous body 23 is prepared by the same method as the test body T1, the inside of the pores 231 existing on the outer periphery of the first porous body 23 Was filled with molten low density polyethylene. Then, the operation of filling the pores 231 with sulfur as the first active material 211 was performed by the same method as that of the test piece T1.

しかし、試験体T5において使用した低密度ポリエチレンの融点は約90℃であり、硫黄の融点である約150℃よりも低い。そのため、硫黄を溶融させる過程で低密度ポリエチレンが溶融し、硫黄によって低密度ポリエチレンが第1多孔質体23の外部へ押し出された。更に、第1多孔質体23の外周に低密度ポリエチレンが存在しなくなった結果、第1活物質211としての硫黄が第1多孔質体23の外部へ漏出した。 However, the melting point of the low-density polyethylene used in the test piece T5 is about 90 ° C., which is lower than the melting point of sulfur, which is about 150 ° C. Therefore, the low-density polyethylene was melted in the process of melting the sulfur, and the low-density polyethylene was pushed out of the first porous body 23 by the sulfur. Further, as a result of the absence of low-density polyethylene on the outer periphery of the first porous body 23, sulfur as the first active material 211 leaked to the outside of the first porous body 23.

・試験体T6
試験体T6は、第1電極205が正極、第2電極402を負極として構成された単セル11である。試験体T6の第1電極205及びセパレータ3は、試験体T1と同様の構成を有している。試験体T6の第2電極402は、第2反応部41と、第2反応部41の周囲の全体にわたって配置された第2封孔部42とを有している。第2反応部41は、固体電解質としてのLLZからなる第2多孔質体43と、第2活物質411としての金属リチウムとを有している。第2封孔部42は、第2多孔質体43と、第2封孔材421としてのシリカガラスとを有している。
・ Specimen T6
The test body T6 is a single cell 11 in which the first electrode 205 is a positive electrode and the second electrode 402 is a negative electrode. The first electrode 205 and the separator 3 of the test body T6 have the same configuration as the test body T1. The second electrode 402 of the test body T6 has a second reaction portion 41 and a second sealing portion 42 arranged over the entire circumference of the second reaction portion 41. The second reaction unit 41 has a second porous body 43 made of LLZ as a solid electrolyte and metallic lithium as a second active material 411. The second sealing portion 42 has a second porous body 43 and silica glass as a second sealing material 421.

試験体T6を作製するに当たっては、まず、LLZの粉末とバインダとを含むセパレータ用混合物を準備した。このセパレータ用混合物を、アプリケータを用いてシート状に成形し、セパレータ3のグリーンシートを作製した。これとは別に、LLZの粉末、バインダ及び造孔材を含む電極用混合物を準備した。この電極用混合物を、アプリケータを用いてシート状に成形し、第1電極205及び第2電極402のグリーンシートを作製した。第1電極205のグリーンシート、セパレータ3のグリーンシート及び第2電極402のグリーンシートの厚みは、いずれも300μmとした。 In preparing the test body T6, first, a mixture for a separator containing LLZ powder and a binder was prepared. This separator mixture was molded into a sheet using an applicator to prepare a green sheet for the separator 3. Separately, a mixture for electrodes containing LLZ powder, binder and pore-forming material was prepared. This electrode mixture was molded into a sheet using an applicator to prepare a green sheet for the first electrode 205 and the second electrode 402. The thickness of the green sheet of the first electrode 205, the green sheet of the separator 3, and the green sheet of the second electrode 402 were all set to 300 μm.

これら3枚のグリーンシートを所望の大きさに切断した後、第1電極205のグリーンシート、セパレータ3のグリーンシート及び第2電極402のグリーンシートの順に重ね合わせた。次いで、3枚のグリーンシートを温間等方圧プレスによって密着させた後、大気雰囲気中で焼成し、第1多孔質体23、セパレータ3及び第2多孔質体43が順次積層された3層構造の積層体10を得た。なお、焼成後の第1多孔質体23の気孔率及び第2多孔質体43の気孔率は、いずれも50%であった。 After cutting these three green sheets to a desired size, the green sheet of the first electrode 205, the green sheet of the separator 3, and the green sheet of the second electrode 402 were superposed in this order. Next, the three green sheets were brought into close contact with each other by a warm isotropic press, and then fired in an air atmosphere to form a three-layer structure in which the first porous body 23, the separator 3, and the second porous body 43 were sequentially laminated. A laminated body 10 having a structure was obtained. The porosity of the first porous body 23 and the porosity of the second porous body 43 after firing were both 50%.

