JP2022135581A - All-solid battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、全固体電池及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an all-solid-state battery and a manufacturing method thereof.
近年、二次電池が様々な分野で利用されている。電解液を用いた二次電池には電解液の漏液等の問題がある。そこで、固体電解質を備え、他の構成要素も固体で構成した全固体電池の開発が行われている。 In recent years, secondary batteries have been used in various fields. A secondary battery using an electrolytic solution has problems such as leakage of the electrolytic solution. Therefore, development of an all-solid-state battery in which a solid electrolyte is provided and other components are also solid is being developed.
全固体電池が水分を吸湿すると固体電解質が劣化し、全固体電池の容量等が低下してしまう。これを防ぐために、全固体電池の最外層に耐湿性のあるコーティング層を設けることが提案されている(特許文献1、2)。 When the all-solid-state battery absorbs moisture, the solid electrolyte deteriorates, and the capacity and the like of the all-solid-state battery decrease. In order to prevent this, it has been proposed to provide a moisture-resistant coating layer on the outermost layer of the all-solid-state battery (Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、コーティング層は、全固体電池に作用する負荷等によって劣化し水分の侵入を許してしまうことがあり、これにより全固体電池の容量特性も低下してしまう。 However, the coating layer may deteriorate due to the load acting on the all-solid-state battery, and may allow moisture to enter, thereby deteriorating the capacity characteristics of the all-solid-state battery.
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、全固体電池の耐湿性を高めることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve the moisture resistance of an all-solid-state battery.
本発明に係る全固体電池は、第1の電極層、固体電解質層、及び第2の電極層の各々が複数積層された積層体と、前記積層体の表面に設けられた多孔質層と、前記多孔質層に含浸したシリコンを含む無機酸化物とを有することを特徴とする。 An all-solid-state battery according to the present invention includes a laminate in which a plurality of each of a first electrode layer, a solid electrolyte layer, and a second electrode layer are laminated, a porous layer provided on the surface of the laminate, and an inorganic oxide containing silicon impregnated in the porous layer.
上記全固体電池において、前記積層体の最外層は前記固体電解質層であり、前記固体電解質層の上に前記多孔質層が設けられ、前記固体電解質層と前記多孔質層とが同一の元素を含んでもよい。 In the all-solid-state battery, the outermost layer of the laminate is the solid electrolyte layer, the porous layer is provided on the solid electrolyte layer, and the solid electrolyte layer and the porous layer contain the same element. may contain.
上記全固体電池において、前記多孔質層の焼結温度は前記固体電解質層の焼結温度よりも高くてもよい。 In the all-solid-state battery, the sintering temperature of the porous layer may be higher than the sintering temperature of the solid electrolyte layer.
本発明に係る全固体電池の製造方法は、第1の電極層、固体電解質層、及び第2の電極層の各々が複数積層された積層体を形成する工程と、前記積層体の表面に多孔質層を形成する工程と、シリコンを含む無機酸化物の前駆体を前記多孔質層に含浸させる工程とを有することを特徴とする。 A method for manufacturing an all-solid-state battery according to the present invention includes steps of forming a laminate in which a plurality of each of a first electrode layer, a solid electrolyte layer, and a second electrode layer are laminated; and a step of impregnating the porous layer with a precursor of an inorganic oxide containing silicon.
上記全固体電池の製造方法において、前記前駆体の溶液を前記多孔質層に含浸させる工程は、前記溶液を乾燥させることにより前記多孔質層の内部に前記無機酸化物を形成する工程をさらに有してもよい。 In the method for manufacturing an all-solid-state battery, the step of impregnating the porous layer with the solution of the precursor further includes the step of drying the solution to form the inorganic oxide inside the porous layer. You may
本発明によれば、全固体電池の耐湿性を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the moisture resistance of an all-solid-state battery can be improved.
