JP2022183500A - Solid-state battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体電池および固体電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state battery and a method for manufacturing a solid-state battery.
従来、高エネルギー密度を有する固体電池として、リチウムイオン二次電池が幅広く普及している。リチウムイオン二次電池の一例として、正極集電体と、正極合材層と、固体電解質層と、負極合材層と、負極集電体と、が順次積層されている固体リチウムイオン電池が知られている。 Conventionally, lithium-ion secondary batteries have been widely used as solid-state batteries with high energy density. As an example of a lithium ion secondary battery, a solid lithium ion battery is known in which a positive electrode current collector, a positive electrode mixture layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode mixture layer, and a negative electrode current collector are sequentially laminated. It is
固体リチウムイオン電池の製造方法としては、正極集電体と、正極合材層と、固体電解質層と、負極合材層と、負極集電体と、を順次積層した状態でプレスし、セルを得た後、ステンレス鋼製のサポートプレートでセルを挟んだ状態で、ラミネートフィルムで封止する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、ステンレス鋼製のサポートプレートと、正極集電体と、正極合材層と、固体電解質層と、負極合材層と、負極集電体と、ステンレス鋼製のサポートプレートを順次積層した状態でプレスし、セルを得た後、ラミネートフィルムで封止する方法も知られている。 As a method for producing a solid lithium ion battery, a positive electrode current collector, a positive electrode mixture layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode mixture layer, and a negative electrode current collector are sequentially laminated and pressed to form a cell. A method is known in which, after obtaining, the cell is sandwiched between stainless steel support plates and sealed with a laminate film (see, for example, Patent Document 1). Also, a stainless steel support plate, a positive electrode current collector, a positive electrode mixture layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode mixture layer, a negative electrode current collector, and a stainless steel support plate are sequentially laminated. A method of sealing with a laminate film after obtaining a cell by pressing with is also known.
しかしながら、セルが封止されていない状態では、正極合材層と、固体電解質層と、負極合材層と、が密閉されていないため、例えば、露点が-70℃以下である超低露点環境が必要になり、環境負荷が増大する。また、ラミネートフィルムで封止する際に、ステンレス鋼製のサポートプレートが使用されているため、固体リチウムイオン電池が重量化する。 However, when the cell is not sealed, the positive electrode mixture layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode mixture layer are not sealed. will be required, and the environmental load will increase. Moreover, since a support plate made of stainless steel is used when sealing with a laminate film, the weight of the solid state lithium ion battery is increased.
本発明は、製造時の環境負荷を低減するとともに、軽量化することが可能な固体電池を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solid-state battery that can reduce the environmental load during manufacturing and can be made lighter.
本発明の一態様は、固体電池において、第一の封止シートと第二の封止シートとの間に、正極集電体の一部と、正極合材層と、固体電解質層と、負極合材層と、負極集電体の一部と、が順次積層されており、前記固体電解質層の周囲に、絶縁スペーサーが存在しており、前記第一の封止シートと前記絶縁スペーサーとの間に、第一のホットメルト接着剤が介在しており、前記第二の封止シートと前記絶縁スペーサーとの間に、第二のホットメルト接着剤が介在しており、前記正極集電体の前記正極合材層が形成されていない領域と前記第一の封止シートとの間に、第三のホットメルト接着剤が介在しており、前記負極集電体の前記負極合材層が形成されていない領域と前記第二の封止シートとの間に、第四のホットメルト接着剤が介在している。 In one aspect of the present invention, in a solid battery, a part of a positive electrode current collector, a positive electrode mixture layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode are placed between a first sealing sheet and a second sealing sheet. A mixture layer and a part of the negative electrode current collector are sequentially laminated, an insulating spacer is present around the solid electrolyte layer, and the first sealing sheet and the insulating spacer are separated from each other. A first hot-melt adhesive is interposed between the second sealing sheet and the insulating spacer, a second hot-melt adhesive is interposed between the second sealing sheet and the insulating spacer, and the positive electrode current collector A third hot melt adhesive is interposed between the region where the positive electrode mixture layer is not formed and the first sealing sheet, and the negative electrode mixture layer of the negative electrode current collector is A fourth hot melt adhesive is interposed between the unformed region and the second sealing sheet.