次に、ディスペンサーを用い、第1多孔質体23の外周全体及び第2多孔質体43の外周全体にシリカガラス粉末を含むペーストを塗布した。その後、積層体10を加熱してシリカガラス粉末を溶融させることにより、これらの多孔質体23、43の外周に存在する細孔231、431内にシリカガラスを充填した。以上により、第1多孔質体23の外周に第1封孔部22を形成すると共に、第2多孔質体43の外周に第2封孔部42を形成した。 Next, using a dispenser, a paste containing silica glass powder was applied to the entire outer circumference of the first porous body 23 and the entire outer circumference of the second porous body 43. Then, by heating the laminated body 10 to melt the silica glass powder, the silica glass was filled in the pores 231 and 431 existing on the outer periphery of these porous bodies 23 and 43. As described above, the first sealing portion 22 was formed on the outer periphery of the first porous body 23, and the second sealing portion 42 was formed on the outer periphery of the second porous body 43.

第1封孔部22及び第2封孔部42を形成した後、第2多孔質体43上に、金属リチウム箔を重ね合わせた。この金属リチウム箔を不活性ガス雰囲気中で200℃に加熱することにより金属リチウムを溶融させ、第2多孔質体43の細孔431内に第2活物質411としての金属リチウムを充填した。以上により、第2封孔部42に囲まれた部分に第2反応部41を形成した。 After forming the first sealing portion 22 and the second sealing portion 42, a metallic lithium foil was superposed on the second porous body 43. The metallic lithium foil was heated to 200 ° C. in an inert gas atmosphere to melt the metallic lithium, and the pores 431 of the second porous body 43 were filled with metallic lithium as the second active material 411. As described above, the second reaction portion 41 was formed in the portion surrounded by the second sealing portion 42.

その後、第1多孔質体23上に、硫黄を含むグリーンシートを重ね合わせた。このグリーンシートを不活性ガス雰囲気中150℃以上200℃未満の温度に加熱することにより、第2反応部41の金属リチウムを保持しつつ、第1多孔質体23の細孔231内に第1活物質211としての硫黄を充填した。以上により、第1封孔部22に囲まれた部分に第1反応部21を形成し、試験体T6を得た。 Then, a green sheet containing sulfur was superposed on the first porous body 23. By heating this green sheet to a temperature of 150 ° C. or higher and lower than 200 ° C. in an inert gas atmosphere, the first one is formed in the pores 231 of the first porous body 23 while retaining the metallic lithium of the second reaction unit 41. It was filled with sulfur as the active material 211. As described above, the first reaction portion 21 was formed in the portion surrounded by the first sealing portion 22, and the test body T6 was obtained.

・試験体T7
試験体T7は、第1封孔材221及び第2封孔材421としてポリフェニレンサルファイド(PPS)を使用した以外は、試験体T6と同様の構成を有している。試験体T7の作製方法は、第1封孔材221及び第2封孔材421を充填する作業において、溶融したPPSを細孔231、431内に充填した以外は、試験体T6と同様である。
・ Specimen T7
The test body T7 has the same configuration as the test body T6 except that polyphenylene sulfide (PPS) is used as the first sealing material 221 and the second sealing material 421. The method for producing the test body T7 is the same as that of the test body T6 except that the molten PPS is filled in the pores 231 and 431 in the work of filling the first sealing material 221 and the second sealing material 421. ..

・試験体T8
試験体T8は、第1封孔材221及び第2封孔材421としてバナジウム(V)系低融点ガラスを使用した以外は、試験体T6と同様の構成を有している。試験体T8の作製方法は、第1封孔材221及び第2封孔材421を充填する作業において、溶融したバナジウム系低融点ガラスを細孔231、431内に充填した以外は、試験体T6と同様である。
・ Specimen T8
The test body T8 has the same configuration as the test body T6 except that vanadium (V) -based low melting point glass is used as the first sealing material 221 and the second sealing material 421. The test body T8 is produced in the test body T6 except that the pores 231 and 431 are filled with molten vanadium-based low melting point glass in the work of filling the first sealing material 221 and the second sealing material 421. Is similar to.

・試験体T9
試験体T9は、第1封孔材221及び第2封孔材421としてビスマス(Bi)系低融点ガラスを使用した以外は、試験体T6と同様の構成を有している。試験体T9の作製方法は、第1封孔材221及び第2封孔材421を充填する作業において、溶融したビスマス系低融点ガラスを細孔231、431内に充填した以外は、試験体T6と同様である。
・ Specimen T9
The test body T9 has the same configuration as the test body T6 except that bismuth (Bi) -based low melting point glass is used as the first sealing material 221 and the second sealing material 421. The test body T9 is prepared in the test body T6 except that the pores 231 and 431 are filled with molten bismuth-based low melting point glass in the work of filling the first sealing material 221 and the second sealing material 421. Is similar to.