(実施形態)
図1は、全固体電池100の外観図である。図1に例示するように、全固体電池100は、直方体形状を有する積層チップ70と、積層チップ70の対向する2つの面に設けられた外部電極40a、40bとを備える。
(embodiment)
FIG. 1 is an external view of an all-solid-
図2は、図1のI-I線に沿う断面図である。図2に例示するように、積層チップ70は、固体電解質層11、第1の電極層12、及び第2の電極層14の各々を複数積層した積層体60を有する。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II of FIG. As illustrated in FIG. 2, the laminated
積層体60は、第1の電極層12と第2の電極層14との積層方向Zに平行な第1の面60aと第2の面60bとを有する。このうち、第1の面60aには第1の外部電極40aが設けられており、第1の電極層12が第1の外部電極40aと接続される。一方、第2の面60bには第2の外部電極40bが設けられており、第2の電極層14が第2の外部電極40bと接続される。
The
更に、積層体60は、第1の電極層12と第2の電極層14の各々と平行な第3の面60cと第4の面60dとを有する。第3の面60cは、配線基板に全固体電池100を実装するときに上側となる上面である。また、第4の面60dは、実装時に下側となる下面である。この例では積層体60の最外層は固体電解質層11であり、第3の面60cと第4の面60dの各々は固体電解質層11の表面で画定される。
Furthermore, the
また、第1の電極層12と第2の電極層14は、いずれも正極活物質と負極活物質の両方を含む導電層である。正極活物質は特に限定されないが、ここではオリビン型結晶構造をもつ材料を正極活物質として使用する。このような正極活物質としては、例えば遷移金属とリチウムとを含むリン酸塩がある。オリビン型結晶構造は、天然のカンラン石(olivine)が有する結晶であり、X線回折において判別することができる。
Both the
オリビン型結晶構造をもつ電極活物質としては、例えばCoを含むLiCoPO4等がある。この化学式において遷移金属のCoが置き換わったリン酸塩等を用いてもよい。ここで、価数に応じてLiやPO4の比率は変動し得る。なお、遷移金属として、Co,Mn,Fe,Niなどを用いてもよい。 As an electrode active material having an olivine type crystal structure, there is, for example, LiCoPO4 containing Co. A phosphate or the like in which the transition metal Co is replaced in this chemical formula may also be used. Here, the ratio of Li and PO4 can vary depending on the valence. Co, Mn, Fe, Ni, etc. may be used as the transition metal.
また、負極活物質としては、例えばチタン酸化物、リチウムチタン複合酸化物、リチウムチタン複合リン酸塩、カーボン、及びリン酸バナジウムリチウムのいずれかがある。 Further, examples of the negative electrode active material include titanium oxide, lithium-titanium composite oxide, lithium-titanium composite phosphate, carbon, and vanadium lithium phosphate.
このように第1の電極層12と第2の電極層14の各々に正極活物質と負極活物質の両方を使用することにより各電極層12、14の類似性が高まる。その結果、第1の電極層12と第2の電極層14の各々が正極としても負極としても機能するようになり、全固体電池100の端子の取り付けを正負逆にしてしまった場合であっても、短絡検査において誤作動せずに実使用に耐えられる。なお、本実施形態はこれに限定されず、第1の電極層12として正極層を形成し、かつ第2の電極層13として負極層を形成することにより、全固体電池100に極性を持たせてもよい。
By using both the positive electrode active material and the negative electrode active material in each of the
