JP2021140892A - Manufacturing method of all-solid battery - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、全固体電池の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing an all-solid-state battery.
二次電池は、パソコンや携帯端末等のポータブル電源、あるいはEV(電気自動車)、HV(ハイブリッド自動車)、PHV(プラグインハイブリッド自動車)等の車両駆動用電源として広く用いられている。二次電池の一例として、液体電解質に代えて固体電解質を用いた全固体電池の開発が進められている。例えば、特許文献1に記載されている全固体電池の製造方法では、負極活物質を含む層と正極活物質を含む層の間に固体電解質層が挟まれるように、複数の層を積層させることで、積層体が得られる。その後、積層体が加熱プレスされる。
The secondary battery is widely used as a portable power source for personal computers and mobile terminals, or as a vehicle drive power source for EVs (electric vehicles), HVs (hybrid vehicles), PHVs (plug-in hybrid vehicles), and the like. As an example of a secondary battery, the development of an all-solid-state battery using a solid electrolyte instead of a liquid electrolyte is underway. For example, in the method for manufacturing an all-solid-state battery described in
正極活物質層、固体電解質、および負極活物質層を少なくとも1つずつ含む平板状の電池ユニットが作製された後、複数の電池ユニットを積層させることで、全固体電池が製造される場合がある。ここで、複数の電池ユニットの各々の表面状態および平面度にはばらつきが生じやすい。従って、複数の電池ユニットを積層した際に、隣接する電池ユニット間の位置関係がずれてしまい、電池性能の低下等が生じる場合がある。一方で、積層される複数の電池ユニットの位置ずれを抑制するために、電池ユニットの端部に治具等を接触させると、強度が低い電池ユニットの端部が損傷する可能性がある。従って、従来の技術では、複数の電池ユニットを適切に積層させることは困難だった。 An all-solid-state battery may be manufactured by laminating a plurality of battery units after producing a flat plate-shaped battery unit containing at least one positive electrode active material layer, a solid electrolyte, and a negative electrode active material layer. .. Here, the surface state and flatness of each of the plurality of battery units are likely to vary. Therefore, when a plurality of battery units are stacked, the positional relationship between adjacent battery units may shift, resulting in deterioration of battery performance or the like. On the other hand, if a jig or the like is brought into contact with the end of the battery unit in order to suppress the misalignment of the plurality of stacked battery units, the end of the low-strength battery unit may be damaged. Therefore, with the conventional technique, it has been difficult to properly stack a plurality of battery units.
本発明の典型的な目的は、複数の電池ユニットを適切に積層させることが可能な全固体電池の製造方法を提供することである。 A typical object of the present invention is to provide a method for manufacturing an all-solid-state battery capable of appropriately stacking a plurality of battery units.
ここに開示される一態様の全固体電池の製造方法は、正極活物質層、固体電解質、および負極活物質層の各々を少なくとも1つずつ含む積層体を、厚み方向にプレスするプレス工程を経ることで、板状の電池ユニットを作製する電池ユニット作製工程と、前記電池ユニット作製工程において作製された前記電池ユニットを、軟化変形する温度以上の温度に加熱した状態で厚み方向にプレスすることで、前記電池ユニットを所定の湾曲形状に規制する形状規制工程と、前記形状規制工程によって同一の湾曲形状に規制された複数の前記電池ユニットを積層する積層工程と、を含む。 One aspect of the method for manufacturing an all-solid-state battery disclosed herein goes through a pressing step of pressing a laminate containing at least one each of a positive electrode active material layer, a solid electrolyte, and a negative electrode active material layer in the thickness direction. By doing so, the battery unit manufacturing step of manufacturing the plate-shaped battery unit and the battery unit manufactured in the battery unit manufacturing step are pressed in the thickness direction in a state of being heated to a temperature equal to or higher than the softening and deforming temperature. A shape regulating step of restricting the battery unit to a predetermined curved shape, and a laminating step of laminating a plurality of the battery units regulated to the same curved shape by the shape regulating step are included.