・試験体T10
試験体T10は、第1封孔材221及び第2封孔材421として鉛(Pb)系低融点ガラスを使用した以外は、試験体T6と同様の構成を有している。試験体T10の作製方法は、第1封孔材221及び第2封孔材421を充填する作業において、溶融した鉛系低融点ガラスを細孔231、431内に充填した以外は、試験体T6と同様である。
・ Specimen T10
The test body T10 has the same configuration as the test body T6 except that lead (Pb) -based low melting point glass is used as the first sealing material 221 and the second sealing material 421. The method for producing the test body T10 is the test body T6 except that the pores 231 and 431 are filled with molten lead-based low melting point glass in the work of filling the first sealing material 221 and the second sealing material 421. Is similar to.

・試験体T11
試験体T11においては、第1封孔材221及び第2封孔材421としてポリプロピレン(PP)を使用しようとした。試験体T11の作製に当たっては、試験体T6と同様の方法により第1多孔質体23、セパレータ3及び第2多孔質体43を備えた積層体10を作製した後、第1多孔質体23の外周及び第2多孔質体43の外周に存在する細孔231、431内に溶融したポリプロピレンを充填した。その後、試験体T1と同様の方法により、第2活物質411としての金属リチウムを細孔431内に充填する作業を行った。
・ Specimen T11
In the test body T11, polypropylene (PP) was tried to be used as the first sealing material 221 and the second sealing material 421. In the preparation of the test body T11, after preparing the laminated body 10 having the first porous body 23, the separator 3 and the second porous body 43 by the same method as the test body T6, the first porous body 23 The pores 231 and 431 existing on the outer circumference and the outer circumference of the second porous body 43 were filled with molten polypropylene. Then, the work of filling the pores 431 with metallic lithium as the second active material 411 was performed by the same method as that of the test piece T1.

しかし、試験体T11において使用したポリプロピレンの融点は約150℃であり、金属リチウムの融点である約200℃よりも低い。そのため、金属リチウムを溶融させる過程でポリプロピレンが溶融し、金属リチウムによってポリプロピレンが第2多孔質体43の外部へ押し出された。更に、第2多孔質体43の外周にポリプロピレンが存在しなくなった結果、第2活物質411としての金属リチウムが第2多孔質体43の外部へ漏出した。 However, the melting point of polypropylene used in the test piece T11 is about 150 ° C., which is lower than the melting point of metallic lithium, which is about 200 ° C. Therefore, polypropylene was melted in the process of melting the metallic lithium, and the polypropylene was pushed out of the second porous body 43 by the metallic lithium. Further, as a result of the absence of polypropylene on the outer periphery of the second porous body 43, metallic lithium as the second active material 411 leaked to the outside of the second porous body 43.

本例において、封孔材221、421による活物質211、411の漏出抑制効果は充放電特性に基づいて評価した。具体的には、各試験体の第1電極205と第2電極4、402との間に電源装置を接続した。そして、充電レートを0.1Cとし、試験体の電圧が2.6Vに達するまで充電を行い、次いで、放電レートを0.1Cとし、試験体の電圧が1.0Vに達するまで放電を行った。表1及び表2の「充放電試験(0.1C)」欄には、充放電が可能であった場合には記号「A」、不可能であった場合には記号「B」を記載した。 In this example, the leak suppressing effect of the active materials 211 and 411 by the sealing materials 221, 421 was evaluated based on the charge / discharge characteristics. Specifically, a power supply device was connected between the first electrode 205 and the second electrodes 4, 402 of each test piece. Then, the charging rate was set to 0.1C, charging was performed until the voltage of the test piece reached 2.6V, and then the discharge rate was set to 0.1C, and discharging was performed until the voltage of the test piece reached 1.0V. .. In the "Charge / Discharge Test (0.1C)" column of Tables 1 and 2, the symbol "A" is described when charging / discharging is possible, and the symbol "B" is described when charging / discharging is not possible. ..

封孔材221、421の作用効果の評価においては、0.1Cの充放電レートにおいて充放電が可能であった記号「A」の場合を、短絡が生じていないため合格と判定し、充放電が不可能であった記号「B」の場合を、活物質211、411の漏出によって第1電極205と第2電極402とが短絡したため不合格と判定した。 In the evaluation of the action and effect of the sealing materials 221 and 421, the case of the symbol "A" in which charging / discharging was possible at a charging / discharging rate of 0.1C was judged to be acceptable because no short circuit occurred, and charging / discharging was performed. In the case of the symbol "B", which was impossible, it was determined that the test was rejected because the first electrode 205 and the second electrode 402 were short-circuited due to leakage of the active materials 211 and 411.