更に、第1の電極層12と第2の電極層14を作製する際に、これらの電極層に酸化物系固体電解質材料や、カーボンや金属等の導電助剤を添加してもよい。導電助剤の金属としては、例えばPd、Ni、Cu、及びFeのいずれかがある。更に、これらの金属の合金を導電助剤として使用してもよい。
Furthermore, when producing the
また、第1の電極層12と第2の電極層14の層構造は特に限定されない。例えば、点線円内に示すように、導電性材料からなる第1の集電体層12bの両方の主面に第1の電極層12を形成してもよい。同様に、導電性材料からなる第2の集電体層14bの両方の主面に第2の電極層14を形成してもよい。
Also, the layer structures of the
一方、固体電解質層11の材料としては、例えばNASICON構造を有するリン酸塩系固体電解質がある。NASICON構造を有するリン酸塩系固体電解質は、高いイオン導電率を有すると共に、大気中で化学的に安定である。リン酸塩系固体電解質は特に限定されないが、ここではリチウムを含んだリン酸塩を使用する。当該リン酸塩は、例えばTiとの複合リン酸リチウム塩(LiTi2(PO4)3)をベースとし、Li含有量を増加させるためにAl,Ga,In,Y,Laなどの3価の遷移金属に一部置換させた塩である。そのような塩としては、Li1+xAlxGe2-x(PO4)3、Li1+xAlxZr2-x(PO4)3、及びLi1+xAlxTi2-x(PO4)3等のLi-Al-M-PO4系リン酸塩(Mは、Ge,Ti,Zr等)がある。
On the other hand, as a material of the
また、第1の電極層12中のリン酸塩に含まれる遷移金属を予め添加したLi-Al-Ge-PO4系リン酸塩を固体電解質層11の材料として用いてもよい。例えば、第1の電極層12にCoとLiのいずれかを含むリン酸塩が含有される場合には、Coを予め添加したLi-Al-Ge-PO4系リン酸塩を固体電解質層11に含有させてもよい。これにより、第1の電極層12から固体電解質層11に遷移金属が溶出するのを抑制することができる。
Alternatively, a Li—Al—Ge—PO 4 -based phosphate to which a transition metal contained in the phosphate in the
更に、積層体60の最外層の固体電解質層11の表面には防湿層80が設けられる。防湿層80は、多孔質層80aに無機酸化物80bを含浸させた層であって、大気中の水分から積層体60を保護する役割を担う層である。多孔質層80aの気孔率は特に限定されないが、本実施形態では5%~60%、より好ましくは20%~40%とする。気孔率は、SEM(Scanning Electron Microscope)で多孔質層80aの断面画像を取得したときに、その断面画像において多孔質層80aが占める面積Aと、気孔が占める面積の総和Bとを用いて、(B÷A)×100%として定義される。なお、気孔率の上限を60%としたのは、気孔率が高すぎると多孔質層80aの強度が弱くなり、無機酸化物80bを含浸させたときに多孔質層80aの割れや欠損が発生するおそれがあるからである。そのような割れや欠損は、気孔率の上限を40%とすることで更に効果的に抑制できる。一方、気孔率の下限を5%としたのは、これよりも気孔率が小さいと多孔質層80aに無機酸化物80bを含浸させるのが困難になるためである。多孔質層80aに無機酸化物80bを容易に含浸させるためには、気孔率の下限を20%とするのが好ましい。
Furthermore, a moisture-
更に、防湿層80における多孔質層80aと無機酸化物80bとの比率も特に限定されない。例えば、多孔質層80aと無機酸化物80bとの体積比率は95:5~40:60、より好ましくは80:20~60:40とする。この体積比率の上限値と下限値は、前述の多孔質層80aの気孔率の上限値と下限値に相当する値である。更に、防湿層80の厚さも特に限定されず、0.5μm~500μm、より好ましくは50μm~200μmとする。なお、防湿層80の厚さの上限を500μmとしたのは、防湿層80がこれよりも厚くなると全固体電池100において防湿層80が占める割合が大きくなり過ぎ、全固体電池100の容量が低下するためである。防湿層80に起因した全固体電池100の容量低下を効果的に抑制するには、防湿層80の厚さの上限を200μmとするのが好ましい。一方、防湿層80の厚さの下限を0.5μmとしたのは、防湿層80がこれよりも薄くなると防湿層80の防湿性能が低下するためである。防湿層80の防湿性能が低下するのを効果的に抑制するには、防湿層80の厚さの下限を50μmとするのが好ましい。