本開示における製造方法によると、同一の湾曲形状に規制された複数の電池ユニットが積層される。従って、複数の平板状の電池ユニットが積層される場合に比べて、隣接する電池ユニット間の位置関係がずれ難くなる。また、本実施形態における形状規制工程では、電池ユニットが軟化変形する温度以上の温度で、電池ユニットの形状が湾曲形状に規制される。従って、電池ユニットが軟化変形する温度未満の温度で形状が規制される場合とは異なり、形状規制工程中に電池ユニットの破損等が生じにくい。よって、複数の電池ユニットが適切に積層される。 According to the manufacturing method in the present disclosure, a plurality of battery units regulated to have the same curved shape are laminated. Therefore, the positional relationship between the adjacent battery units is less likely to shift as compared with the case where a plurality of flat battery units are stacked. Further, in the shape regulation step in the present embodiment, the shape of the battery unit is restricted to a curved shape at a temperature equal to or higher than the temperature at which the battery unit softens and deforms. Therefore, unlike the case where the shape is regulated at a temperature lower than the temperature at which the battery unit is softened and deformed, the battery unit is less likely to be damaged during the shape regulating process. Therefore, a plurality of battery units are appropriately stacked.
形状規制工程では、電池ユニットの形状を、曲率半径R≧50mmの湾曲形状に規制してもよい。この場合、各電池ユニットの湾曲量が小さいので、積層された複数の電池ユニットを平坦化しても、電池ユニットの破損等が生じにくい。従って、複数の電池ユニットを平坦化して使用することも容易となる。 In the shape regulation step, the shape of the battery unit may be restricted to a curved shape having a radius of curvature R ≧ 50 mm. In this case, since the amount of curvature of each battery unit is small, even if the plurality of stacked battery units are flattened, the battery units are unlikely to be damaged. Therefore, it becomes easy to flatten and use a plurality of battery units.
電池ユニット作成工程におけるプレス工程の圧力をP1、形状規制工程におけるプレスの圧力をP2とした場合に、P2≦P1であってもよい。電池ユニット作製工程におけるプレス(以下、「高圧プレス」という)中の圧力P1は、積層体中の粉体が適切な密度となるように設定されている。従って、P2≦P1とすることで、電池ユニット中の電極の構造が変化することが抑制された状態で、電池ユニットが所定の湾曲形状に規定される。 When the pressure in the press process in the battery unit manufacturing process is P1 and the pressure in the press process in the shape regulation process is P2, P2 ≦ P1 may be satisfied. The pressure P1 in the press (hereinafter referred to as “high pressure press”) in the battery unit manufacturing process is set so that the powder in the laminate has an appropriate density. Therefore, by setting P2 ≦ P1, the battery unit is defined to have a predetermined curved shape in a state where the change in the structure of the electrodes in the battery unit is suppressed.
圧力P2は、0.0005Mpa≦P2≦1500MPaであってもよい。圧力P2を1500MPa以下とすることで、電池ユニット中の電極の構造が変化することが適切に抑制される。さらに、圧力P2を0.0005MPa以上とすることで、電池ユニットの形状が適切に湾曲形状に規定される。 The pressure P2 may be 0.0005 MPa ≦ P2 ≦ 1500 MPa. By setting the pressure P2 to 1500 MPa or less, changes in the structure of the electrodes in the battery unit are appropriately suppressed. Further, by setting the pressure P2 to 0.0005 MPa or more, the shape of the battery unit is appropriately defined as a curved shape.
形状規制工程において加熱および形状規制された電池ユニットを、形状が規制されたまま冷却する冷却工程がさらに実行されてもよい。この場合、電池ユニットが加熱された状態のまま形状規制が解放されることに起因するスプリングバック現象が生じにくくなる。従って、各々の電池ユニットの形状がより適切に規制される。 A cooling step of heating and cooling the shape-regulated battery unit while the shape is regulated in the shape-regulating step may be further performed. In this case, the springback phenomenon caused by the release of the shape regulation while the battery unit is heated is less likely to occur. Therefore, the shape of each battery unit is more appropriately regulated.