Figure 2021015779
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Figure 2021015779
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試験体T1、試験体T3及び試験体T6〜T10においては、多孔質体23、43の周囲に存在する細孔231、431が封孔材221、421によって閉鎖されていた。そのため、試験体の作製過程において、多孔質体23、43の内部から外部への活物質211、411の漏出が起こらなかった。表1及び表2に示すように、これらの試験体は、0.1Cの充放電レートで充放電を行うことができた。これらの結果から、試験体T1、試験体T3及び試験体T6〜T10のように反応部21、41の周囲に封孔部22、42を配置することにより、活物質211、411の漏出による第1電極205と第2電極4、402との短絡を抑制可能であることが理解できる。 In the test bodies T1, the test bodies T3, and the test bodies T6 to T10, the pores 231 and 431 existing around the porous bodies 23 and 43 were closed by the sealing materials 221, 421. Therefore, in the process of preparing the test body, the active materials 211 and 411 did not leak from the inside to the outside of the porous bodies 23 and 43. As shown in Tables 1 and 2, these test specimens were able to be charged and discharged at a charge / discharge rate of 0.1C. From these results, by arranging the sealing portions 22 and 42 around the reaction portions 21 and 41 as in the test specimens T1, the test specimens T3 and the test specimens T6 to T10, the active materials 211 and 411 leak out. It can be understood that the short circuit between the 1-electrode 205 and the 2nd electrodes 4, 402 can be suppressed.

一方、試験体T2及び試験体T4においては、第1多孔質体23の細孔231が、単セル11の積層方向から視た平面視における外周端縁に開口していた。そのため、試験体の作製過程において、第1多孔質体23の内部から外部への活物質211の漏出が起こった。表1及び表2に示すように、これらの試験体は、0.1Cの充放電レートで充放電を行うことができなかった。 On the other hand, in the test body T2 and the test body T4, the pores 231 of the first porous body 23 were open to the outer peripheral edge in the plan view from the stacking direction of the single cell 11. Therefore, in the process of producing the test body, the active material 211 leaked from the inside to the outside of the first porous body 23. As shown in Tables 1 and 2, these test specimens could not be charged / discharged at a charge / discharge rate of 0.1C.

また、試験体T5及び試験体T10においては、前述したように、ポリエチレンやポリプロピレンが活物質211、411の充填作業中に溶融したため、多孔質体23、43の周囲に封孔部22、42を形成することができなかった。そのため、これらの試験体は、試験体の作製過程において多孔質体23、43の内部から外部への活物質211、411の漏出が起こり、0.1Cの充放電レートで充放電を行うことができなかった。 Further, in the test body T5 and the test body T10, as described above, polyethylene and polypropylene were melted during the filling operation of the active materials 211 and 411, so that the sealing portions 22 and 42 were formed around the porous bodies 23 and 43. Could not be formed. Therefore, in these test bodies, the active materials 211 and 411 leak from the inside to the outside of the porous bodies 23 and 43 in the process of preparing the test bodies, and charging / discharging may be performed at a charging / discharging rate of 0.1C. could not.

(実験例2)
本例では、電気絶縁性の封孔材221、421または電気伝導性の封孔材221、421のいずれかを使用して試験体を作製し、作製過程における短絡抑制効果の評価を行った。本例では、実験例1における試験体T6を使用した他、新たに2種の試験体を作製した。試験体の作製方法及び評価方法、評価結果を以下に説明する。
・試験体T12
試験体T12は、第1封孔材221及び第2封孔材421としてLLZを使用した以外は、試験体T6と同様の構成を有している。試験体T12の作製方法は、以下の通りである。まず、LLZの粉末とバインダとを含むセパレータ用混合物と、LLZの粉末、バインダ及び造孔材を含む電極用混合物とを準備した。次に、アプリケータを用いて電極用混合物をシート状に成形し、第1反応部21のグリーンシートを作製した。次いで、第1反応部21のグリーンシートの周囲に、アプリケータを用いてセパレータ用混合物をシート状に成形し、第1封孔部22のグリーンシートを配置した。
(Experimental Example 2)
In this example, a test piece was prepared using any of the electrically insulating sealing materials 221 and 421 or the electrically conductive sealing materials 221 and 421, and the short-circuit suppressing effect in the manufacturing process was evaluated. In this example, in addition to using the test body T6 in Experimental Example 1, two new test bodies were prepared. The preparation method, evaluation method, and evaluation result of the test piece will be described below.
・ Specimen T12
The test body T12 has the same configuration as the test body T6 except that LLZ is used as the first sealing material 221 and the second sealing material 421. The method for producing the test body T12 is as follows. First, a separator mixture containing LLZ powder and a binder and an electrode mixture containing LLZ powder, a binder and a pore-forming material were prepared. Next, the mixture for electrodes was molded into a sheet using an applicator to prepare a green sheet for the first reaction section 21. Next, a separator mixture was formed into a sheet around the green sheet of the first reaction section 21 using an applicator, and the green sheet of the first sealing section 22 was placed.