Furthermore, the ratio of the
多孔質層80aの材料は特に限定されないが、固体電解質層11よりも焼結温度が高い材料から多孔質層80aを形成するのが好ましい。なお、本明細書では、焼結開始温度のことを焼結温度と呼ぶ。これにより、多孔質層80aが完全には焼結し難くなるため、外部に連通した複数の孔が多孔質層80aに形成され、その孔に無機酸化物80bを含浸させるのが容易となる。そのような多孔質層80aの材料としては、例えば、一般式LiM2P3O12又は一般式Li(1+x)AlxM(2-x)P3O12で表される材料がある。なお、MはZr、Ge、及びTiのいずれかであり、0≦x≦1である。これらの材料は、固体電解質層11と同じ元素であるLiやPを含んでいるため、固体電解質層11と多孔質層80aとの密着強度を高めることができる。
Although the material of the
また、固体電解質層11よりも多孔質層80aの焼結温度を高くするために、ZrO2、GeO2、TiO2、及びAl2O3のいずれかを多孔質層80aに添加してもよい。
In order to make the sintering temperature of the
一方、無機酸化物80bはシリコンを含む無機酸化物である。なお、B、Bi、Zn、Ba、Li、P、Sn、Pb、Mg、及びNaのいずれかを無機酸化物80bに添加してもよい。
On the other hand, the
図3は、図1のII-II線に沿う断面図である。図3に例示するように、防湿層80は、積層体60の第5の面60eと第6の面60fにも設けられる。第5の面60eと第6の面60fは、第1の電極層12、第2の電極層14、第1の面60a、及び第2の面60bの各々に垂直な面であって、配線基板に全固体電池100を実装するときの側面である。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II--II in FIG. As illustrated in FIG. 3 , the moisture-
このような全固体電池100によれば、多孔質層80aに無機酸化物80bを含浸させたため、無機酸化物80bの周囲が多孔質層80aで保護される。そのため、シリカ等の脆弱な無機酸化物80bが割れ難くなり、割れに伴って大気中の水分が固体電解質層11に浸入するのを防止できる。特に、シリカ等のようにシリコンを含む無機酸化物80bは防湿能力に優れているため、防湿層80で全固体電池100を効果的に保護できる。
According to such an all-solid-
次に、本実施形態に係る全固体電池の製造方法について説明する。図4は、本実施形態に係る全固体電池の製造方法のフローチャートである。 Next, a method for manufacturing an all-solid-state battery according to this embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart of a method for manufacturing an all-solid-state battery according to this embodiment.
(セラミック原料粉末作製工程)
まず、上述の固体電解質層11を構成するリン酸塩系固体電解質の粉末を作製する。例えば、原料と添加物とを混合し、固相合成法などを用いることにより、固体電解質層11を構成するリン酸塩系固体電解質の粉末を作製することができる。得られた粉末を乾式粉砕することにより、所望の平均粒径に調整することができる。例えば、5mmφのZrO2ボールを用いた遊星ボールミルで、所望の平均粒径に調整する。
(Ceramic raw material powder preparation process)
First, powder of the phosphate-based solid electrolyte that constitutes the
添加物には焼結助剤が含まれる。焼結助剤として、例えば、Li-B-O系化合物、Li-Si-O系化合物、Li-C-O系化合物、Li-S-O系化合物,及びLi-P-O系化合物のいずれかのガラス成分を使用し得る。 Additives include sintering aids. As a sintering aid, for example, Li—B—O based compounds, Li—Si—O based compounds, Li—C—O based compounds, Li—SO based compounds, and Li—P—O based compounds. Any glass component can be used.