以下、本開示における典型的な実施形態の1つについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄(例えば、全固体電池の構成等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚み等)は実際の寸法関係を反映するものではない。 Hereinafter, one of the typical embodiments in the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for implementation (for example, the configuration of an all-solid-state battery) can be grasped as design matters of a person skilled in the art based on the prior art in the art. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in the present specification and common general technical knowledge in the art. In the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals. Further, the dimensional relations (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect the actual dimensional relations.
まず、本開示で例示する製造方法によって製造される全固体電池の一例である全固体リチウムイオン二次電池(以下、単に「全固体電池」という場合もある)の概略構成について説明する。ただし、本開示における製造方法の適用対象となる全固体電池は、全固体リチウムイオン二次電池に限定されない。つまり、全固体電池は、リチウムイオン以外の金属イオンを電化担体とするもの、例えば、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、等であってもよい。 First, a schematic configuration of an all-solid-state lithium-ion secondary battery (hereinafter, may be simply referred to as an “all-solid-state battery”), which is an example of an all-solid-state battery manufactured by the manufacturing method exemplified in the present disclosure, will be described. However, the all-solid-state battery to which the manufacturing method in the present disclosure is applied is not limited to the all-solid-state lithium ion secondary battery. That is, the all-solid-state battery may be one in which a metal ion other than lithium ion is used as an electric carrier, for example, a sodium ion secondary battery, a magnesium ion secondary battery, or the like.
図1を参照して、全固体電池を構成する電池ユニット1について説明する。図1に例示する電池ユニット1は、後述する電池ユニット作製工程(S1、図2参照)によって作製され、且つ形状規制工程(S2、図2参照)によって湾曲形状に規制される前の、平板状の電池ユニット1である。本開示における全固体電池は、湾曲形状に規制された電池ユニット1が複数個積層されることで製造される。図1に例示する電池ユニット1は、第1集電体11、第1活物質層21、固体電解質層30、第2活物質層22、および第2集電体12を備える。第1集電体11および第2集電体12の各々は、正極集電体および負極集電体のいずれかである。第1集電体11が正極集電体である場合には、第2集電体12は負極集電体である。第1集電体11が負極集電体である場合には第2集電体12は正極集電体である。また、第1活物質層21および第2活物質層22の各々は、正極活物質層および負極活物質層のいずれかである。第1集電体11が正極集電体であり、第1活物質層21が正極活物質層である場合には、第2活物質層22は負極活物質層である。第1集電体11が負極集電体であり、第1活物質層21が負極活物質層である場合には、第2活物質層22は正極活物質層である。
The
本実施形態の電池ユニット1では、シート状である第1集電体11の両面に、第1活物質層21、固体電解質層30、第2活物質層22、および第2集電体12が順に積層される。しかし、第1集電体11の片面に、第1活物質層21、固体電解質層30、第2活物質層22、および第2集電体12が順に積層されてもよい。
In the
固体電解質層30は、少なくとも固体電解質を含む。固体電解質として、例えば、硫化物系固体電解質および酸化物系固体電解質が挙げられる。硫化物系固体電解質の例としては、Li2S−SiS2系、Li2S−P2S3系、Li2S−P2S5系、Li2S−GeS2系、Li2S−B2S3系、等のガラスまたはガラスセラミックスが挙げられる。酸化物系電解質の例としては、NASICON構造、ガーネット型構造、またはペロブスカイト型構造を有する種々の酸化物が挙げられる。固体電解質は、例えば、粒子状である。固体電解質層30には、ブタジエンゴム等のバインダ(結着材)が含有される。
The
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含む。正極活物質層は、固体電解質を更に含むことが好ましく、導電材、バインダ等を更に含んでいてもよい。正極活物質層の導電材には、例えば、VGCF、アセチレンブラック等の公知の導電材を使用できる。正極活物質層のバインダには、例えば、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素含有樹脂等を使用できる。正極活物質として、この種の電池で従来から用いられている種々の化合物を使用することができる。正極活物質の例として、LiCoO2、LiNiO2等の層状構造の複合酸化物、Li2NiMn3O8、LiMn2O4等のスピネル構造の複合酸化物、LiFePO4等のオリビン構造の複合化合物、等が挙げられる。正極活物質層における固体電解質としては、固体電解質層30に含有される固体電解質と同種の材料を用いることができる。正極活物質は、例えば、粒子状である。