以上により得られた第1電極205のグリーンシート上に、アプリケータを用いてセパレータ用混合物をシート状に成形しつつ重ね合わせ、セパレータ3のグリーンシートを積層した。更に、セパレータ3のグリーンシート上に、第1電極205のグリーンシートと同様の手順により、第2反応部41のグリーンシートと、第2封孔部42のグリーンシートと備えた第2電極402のグリーンシートを積層した。第1電極205のグリーンシート、セパレータ3のグリーンシート及び第2電極402のグリーンシートの厚みは、いずれも300μmとした。 On the green sheet of the first electrode 205 obtained as described above, the separator mixture was formed into a sheet by using an applicator and superposed, and the green sheet of the separator 3 was laminated. Further, on the green sheet of the separator 3, the second electrode 402 provided with the green sheet of the second reaction section 41 and the green sheet of the second sealing portion 42 by the same procedure as the green sheet of the first electrode 205. The green sheets were laminated. The thickness of the green sheet of the first electrode 205, the green sheet of the separator 3, and the green sheet of the second electrode 402 were all set to 300 μm.

次いで、これら3層のグリーンシートを温間等方圧プレスによって密着させた後、大気雰囲気中で焼成し、第1多孔質体23、セパレータ3及び第2多孔質体43が順次積層されるとともに、第1多孔質体23及び第2多孔質体43の周囲にそれぞれ第1封孔部22及び第2封孔部42が設けられた3層構造の積層体10を得た。 Next, these three layers of green sheets are brought into close contact with each other by a warm isotropic press, and then fired in an air atmosphere, so that the first porous body 23, the separator 3, and the second porous body 43 are sequentially laminated. , A three-layered laminated body 10 in which the first sealing portion 22 and the second sealing portion 42 were provided around the first porous body 23 and the second porous body 43, respectively, was obtained.

その後、試験体T6と同様の方法により、第2多孔質体43の細孔431内に金属リチウムを充填し、次いで第1多孔質体23の細孔231内に硫黄を充填した。以上により、試験体T12を得た。 Then, the pores 431 of the second porous body 43 were filled with metallic lithium by the same method as that of the test body T6, and then the pores 231 of the first porous body 23 were filled with sulfur. From the above, a test body T12 was obtained.

・試験体T13
試験体T13は、第1封孔材221及び第2封孔材421として低融点銅合金を使用した以外は、試験体T6と同様の構成を有している。試験体T13を作製するに当たっては、第1封孔材221及び第2封孔材421を充填する作業において、低融点銅合金のペーストを細孔231、431内に充填した後、ペーストを焼成して低融点銅合金を溶融させた。以上により細孔231、431を低融点銅合金で閉鎖した以外は、試験体T6と同様の方法により試験体T13を作製した。
・ Specimen T13
The test body T13 has the same configuration as the test body T6 except that a low melting point copper alloy is used as the first sealing material 221 and the second sealing material 421. In preparing the test body T13, in the work of filling the first sealing material 221 and the second sealing material 421, the paste of the low melting point copper alloy was filled in the pores 231 and 431, and then the paste was fired. The low melting point copper alloy was melted. As described above, the test body T13 was prepared by the same method as the test body T6 except that the pores 231 and 431 were closed with the low melting point copper alloy.

本例において、作製過程における短絡抑制効果は、短絡の発生率に基づいて評価した。具体的には、各試験体を5個作製し、実験例1と同様の方法により充放電試験を行った。そして、短絡の発生率、つまり、作製した試験体の数に対する、0.1Cでの充放電が不可能であった試験体の数の比率を算出した。表3の「短絡の発生率」に、各試験体における短絡の発生率を示す。 In this example, the short-circuit suppressing effect in the manufacturing process was evaluated based on the occurrence rate of short-circuits. Specifically, five test pieces were prepared and a charge / discharge test was performed by the same method as in Experimental Example 1. Then, the occurrence rate of short circuits, that is, the ratio of the number of test bodies that could not be charged and discharged at 0.1 C to the number of manufactured test bodies was calculated. The “short circuit occurrence rate” in Table 3 shows the short circuit occurrence rate in each test piece.

Figure 2021015779
Figure 2021015779

表3に示したように、電気絶縁性の封孔材221、421を使用した試験体T6及び試験体T12においては、短絡の発生を防止することができた。一方、試験体T13は、導電性を有する封孔材221、421を使用したため、試験体T6及び試験体T12に比べて短絡の発生率が高くなった。 As shown in Table 3, in the test body T6 and the test body T12 using the electrically insulating sealing materials 221 and 421, the occurrence of a short circuit could be prevented. On the other hand, since the test body T13 uses the conductive sealing materials 221 and 421, the occurrence rate of short circuit is higher than that of the test body T6 and the test body T12.

(実験例3)
本例では、封孔部22、42の気孔率を種々の値に調整して試験体を作製し、活物質211、411の漏出抑制効果の評価を行った。
(Experimental Example 3)
In this example, the porosity of the sealing portions 22 and 42 was adjusted to various values to prepare a test body, and the leakage suppressing effect of the active materials 211 and 411 was evaluated.