(グリーンシート作製工程)
次に、得られた粉末を、結着材、分散剤、及び可塑剤等と共に、水性溶媒又は有機溶媒に均一に分散させて、湿式粉砕を行うことにより所望の平均粒径を有する固体電解質スラリを得る。このとき、ビーズミル、湿式ジェットミル、各種混錬機、高圧ホモジナイザーなどを用いることができ、粒度分布の調整と分散とを同時に行うことができる観点からビーズミルを用いることが好ましい。
(Green sheet manufacturing process)
Next, the obtained powder is uniformly dispersed in an aqueous solvent or an organic solvent together with a binder, a dispersant, a plasticizer, etc., and wet pulverized to obtain a solid electrolyte slurry having a desired average particle size. get At this time, a bead mill, a wet jet mill, various kneaders, a high-pressure homogenizer, or the like can be used, and it is preferable to use a bead mill from the viewpoint of being able to simultaneously adjust the particle size distribution and disperse.
そして、得られた固体電解質スラリにバインダを添加して固体電解質ペーストを得る。固体電解質ペーストを塗工することにより、固体電解質層11用のグリーンシートが得られる。塗工方法は特に限定されず、スロットダイ方式、リバースコート方式、グラビアコート方式、バーコート方式、ドクターブレード方式などを用いることができる。湿式粉砕後の粒度分布は、例えば、レーザ回折散乱法を用いたレーザ回折測定装置を用いて測定することができる。
Then, a binder is added to the obtained solid electrolyte slurry to obtain a solid electrolyte paste. A green sheet for the
(電極層用ペースト作製工程)
次に、第1の電極層12と第2の電極層14とを作製するための電極層用ペーストを作製する。例えば、正極活物質、負極活物質、及び固体電解質材料をビーズミル等で高分散化し、セラミックス粒子のみからなるセラミックスペーストを作製する。また、カーボンブラック等のカーボン粒子を含むカーボンペーストを作製し、セラミックスペーストにカーボンペーストを混錬してもよい。
(Electrode layer paste preparation process)
Next, an electrode layer paste for forming the
(多孔質層用ペースト作製工程)
次いで、上述の多孔質層80aを作製するための多孔質層用ペーストを作製する。ここでは、一般式LiM2P3O12又は一般式Li(1+x)AlxM(2-x)P3O12で表される材料のセラミック粒子を溶媒に分散させたペーストを作成する。なお、MはZr、Ge、及びTiのいずれかであり、0≦x≦1である。
(Porous layer paste preparation step)
Next, a porous layer paste for producing the above-described
(積層工程)
次に、グリーンシートの一方の主面に電極層用ペーストを印刷する。次いで、印刷後の複数のグリーンシートを交互にずらして積層し、それをダイサーで所定のサイズにカットすることで積層体60を得る。なお、その積層体60の最上層と最下層はグリーンシートとなる。
(Lamination process)
Next, an electrode layer paste is printed on one main surface of the green sheet. Next, a plurality of printed green sheets are stacked alternately, and cut into a predetermined size with a dicer to obtain a
(焼成工程)
次に、酸素を含む焼成雰囲気中で積層体60を焼成する。電極層用ペーストに含まれるカーボン材料の消失を抑制するために、焼成雰囲気の酸素分圧を2×10-13atm以下とすることが好ましい。一方、リン酸塩系固体電解質の融解を抑制するために酸素分圧を5×10-22atm以上とすることが好ましい。
(Baking process)
Next, the laminate 60 is fired in a firing atmosphere containing oxygen. In order to suppress disappearance of the carbon material contained in the electrode layer paste, the oxygen partial pressure in the firing atmosphere is preferably 2×10 −13 atm or less. On the other hand, it is preferable to set the oxygen partial pressure to 5×10 −22 atm or more in order to suppress melting of the phosphate-based solid electrolyte.