The positive electrode active material layer contains at least the positive electrode active material. The positive electrode active material layer preferably further contains a solid electrolyte, and may further contain a conductive material, a binder, and the like. As the conductive material of the positive electrode active material layer, for example, a known conductive material such as VGCF or acetylene black can be used. For the binder of the positive electrode active material layer, for example, a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride can be used. As the positive electrode active material, various compounds conventionally used in this type of battery can be used. Examples of positive electrode active materials include layered composite oxides such as LiCoO 2 and LiNiO 2 , spinel-structured composite oxides such as Li 2 Nimn 3 O 8 and LiMn 2 O 4 , and olivine-structured composite compounds such as LiFePO 4. , Etc. can be mentioned. As the solid electrolyte in the positive electrode active material layer, the same kind of material as the solid electrolyte contained in the
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含む。負極活物質層は、固体電解質を更に含むことが好ましく、導電材、バインダ等を更に含んでいてもよい。負極活物質層の導電材には、例えば、アセチレンブラック等の公知の導電材を使用できる。負極活物質層のバインダには、例えば、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素含有樹脂等を使用できる。負極活物質として、この種の電池で従来から用いられている種々の化合物を使用することができる。負極活物質の例として、例えば、グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、カーボンブラック等の炭素系の負極活物質が挙げられる。また、負極活物質の例として、ケイ素(Si)またはスズ(Sn)を構成元素とする負極活物質が挙げられる。負極活物質層における固体電解質としては、固体電解質層30に含有される固体電解質と同種の材料を用いることができる。負極活物質は、例えば、粒子状である。
The negative electrode active material layer contains at least the negative electrode active material. The negative electrode active material layer preferably further contains a solid electrolyte, and may further contain a conductive material, a binder, and the like. As the conductive material of the negative electrode active material layer, for example, a known conductive material such as acetylene black can be used. For the binder of the negative electrode active material layer, for example, a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride can be used. As the negative electrode active material, various compounds conventionally used in this type of battery can be used. Examples of the negative electrode active material include carbon-based negative electrode active materials such as graphite, mesocarbon microbeads, and carbon black. Further, as an example of the negative electrode active material, a negative electrode active material containing silicon (Si) or tin (Sn) as a constituent element can be mentioned. As the solid electrolyte in the negative electrode active material layer, the same kind of material as the solid electrolyte contained in the
正極集電体としては、この種の電池の正極集電体として用いられるものを特に制限なく用いることができる。典型的には、正極集電体は、良好な導電性を有する金属製であることが好ましい。正極集電体は、例えば、アルミニウム、ニッケル、クロム、金、白金、チタン、亜鉛、ステンレス鋼等の金属材から構成されていてもよい。負極集電体としては、この種の電池の負極集電体として用いられるものを特に制限なく用いることができる。典型的には、負極集電体は、良好な導電性を有する金属製であることが好ましい。負極集電体として、例えば、銅(銅箔)や銅を主体とする合金、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン、亜鉛等を用いることができる。 As the positive electrode current collector, those used as the positive electrode current collector of this type of battery can be used without particular limitation. Typically, the positive electrode current collector is preferably made of a metal having good conductivity. The positive electrode current collector may be made of a metal material such as aluminum, nickel, chromium, gold, platinum, titanium, zinc, or stainless steel. As the negative electrode current collector, those used as the negative electrode current collector of this type of battery can be used without particular limitation. Typically, the negative electrode current collector is preferably made of a metal having good conductivity. As the negative electrode current collector, for example, copper (copper foil), an alloy mainly composed of copper, aluminum, nickel, iron, titanium, zinc, or the like can be used.