・試験体T14、試験体T15
試験体T14及び試験体T15は、第1封孔部22の気孔率及び第2封孔部42の気孔率を表4に示す値にした以外は、試験体T12と同様の構成を有している。これらの試験体の作製方法は、第1封孔材221及び第2封孔材421のグリーンシートを形成する際に、LLZの粉末、バインダ及び造孔材を含む混合物を使用して気孔率を調節した以外は、試験体T12と同様である。
-Test body T14, test body T15
The test body T14 and the test body T15 have the same configuration as the test body T12 except that the porosity of the first sealing portion 22 and the porosity of the second sealing portion 42 are set to the values shown in Table 4. There is. In the method for producing these test specimens, when forming the green sheet of the first sealing material 221 and the second sealing material 421, a mixture containing LLZ powder, a binder and a pore-forming material is used to determine the porosity. It is the same as the test body T12 except that it is adjusted.

本例における活物質211、411の漏出抑制効果は、実験例2と同様に、短絡の発生率に基づいて評価した。表4の「短絡の発生率」に、各試験体における短絡の発生率を示す。 The leak suppressing effect of the active materials 211 and 411 in this example was evaluated based on the occurrence rate of short circuits as in Experimental Example 2. The “short circuit occurrence rate” in Table 4 shows the short circuit occurrence rate in each test piece.

Figure 2021015779
Figure 2021015779

表4に示した結果によれば、封孔部22、42の気孔率を10%以下とすることにより、作製過程における活物質211、411の漏出をより効果的に抑制することが可能であることが理解できる。 According to the results shown in Table 4, by setting the porosity of the sealing portions 22 and 42 to 10% or less, it is possible to more effectively suppress the leakage of the active materials 211 and 411 in the manufacturing process. Can be understood.

(実験例4)
本例では、封孔部22、42の気孔率及び第1電極205の細孔容積と第2電極402の細孔容積との比を、電極205、402の厚みや気孔率を変化させることにより種々の値に調整して試験体を作製し、過充電時の短絡抑制効果の評価を行った。本例では、実験例2における試験体T12を使用した他、新たに3種の試験体を作製した。試験体の作製方法及び評価方法、評価結果を以下に説明する。
(Experimental Example 4)
In this example, the porosity of the sealing portions 22 and 42 and the ratio of the pore volume of the first electrode 205 to the pore volume of the second electrode 402 are changed by changing the thickness and the porosity of the electrodes 205 and 402. Specimens were prepared by adjusting to various values, and the short-circuit suppression effect at the time of overcharging was evaluated. In this example, in addition to using the test body T12 in Experimental Example 2, three new test bodies were prepared. The preparation method, evaluation method, and evaluation result of the test piece will be described below.

・試験体T16
試験体T16は、第1封孔部22の気孔率及び第2封孔部42の気孔率を5%にするとともに、第1電極205の細孔容積V1と第2電極402の細孔容積V2との比V2/V1の値を表5に示す値にした以外は、試験体T12と同様の構成を有している。試験体T16の作製方法は、第1封孔材221及び第2封孔材421のグリーンシートを形成する際に、LLZの粉末、バインダ及び造孔材を含む混合物を使用して気孔率を調節し、さらに第2電極402の厚みを第1電極205の厚みの1.7倍にすることによって細孔431の容積を1.7倍にした以外は、試験体T12と同様である。
・ Specimen T16
In the test body T16, the porosity of the first sealing portion 22 and the porosity of the second sealing portion 42 are set to 5%, and the pore volume V 1 of the first electrode 205 and the pore volume of the second electrode 402 are set to 5%. except that the value of the ratio V 2 / V 1 with V 2 and to the values shown in Table 5 has the same configuration as the specimen T12. The method for producing the test piece T16 is to adjust the porosity by using a mixture containing LLZ powder, a binder and a pore-forming material when forming a green sheet of the first sealing material 221 and the second sealing material 421. Further, the thickness of the second electrode 402 is 1.7 times the thickness of the first electrode 205, thereby increasing the volume of the pores 431 by 1.7 times, which is the same as that of the test body T12.

・試験体T17
試験体T17は、第1電極205の細孔容積V1と、第2電極402の細孔容積V2との比V2/V1の値を表5に示す値にした以外は、試験体T12と同様の構成を有している。試験体T17の作製方法は、第2電極402の厚みを第1電極205の厚みの1.7倍にすることによって細孔431の容積を1.7倍にした以外は、試験体T12と同様である。
・ Specimen T17
Specimen T17 has a pore volume V 1 of the first electrode 205, the value of the ratio V 2 / V 1 of the the pore volume V 2 of the second electrode 402 except that the values shown in Table 5, the test body It has the same configuration as T12. The method for producing the test body T17 is the same as that of the test body T12, except that the volume of the pore 431 is increased by 1.7 times by increasing the thickness of the second electrode 402 by 1.7 times the thickness of the first electrode 205. Is.