その後、積層体60の各面60a、60bに金属ペーストを塗布してそれを焼き付けることにより第1の外部電極40aと第2の外部電極40bを形成する。なお、スパッタ法やめっき法で第1の外部電極40aと第2の外部電極40bを形成してもよい。
Thereafter, a metal paste is applied to each
(塗布工程)
次に、積層体60の第3~第6の面60c~60fに多孔質層用ペーストを塗布し、それを550℃~750℃程度の温度で焼成することにより多孔質層80aを得る。
(Coating process)
Next, a porous layer paste is applied to the third to
(含浸工程)
図5は含浸工程の断面図である。図5に示すように、多孔質層80aに溶液81が染み込むアンカー効果を利用して、焼結後の多孔質層80aに無機酸化物80bの前駆体を含む溶液81を含浸させる。その前駆体としてはテトラアルコキシシランがあり、これをジブチルエーテル又はジブチルエーテル系の溶媒に溶解させることにより前駆体を含む溶液が得られる。また、多孔質層80aに溶液81を含浸させ易くするために、減圧雰囲気で本工程を行うのが好ましい。
(Impregnation process)
FIG. 5 is a cross-sectional view of the impregnation process. As shown in FIG. 5, the sintered
(加熱工程)
次いで、多孔質層80aを100℃~150℃程度の温度に加熱することにより溶媒を乾燥させると共に、テトラアルコキシシランの加水分解によりオルトケイ酸を得る。更に、多孔質層80aが加熱された状態を維持することによりオルトケイ酸を脱水重合し、多孔質層80aの内部に無機酸化物80bとしてシリカを形成する。以上により、全固体電池100の基本構造が完成する。
(Heating process)
Next, the
以下のように実施例と比較例に係る全固体電池を作製した。 All-solid-state batteries according to Examples and Comparative Examples were produced as follows.
まず、Co3O4、Li2CO3、リン酸二水素アンモニウム、Al2O3、GeO2を混合し、固体電解質材料粉末としてCoを所定量含むLi1.3Al0.3Ge1.7(PO4)3を固相合成法により作製した。得られた粉末をZrO2ボールで乾式粉砕を行った。更に、イオン交換水又はエタノールを分散媒とする湿式粉砕により固体電解質スラリを作製した。得られたスラリに、バインダを添加して固体電解質ペーストを得て、グリーンシートを作製した。LiCoPO4、Coを所定量含むLi1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3を上記同様に固相合成法で合成した。 First, Co 3 O 4 , Li 2 CO 3 , ammonium dihydrogen phosphate, Al 2 O 3 and GeO 2 were mixed to obtain Li 1.3 Al 0.3 Ge 1.3 Al 0.3 Ge 1.3 containing a predetermined amount of Co as a solid electrolyte material powder . 7 (PO4) 3 was prepared by solid - phase synthesis. The powder obtained was dry-milled with ZrO 2 balls. Furthermore, a solid electrolyte slurry was prepared by wet pulverization using ion-exchanged water or ethanol as a dispersion medium. A binder was added to the obtained slurry to obtain a solid electrolyte paste, and a green sheet was produced. LiCoPO 4 and Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 containing a predetermined amount of Co were synthesized by solid phase synthesis in the same manner as above.
実施例では、正極活物質、負極活物質、及び固体電解質材料を湿式ビーズミル等で高分散化し、セラミックス粒子のみからなるセラミックスペーストを作製した。次に、セラミックスペーストと導電助剤とをよく混合し、第1の電極層12と第2の電極層14を作製するための電極層用ペーストを作製した。
In the examples, a positive electrode active material, a negative electrode active material, and a solid electrolyte material were highly dispersed in a wet bead mill or the like to prepare a ceramic paste consisting only of ceramic particles. Next, the ceramic paste and the conductive aid were thoroughly mixed to prepare an electrode layer paste for forming the
なお、正極活物質として、LiCoPO4を用いた。負極活物質として、Li1+xAlxTi2-x(PO4)3を用いた。 LiCoPO 4 was used as the positive electrode active material. Li 1+x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 was used as a negative electrode active material.
グリーンシートの上に電極層用ペーストをスクリーン印刷法で印刷した。印刷後のグリーンシートを左右に電極が引き出されるようにずらして11枚積層した。その後、熱加圧プレスによりグリーンシートを圧着し、ダイサーで各グリーンシートをカットすることにより所定の大きさの積層体60を得た。 An electrode layer paste was printed on the green sheet by screen printing. 11 printed green sheets were laminated so that the electrodes were pulled out from the left and right. After that, the green sheets were pressed together by hot pressing, and each green sheet was cut by a dicer to obtain a laminate 60 having a predetermined size.