図2〜図4を参照して、本実施形態における全固体電池の製造方法について説明する。図2に示すように、本実施形態で例示する全固体電池の製造方法は、電池ユニット作製工程(S1)、形状規制工程(S2)、冷却工程(S3)、積層工程(S4)、および封止工程(S5)を含む。 A method for manufacturing an all-solid-state battery according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4. As shown in FIG. 2, the manufacturing method of the all-solid-state battery exemplified in this embodiment includes a battery unit manufacturing step (S1), a shape regulating step (S2), a cooling step (S3), a laminating step (S4), and a sealing step. The stopping step (S5) is included.
電池ユニット作製工程(S1)では、正極活物質層、固体電解質層、および負極活物質層の各々を少なくとも1つずつ含む積層体を、厚み方向に高圧でプレスする工程を経ることで、板状の電池ユニット1(図1参照)が作製される。電池ユニット作製工程において積層体をプレスする工程を、以下では高圧プレス工程という。 In the battery unit manufacturing step (S1), a laminated body containing at least one each of a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer is pressed at a high pressure in the thickness direction to form a plate. Battery unit 1 (see FIG. 1) is manufactured. The process of pressing the laminate in the battery unit manufacturing process is hereinafter referred to as a high-pressure pressing process.
電池ユニット作製工程の一例について詳細に説明する。まず、第1集電体11の両面のそれぞれに、第1活物質層21が配置される。第1集電体11に第1活物質層21を配置する方法には、スラリー塗工プロセス、ブラスト法、エアロゾルでポジション法、コールドスプレー法、スパッタリング法、気相成長法、または溶射法等を用いることができる。例えば、スラリー塗工プロセスでは、第1活物質層21に含まれる活物質を含有するスラリーが調製され、調製されたスラリーが第1集電体11の表面に塗工されて乾燥されることで行われる。また、調製されたスラリーが基材上に塗工および乾燥されることで、基材上に第1活物質膜が形成され、形成された第1活物質膜が基材から第1集電体11にプレスによって転写されることで、第1活物質層21が配置されてもよい。
An example of the battery unit manufacturing process will be described in detail. First, the first active material layer 21 is arranged on both sides of the first
次いで、第1集電体11の両面に配置された各々の第1活物質層21の表面に、固体電解質層30が配置される。例えば、固体電解質を含有するスラリーが、基材上に塗工および乾燥されることで、基材上に固体電解質膜が形成され、形成された固体電解質膜が第1活物質層21の表面にプレス転写されることで、固体電解質層30が配置されてもよい。
Next, the
次いで、各々の固体電解質層30の表面に、第2活物質層22および第2集電体12を含む層が、第2活物質層22が固体電解質層30に接するように配置される。固体電解質層30上に第2活物質層22を配置する方法には、第1集電体11に第1活物質層21を配置する方法と同様に、種々の方法を用いることができる。なお、第2集電体12上に第2活物質層22が配置された後、第2活物質層22を固体電解質層30上に配置してもよい。また、固体電解質層33上に第2活物質層22が配置された後、第2活物質層22の表面に第2集電体12が配置されてもよい。
Next, on the surface of each
次いで、第2集電体12、第2活物質層22、固体電解質層30、第1活物質層21、第1集電体11、第1活物質層21、固体電解質層30、第2活物質層22、および第2集電体12の順に積層された積層体が、厚み方向に高圧(圧力P1)でプレスされることで、板状の電池ユニット1が作製される。高圧プレス工程が実行されることで、積層体に含まれる固体電解質等の粉体同士、および各層の間が密着されて、空隙が減少する。高圧プレス工程は、緻密化プレス工程と言われる場合もある。
Next, the second
高圧プレスにおける圧力P1は、電池ユニット1中の粉体が緻密化されて適切な密度となり、且つ各層の間が密着されるように適宜設定されればよい。本実施形態では、圧力P1は、50〜1500MPaに設定される。また、高圧プレスの方法には、例えば、一軸プレス、冷間静水等方圧プレス、機械式プレス、ガス加圧式プレス等の種々の方法を用いることができる。
The pressure P1 in the high-pressure press may be appropriately set so that the powder in the
なお、以上説明した電池ユニット作製工程が一例に過ぎないことは言うまでもない。例えば、高圧プレス工程が実行されるタイミングおよび回数等を変更することも可能である。 Needless to say, the battery unit manufacturing process described above is only an example. For example, it is possible to change the timing and number of times the high-pressure pressing process is executed.