・試験体T18
試験体T18は、第1電極205の細孔容積V1と、第2電極402の細孔容積V2との比V2/V1の値を表5に示す値にした以外は、試験体T12と同様の構成を有している。試験体T18の作製方法は、第2多孔質体43の気孔率を第1多孔質体23の1.7倍にすることによって細孔431の容積を1.7倍にした以外は、試験体T12と同様である。
・ Specimen T18
Specimen T18 has a pore volume V 1 of the first electrode 205, the value of the ratio V 2 / V 1 of the the pore volume V 2 of the second electrode 402 except that the values shown in Table 5, the test body It has the same configuration as T12. The test body T18 was prepared except that the volume of the pores 431 was increased by 1.7 times by increasing the porosity of the second porous body 43 by 1.7 times that of the first porous body 23. It is the same as T12.

本例において、過充電時の短絡抑制効果の評価は、以下の方法により行った。まず、各試験体の第1電極205と第2電極4、402との間に電源装置を接続した。そして、充電レートを0.1Cとし、試験体の電圧が3.2Vに達するまで充電を行い、短絡の有無を評価した。表1及び表2の「過充電試験」欄には、短絡が発生しなかった場合には記号「A」、発生した場合には記号「B」を記載した。 In this example, the short-circuit suppression effect at the time of overcharging was evaluated by the following method. First, a power supply device was connected between the first electrode 205 and the second electrodes 4, 402 of each test piece. Then, the charging rate was set to 0.1C, charging was performed until the voltage of the test piece reached 3.2V, and the presence or absence of a short circuit was evaluated. In the "overcharge test" column of Tables 1 and 2, the symbol "A" is described when a short circuit does not occur, and the symbol "B" is described when a short circuit occurs.

Figure 2021015779
Figure 2021015779

表5に示した結果によれば、封孔部22、42の気孔率を5%以下とし、さらに第2電極402の細孔容積V2を第1電極205の細孔容積V1の1.7倍以上とすることにより、過充電時における第1電極205と第2電極402との短絡をより効果的に抑制することが可能であることが理解できる。 According to the results shown in Table 5, the porosity of the sealing portions 22 and 42 was set to 5% or less, and the pore volume V 2 of the second electrode 402 was set to 1. of the pore volume V 1 of the first electrode 205. It can be understood that it is possible to more effectively suppress the short circuit between the first electrode 205 and the second electrode 402 at the time of overcharging by setting the value to 7 times or more.

(実験例5)
本例では、細孔231、431内に被覆層を形成した試験体を作製し、充放電特性の評価を行った。
(Experimental Example 5)
In this example, a test piece having a coating layer formed in the pores 231 and 431 was prepared, and the charge / discharge characteristics were evaluated.

・試験体T19
試験体T19は、第2反応部41の内表面が金からなる被覆層によって被覆されている以外は、試験体T12と同様の構成を有している。試験体T19の作製方法は、積層体10を作製した後、ALD法によって第2反応部41の内表面に被覆層を形成した以外は、試験体T12と同様である。
・ Specimen T19
The test body T19 has the same structure as the test body T12 except that the inner surface of the second reaction unit 41 is covered with a coating layer made of gold. The method for producing the test body T19 is the same as that for the test body T12, except that a coating layer is formed on the inner surface of the second reaction unit 41 by the ALD method after the laminated body 10 is prepared.

本例において、充放電レートの向上効果は充放電特性に基づいて評価した。具体的には、充放電レートを1Cに変更した以外は、実験例1と同様の方法により充放電試験を行った。表6の「充放電試験(1C)」欄には、充放電が可能であった場合には記号「A」、不可能であった場合には記号「B」を記載した。 In this example, the effect of improving the charge / discharge rate was evaluated based on the charge / discharge characteristics. Specifically, the charge / discharge test was performed by the same method as in Experimental Example 1 except that the charge / discharge rate was changed to 1C. In the "Charge / Discharge Test (1C)" column of Table 6, the symbol "A" is described when charging / discharging is possible, and the symbol "B" is described when charging / discharging is not possible.

Figure 2021015779
Figure 2021015779

表6に示した結果によれば、反応部41の内表面に被覆層を設け、金属からなる活物質411を被覆層と接触させることにより、高率での充放電が可能であることが理解できる。 According to the results shown in Table 6, it is understood that charging and discharging at a high rate is possible by providing a coating layer on the inner surface of the reaction unit 41 and bringing the active material 411 made of metal into contact with the coating layer. it can.

本発明は上記各実施形態及び実験例の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments and experimental examples, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.