積層体60を300℃以上500℃以下で熱処理して脱脂し、900℃以下で熱処理して焼結させた。その後、積層体60の各面60a、60bに第1の外部電極40aと第2の外部電極40bを形成した。
The laminate 60 was heat-treated at 300° C. or higher and 500° C. or lower for degreasing, and heat-treated at 900° C. or lower for sintering. After that, a first
次いで、積層体60の第3~第6の面60c~60fに多孔質層用ペーストを塗布し、それを550℃~750℃程度の温度で焼結させることにより多孔質層80aを得た。更に、テトラアルコキシランをジブチルエーテルに溶解させた溶液を多孔質層80aに含浸させ、それを200℃~500℃に加熱することにより多孔質層80aの内部に無機酸化物80bとしてシリカを形成した。
Next, the porous layer paste was applied to the third to
(比較例)
図6は、比較例に係る全固体電池200の断面図である。比較例においては、積層体60の表面に多孔質層80aを形成せずに、テトラアルコキシシランをジブチルエーテルに溶解させた溶液を積層体60に直接塗布した。そして、その溶液を200℃~500℃に加熱することにより積層体60の表面にシリカ層90を形成した。そのシリカ層90は、大気中に含まれる水分から積層体60を保護するための防湿層として期待される層である。
(Comparative example)
FIG. 6 is a cross-sectional view of an all-solid-
次に、全固体電池の特性を実施例と比較例について調べた。その結果を表1と表2に示す。 Next, the characteristics of all-solid-state batteries were examined for Examples and Comparative Examples. The results are shown in Tables 1 and 2.
更に、防湿層80(実施例)とシリカ層90(比較例)に割れが生じると固体電解質層11が吸湿し、電池の容量が低下する。そのため、充放電サイクル試験では実施例と比較例の各々において容量が初期の80%以上を維持しているサンプルの個数も調べた。
Furthermore, when the moisture-proof layer 80 (example) and the silica layer 90 (comparative example) are cracked, the
また、湿度フロート試験は、温度が85℃で相対湿度が85%の雰囲気中に各全固体電池100、200を1000時間放置した。その後、充放電サイクル試験と同様に、割れが発生していないサンプルの個数と、容量が初期の80%以上を維持しているサンプルの個数を調べた。
In the humidity float test, the all-solid-
温度サイクル試験では、各全固体電池100、200の温度を-20℃、20℃、及び75℃の温度に繰り返し変化させ、温度変化に伴うストレスを防湿層80(実施例)とシリカ層90(比較例)の各々に加えた。なお、-20℃、20℃、及び75℃の各々に維持する時間は4時間とし、サイクル数は5サイクルとした。その後、割れが発生していないサンプルの個数と、容量が初期の80%以上を維持しているサンプルの個数とを調べた。
In the temperature cycle test, the temperature of each all-solid-
実装機械強度試験では、配線基板に各全固体電池100、200を半田で実装し、この状態で配線基板を反らすことにより防湿層80(実施例)とシリカ層90(比較例)の各々にストレスを加えた。その後、割れが発生していないサンプルの個数を調べた。
In the mounting mechanical strength test, each of the all-solid-
振動試験では、各全固体電池100、200を振動させることにより防湿層80(実施例)とシリカ層90(比較例)の各々にストレスを加えた。振動に伴う加速度の大きさは20Gとし、振動数は100Hz~3000Hzとした。また、試験は、JIS C 5101とIEC60384に準拠して行った。その後、割れが発生していないサンプルの個数を調べた。
In the vibration test, stress was applied to each of the moisture-proof layer 80 (Example) and the silica layer 90 (Comparative Example) by vibrating each of the all-solid-
表1、表2に示すように、比較例においては、充放電サイクル試験、湿度フロート試験、及び温度サイクル試験においてシリカ層90が割れたサンプルが発生した。更に、湿度フロート試験では5個の全てのサンプルにおいて容量が初期の80%を下回った。また、充放電サイクル試験と温度サイクル試験では、比較例に係る5個のサンプルのうちの4個のサンプルにおいて容量が初期の80%を下回った。
As shown in Tables 1 and 2, in the comparative example, there were samples in which the
図7は、充放電サイクル試験でシリカ層90に割れが発生した比較例に係る全固体電池200の模式図である。図7に例示するように、充放電によって第1の電極層12が膨張し、これに伴いシリカ層90に割れ90aが発生している。また、第1の外部電極40aとシリカ層90との接合部に隙間90bが生じている。比較例においては、大気中の水分が割れ90aや隙間90bから固体電解質層11に浸入し、これにより容量が低下したと考えられる。
FIG. 7 is a schematic diagram of an all-solid-
一方、実施例においては全ての試験において5個のサンプルの全てに割れが見られず、かつ容量が初期の80%以上を維持していた。 On the other hand, in the examples, no cracks were observed in any of the five samples in all tests, and the initial capacity was maintained at 80% or more.