高圧プレス工程による電池ユニット1のプレスが解除されると、平板状の電池ユニット1が作製される。ここで、複数の電池ユニット1の各々の表面状態および平面度にはばらつきが生じやすい。従って、複数の電池ユニット1を積層した際に、隣接する電池ユニット1間の位置関係がずれてしまい、電池性能の低下等が生じる場合がある。以下説明する形状規制工程(S2)、冷却工程(S3)、および積層工程(S3)は、複数の電池ユニット1を適切に積層させるために実行される。
When the press of the
形状規制工程(S2)では、電池ユニット作製工程(S1)において作製された電池ユニット1が、後述する軟化変形温度T以上の温度に加熱された状態で、厚み方向に圧力P2でプレスされることで、電池ユニット1が所定の湾曲形状に規制される。
In the shape regulation step (S2), the
図3を参照して、本実施形態における電池ユニット1の形状規制工程について説明する。本実施形態の形状規制工程では、形状規制治具40と押圧部50によって、電池ユニット1の形状が所定の湾曲形状に規制(変形)される。形状規制治具40の上面には、所定の湾曲形状に形成された被押圧湾曲面41が形成されている。また、押圧部50の下面には、形状規制治具40の被押圧湾曲面41と同一の湾曲形状に形成された押圧湾曲面51が形成されている。本実施形態では、被押圧湾曲面41および押圧湾曲面51は、図3における紙面に垂直な方向に延びる円筒軸を中心とする円筒面に沿う湾曲形状に形成されている。従って、後述する積層工程(S4)において、複数の電池ユニット1の積層位置が多少ずれた場合でも、複数の電池ユニット1の間に隙間が生じにくい。
The shape regulation process of the
さらに、形状規制治具40および押圧部50の少なくとも一方(本実施形態では、形状規制治具40)には、電池ユニット1の温度を調整するための温度調整部43が設けられている。なお、温度調整部40の構成は適宜選択することができる。例えば、温度調整部は、電池ユニット1に対する形状規制工程が実行される環境の温度を調整するオーブン、および冷蔵庫等の少なくともいずれかであってもよい。
Further, at least one of the
本実施形態の形状規制工程では、まず、平板状に作製された電池ユニット1が、形状規制治具40の被押圧湾曲面41上に配置されると共に、温度調整部43によって電池ユニット1の温度が軟化変形温度T以上の温度に加熱される(図3(A))。次いで、押圧部50の押圧湾曲面51と、形状規制治具40の被押圧湾曲面41の間に電池ユニット1を配置した状態で、押圧部50を形状規制治具40側に所定の圧力でプレスする(図3(B))。その結果、電池ユニット1の形状は、被押圧湾曲面41および押圧湾曲面51に沿う所定の湾曲形状に規制される。押圧部50をプレスする方法には、種々の方法(例えば、機械式プレス、またはガス加圧式プレス等)を採用できる。
In the shape regulating step of the present embodiment, first, the
本実施形態では、被押圧湾曲面41および押圧湾曲面51の湾曲形状が、曲率半径R≧50mmに調整されている。その結果、形状が規制された電池ユニット1の湾曲形状の曲率半径も、R≧50mmとなる。この場合、電池ユニット51の湾曲量が小さいので、その後に電池ユニット1が平坦化されても、電池ユニット1の破損等が生じにくくなる。
In the present embodiment, the curved shapes of the pressed
形状規制工程は、電池ユニット1の温度を、電池ユニット1が軟化変形する軟化変形温度T以上の温度に調整した状態で実行される。つまり、形状規制工程中の電池ユニット1の温度は、電池ユニット1の少なくとも一部の材料が軟化(好ましくは液化)する温度とされる。従って、軟化変形温度T未満の温度で形状規制工程が実行される場合とは異なり、プレスが解除された後に電池ユニット1の形状が元に戻り難い。なお、本実施形態では、軟化変形温度Tは、評価試験の結果に基づいて100℃に設定されている。従って、本実施形態の平坦化工程は、電池ユニット1の温度を100℃以上(例えば、170℃±10℃)に調整した状態で実行される。
The shape regulation step is executed in a state where the temperature of the
形状規制工程におけるプレスの圧力P2は、前述した高圧プレスの圧力P1以下の圧力に調整される。従って、高圧プレス中の圧力P1よりも大きい圧力で形状規制工程中のプレスが行われる場合とは異なり、電池ユニット1中の電極の構造が変化することが抑制された状態で、電池ユニット1の形状が適切に規制される。前述したように、高圧プレスの圧力P1は、1500MPaに設定される。従って、圧力P2は1500MPa以下とされる。