1、102、103、104、105、106 二次電池
11 単セル
2、202、203、204、205 第1電極
21 反応部
211 活物質
22 封孔部
221 封孔材
23 多孔質体
231 細孔
3 セパレータ
4、402 第2電極
1, 102, 103, 104, 105, 106 Secondary battery 11 Single cell 2, 202, 203, 204, 205 First electrode 21 Reaction part 211 Active material 22 Sealing part 221 Sealing material 23 Porous medium 231 Pore 3 Separator 4, 402 2nd electrode

Claims (6)

第1電極(2、202〜205)と、
前記第1電極上に積層されたセパレータ(3)と、
前記セパレータ上に積層された第2電極(4、402)と、を備えた単セル(11)を有し、
前記第1電極は、
キャリアイオン伝導性を有する固体電解質からなり細孔を有する多孔質体(23)と、前記多孔質体の細孔(231)内に保持された活物質(211)と、を備えた反応部(21)と、
前記単セルの積層方向から視た平面視における前記反応部の周囲の少なくとも一部に配置され、前記多孔質体と、前記多孔質体の細孔に充填された封孔材(221)と、を備えた封孔部(22)と、を有している、二次電池(1、102〜106)。
With the first electrode (2, 202-205),
The separator (3) laminated on the first electrode and
It has a single cell (11) provided with a second electrode (4, 402) laminated on the separator.
The first electrode is
A reaction unit (23) comprising a porous body (23) made of a solid electrolyte having carrier ion conductivity and having pores, and an active material (211) held in the pores (231) of the porous body. 21) and
The porous body and the sealing material (221) filled in the pores of the porous body, which are arranged at least a part around the reaction portion in a plan view seen from the stacking direction of the single cell, A secondary battery (1, 102-106) having a sealing portion (22) and the like.
前記封孔材は電気絶縁性を有している、請求項1に記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 1, wherein the sealing material has electrical insulation. 前記第1電極の前記反応部は、前記多孔質体としての第1多孔質体(23)と、前記活物質としての第1活物質(211)と、を備えた第1反応部(21)であり、
前記第1電極の前記封孔部は、前記第1多孔質体と、前記封孔材としての第1封孔材(221)と、を備えた第1封孔部(22)であり、
前記第2電極(402)は、
キャリアイオン伝導性を有する固体電解質からなり細孔(431)を有する第2多孔質体(43)と、前記第2多孔質体の細孔内に保持された第2活物質(411)と、を備えた第2反応部(41)と、
前記単セルの積層方向から視た平面視における前記第2反応部の周囲の少なくとも一部に配置され、前記第2多孔質体と、前記第2多孔質体の細孔に充填された第2封孔材(421)と、を備えた第2封孔部(42)と、を有している、請求項1または2に記載の二次電池(106)。
The reaction unit of the first electrode is a first reaction unit (21) including a first porous body (23) as the porous body and a first active material (211) as the active material. And
The sealing portion of the first electrode is a first sealing portion (22) including the first porous body and the first sealing material (221) as the sealing material.
The second electrode (402) is
A second porous body (43) composed of a solid electrolyte having carrier ion conductivity and having pores (431), and a second active material (411) held in the pores of the second porous body. The second reaction unit (41) provided with
A second porous body is arranged in at least a part around the second reaction portion in a plan view seen from the stacking direction of the single cell, and the pores of the second porous body and the second porous body are filled. The secondary battery (106) according to claim 1 or 2, further comprising a sealing material (421) and a second sealing portion (42).
前記第1電極は正極として構成されており、前記第2電極は負極として構成されており、前記第2電極の細孔容積は、前記第1電極の細孔容積よりも大きい、請求項3に記載の二次電池。 The third electrode is claimed, wherein the first electrode is configured as a positive electrode, the second electrode is configured as a negative electrode, and the pore volume of the second electrode is larger than the pore volume of the first electrode. The described secondary battery. 前記第1電極の細孔容積V1に対する前記第2電極の細孔容積V2の比V2/V1の値が1.7以上である、請求項4に記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 4, wherein the value of the ratio V 2 / V 1 of the pore volume V 2 of the second electrode to the pore volume V 1 of the first electrode is 1.7 or more. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法であって、
キャリアイオン伝導性を有する固体電解質からなり細孔を有する多孔質体(23)と、前記多孔質体上に積層された前記セパレータと、を備えた積層体(10)を作製する積層工程と、
前記積層体の積層方向から視た平面視における前記多孔質体の周縁部に存在する前記細孔の少なくとも一部に封孔材(221)を充填して前記封孔部を形成する封孔工程と、
活物質(211)またはその前駆体を、前記多孔質体の外部から前記封孔部へ向かって移動するように前記細孔内に充填して前記反応部を形成する活物質充填工程と、を有する、二次電池の製造方法。
The method for manufacturing a secondary battery according to any one of claims 1 to 5.
A laminating step of producing a laminated body (10) including a porous body (23) made of a solid electrolyte having carrier ion conductivity and having pores, and the separator laminated on the porous body.
A sealing step of filling at least a part of the pores existing in the peripheral edge of the porous body in a plan view from the stacking direction of the laminated body with a sealing material (221) to form the sealing portion. When,
An active material filling step of filling the pores with the active material (211) or a precursor thereof so as to move from the outside of the porous body toward the sealing portion to form the reaction portion. A method for manufacturing a secondary battery.
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