図8は、充放電サイクル試験を行っているときの実施例に係る全固体電池100の模式図である。図8に例示するように、充放電によって第1の電極層12が膨張しているものの、無機酸化物80bが周囲の多孔質層80aで保護されているため、無機酸化物80bには割れは生じていない。
FIG. 8 is a schematic diagram of the all-solid-
この結果から、実施例のように多孔質層80aと無機酸化物80bとで防湿層80を形成することが、全固体電池100の耐湿性を高めるのに有用であることが明らかとなった。
From this result, it became clear that forming the moisture-
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and variations can be made within the scope of the gist of the present invention described in the scope of claims. Change is possible.
11 :固体電解質層
12 :第1の電極層
12b :第1の集電体層
14 :第2の電極層
14b :第2の集電体層
40a :第1の外部電極
40b :第2の外部電極
60 :積層体
60a~60f :第1~第6の面
70 :積層チップ
80 :防湿層
80a :多孔質層
80b :無機酸化物
81 :溶液
90 :シリカ層
90b :隙間
100、200 :全固体電池
11: solid electrolyte layer 12: first electrode layer 12b: first collector layer 14:
Claims (5)
前記積層体の表面に設けられた多孔質層と、
前記多孔質層に含浸したシリコンを含む無機酸化物と、
を有することを特徴とする全固体電池。 a laminate in which a plurality of each of the first electrode layer, the solid electrolyte layer, and the second electrode layer are laminated;
a porous layer provided on the surface of the laminate;
an inorganic oxide containing silicon impregnated in the porous layer;
An all-solid-state battery characterized by comprising:
前記固体電解質層の上に前記多孔質層が設けられ、
前記固体電解質層と前記多孔質層とが同一の元素を含むことを特徴とする請求項1に記載の全固体電池。 The outermost layer of the laminate is the solid electrolyte layer,
The porous layer is provided on the solid electrolyte layer,
2. The all-solid-state battery according to claim 1, wherein the solid electrolyte layer and the porous layer contain the same element.
前記積層体の表面に多孔質層を形成する工程と、
シリコンを含む無機酸化物の前駆体を前記多孔質層に含浸させる工程と、
を有することを特徴とする全固体電池の製造方法。 forming a laminate in which a plurality of each of the first electrode layer, the solid electrolyte layer, and the second electrode layer are laminated;
forming a porous layer on the surface of the laminate;
impregnating the porous layer with an inorganic oxide precursor containing silicon;
A method for manufacturing an all-solid-state battery, comprising:
前記溶液を乾燥させることにより前記多孔質層の内部に前記無機酸化物を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項4に記載の全固体電池の製造方法。
The step of impregnating the porous layer with the precursor solution includes:
5. The method for manufacturing an all-solid-state battery according to claim 4, further comprising the step of forming the inorganic oxide inside the porous layer by drying the solution.
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