The press pressure P2 in the shape regulation step is adjusted to a pressure equal to or lower than the pressure P1 of the high-pressure press described above. Therefore, unlike the case where the press is performed during the shape regulation process at a pressure higher than the pressure P1 during the high-pressure press, the
また、形状規制工程におけるプレスの圧力P2は、電池ユニット1の形状を湾曲形状に規制(変形)可能な圧力以上の圧力に設定される。本実施形態の電池ユニット1の形状は、0.0005Mpa以上の圧力でプレスされることで適切に規制されることが、実験により判明している。従って、圧力P2は0.0005Mpa以下とされる。
Further, the press pressure P2 in the shape regulating step is set to a pressure equal to or higher than a pressure that can regulate (deform) the shape of the
冷却工程(S3)では、形状規制工程(図2のS2、および図3(A),(B)参照)において湾曲形状に規制された電池ユニット1を、形状が規制されたまま冷却する。電池ユニット1が加熱された状態のままプレスが解除されると、電池ユニット1が軟化しているので、スプリングバック現象が生じやすい。これに対し、本実施形態では、冷却工程(S3)が実行されることで、スプリングバック現象による電池ユニット1の形状の変化が生じにくくなる。冷却工程1が終了すると、プレスが解除されて、湾曲形状に規制された電池ユニット1(図3(C)参照)が得られる。
In the cooling step (S3), the
なお、本実施形態では、温度調整部40によって電池ユニット1が冷却される。しかし、冷却工程を実行する方法を変更することも可能である。例えば、形状規制工程が終了した電池ユニット1が冷蔵庫内に配置されることで、冷却工程が実行されてもよい。ファン等によって気体を電池ユニット1向けて流すことで、冷却工程が実行されてもよい。また、形状規制工程において加熱された電池ユニット1の温度が低下するまで、電池ユニット1を厚み方向にプレスしたまま放置することで(つまり、冷却源およびファン等を使用せずに)、冷却工程が実行されてもよい。
In this embodiment, the
積層工程(S4)では、同一の湾曲形状に規制された複数の電池ユニット1が、厚み方向に積層される。その結果、複数の電池ユニット1が適切に積層される。図4に示すように、本実施形態の積層工程では、積層ステージ60が使用される。積層ステージ60の上面には、押圧部50の押圧湾曲面51、および形状規制治具40の被押圧湾曲面41と同一の湾曲形状(つまり、形状規制された電池ユニット1の湾曲形状と同一の湾曲形状)に形成された湾曲面が設けられている。積層ステージ60の湾曲面上で複数の電池ユニット1が積層されることで、積層工程中に各々の電池ユニット1の湾曲形状が保たれる。よって、より適切に複数の電池ユニット1が積層される。
In the laminating step (S4), a plurality of
また、本実施形態の積層工程では、まず、積層ステージ60の湾曲面上に、複数の電池ユニット1を内部に封止するためのラミネート外装体8が配置される。ラミネート外装体8はシート状であり、可撓性を有する。ラミネート外装体8の形状は、複数の電池ユニット1が積層される前に、積層ステージ60の湾曲面の形状に合致するように、押圧または吸着等によって変形されていてもよい。次いで、積層ステージ60の湾曲面に配置されたラミネート外装体8に、複数の電池ユニット1が積層される。その後、さらにラミネート外装体8が複数の電池ユニット1の上部に配置される。
Further, in the laminating step of the present embodiment, first, the laminating
封止工程(S9)では、積層された複数の電池ユニット1が、ラミネート外装体8の内部に封止される。一例として、本実施形態では、一対のラミネート外装体8の外周部同士が溶着されることで、ラミネート外装体8の内部に複数の電池ユニット1が封止される。
In the sealing step (S9), the plurality of stacked
以上の工程によって製造された全固体電池の形状は、湾曲形状となる。しかし、電池ユニット1および全固体電池全体の湾曲形状の曲率半径は、R≧50mmとされている。従って、製造された全固体電池は、厚み方向に圧縮された平板上とされた状態で使用することも可能である。もちろん、湾曲形状のまま全固体電池が使用されてもよい。
The shape of the all-solid-state battery manufactured by the above steps is a curved shape. However, the radius of curvature of the curved shape of the
上記実施形態で開示された技術は一例に過ぎない。従って、上記実施形態で例示された技術を変更することも可能である。例えば、上記実施形態では、被押圧湾曲面41および押圧湾曲面51(図3参照)は、円筒面に沿う湾曲形状に形成されている。その結果、形状規制工程を経た電池ユニット1の形状も、円筒面に沿う湾曲形状となる。しかし、電池ユニット1の湾曲形状は、円筒面に沿う形状に限定されない。例えば、被押圧湾曲面41および押圧湾曲面51の曲率半径が、湾曲面の位置に応じて変化してもよい。この場合、複数の電池ユニット1を積層させた際に、位置による曲率半径の差に起因して、複数の電池ユニット1の位置(図3における左右方向の位置)が容易に合致する。一例として、被押圧湾曲面41および押圧湾曲面51の中心部の曲率半径が、周辺部の曲率半径よりも小さくなっていてもよい。
The techniques disclosed in the above embodiments are merely examples. Therefore, it is possible to modify the techniques exemplified in the above embodiments. For example, in the above embodiment, the pressed
以上、具体的な実施形態を挙げて詳細な説明を行ったが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に記載した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although the detailed description has been given with reference to specific embodiments, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the above-described embodiments.
1 電池ユニット
8 ラミネート外装体
11 第1集電体
12 第2集電体
21 第1活物質層
22 第2活物質層
30 固体電解質層
1
Claims (1)
正極活物質層、固体電解質、および負極活物質層の各々を少なくとも1つずつ含む積層体を、厚み方向にプレスするプレス工程を経ることで、板状の電池ユニットを作製する電池ユニット作製工程と、
前記電池ユニット作製工程において作製された前記電池ユニットを、軟化変形する温度以上の温度に加熱した状態で厚み方向にプレスすることで、前記電池ユニットを所定の湾曲形状に規制する形状規制工程と、
前記形状規制工程によって同一の湾曲形状に規制された複数の前記電池ユニットを積層する積層工程と、
を含むことを特徴とする、全固体電池の製造方法。
It is a manufacturing method of all-solid-state batteries.
A battery unit manufacturing step of manufacturing a plate-shaped battery unit by undergoing a pressing step of pressing a laminate containing at least one each of a positive electrode active material layer, a solid electrolyte, and a negative electrode active material layer in the thickness direction. ,
A shape regulating step of regulating the battery unit into a predetermined curved shape by pressing the battery unit manufactured in the battery unit manufacturing step in a thickness direction in a state of being heated to a temperature equal to or higher than a temperature at which it softens and deforms.
A laminating step of laminating a plurality of the battery units regulated to the same curved shape by the shape regulating step, and a laminating step.
A method for manufacturing an all-solid-state battery, which comprises.
Priority Applications (1)
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JP2020035676A JP2021140892A (en) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | Manufacturing method of all-solid battery |
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