前記絶縁スペーサーは、前記正極合材層の周囲にも存在していてもよい。 The insulating spacer may also exist around the positive electrode mixture layer.
本発明の他の一態様は、上記の固体電池を製造する方法であって、前記第一の封止シートと前記第二の封止シートの間に、前記正極集電体の一部と、前記正極合材層と、前記固体電解質層と、前記負極合材層と、前記負極集電体の一部と、を順次配置するとともに、前記第一のホットメルト接着剤と、前記絶縁スペーサーと、前記第二のホットメルト接着剤と、を順次配置した状態で、ヒートプレスする工程を含み、前記第一の封止シートは、前記正極集電体の前記正極合材層が形成されていない領域と対向する領域の一部に、前記第三のホットメルト接着剤が形成されており、前記第二の封止シートは、前記負極集電体の前記負極合材層が形成されていない領域と対向する領域の一部に、前記第四のホットメルト接着剤が形成されている。 Another aspect of the present invention is a method for manufacturing the solid-state battery, wherein a part of the positive electrode current collector is placed between the first sealing sheet and the second sealing sheet, The positive electrode mixture layer, the solid electrolyte layer, the negative electrode mixture layer, and part of the negative electrode current collector are sequentially arranged, and the first hot-melt adhesive and the insulating spacer are disposed. , and the second hot-melt adhesive are sequentially arranged, and the first sealing sheet is not formed with the positive electrode mixture layer of the positive electrode current collector. The third hot-melt adhesive is formed in a part of the region facing the region, and the second sealing sheet is formed in the region where the negative electrode mixture layer of the negative electrode current collector is not formed. The fourth hot-melt adhesive is formed on part of the region facing the .
本発明によれば、製造時の環境負荷を低減するとともに、軽量化することが可能な固体電池を提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a solid-state battery that can reduce the environmental load during manufacturing and can be made lighter.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、本実施形態の固体電池の一例を示す。 FIG. 1 shows an example of the solid battery of this embodiment.
固体電池10は、第一の封止シート11Aと第二の封止シート11Bとの間に、正極集電体12の一部と、正極合材層13と、固体電解質層14と、負極合材層15と、負極集電体16の一部と、が順次積層されている。ここで、固体電池10は、固体電解質層14の周囲に、絶縁スペーサー17が存在しており、第一の封止シート11Aと絶縁スペーサー17との間に、第一のホットメルト接着剤18Aが介在しており、第二の封止シート11Bと絶縁スペーサー17との間に、第二のホットメルト接着剤18Bが介在している。
Solid-
ここで、正極集電体12の正極合材層13が形成されている領域は、正極として機能し、正極集電体12の正極合材層13が形成されていない領域は、正極タブとして機能する。また、負極集電体16の負極合材層15が形成されている領域は、負極として機能し、負極集電体16の負極合材層15が形成されていない領域は、負極タブとして機能する。
Here, the region of the positive electrode
また、第一の封止シート11Aと正極タブとの間に、第三のホットメルト接着剤が介在しており、第二の封止シート11Bと負極タブとの間に、第四のホットメルト接着剤が介在している。
A third hot-melt adhesive is interposed between the
なお、絶縁スペーサー17は、正極合材層13の周囲にも存在していてもよい。
The
また、固体電池10は、ラミネートフィルムで封止されていてもよい。
Moreover, the solid-
ラミネートフィルムを構成する材料としては、例えば、アルミニウム等が挙げられる。 Examples of materials constituting the laminate film include aluminum and the like.
図2に、固体電池10の製造方法の一例を示す。
FIG. 2 shows an example of a method for manufacturing the solid-
固体電池10の製造方法は、第一の封止シート11Aと第二の封止シート11Bとの間に、正極集電体12の一部と、正極合材層13と、固体電解質層14と、負極合材層15と、負極集電体16の一部と、を順次配置するとともに、第一のホットメルト接着剤18Aと、絶縁スペーサー17と、第二のホットメルト接着剤18Bと、を順次配置した状態で、ヒートプレスする工程を含む。ここで、大気環境下でヒートプレスする場合は、PPSフィルム等で予め封止する必要がある。
The method for manufacturing the
ここで、第一の封止シート11Aは、正極タブと対向する領域の一部に、第三のホットメルト接着剤21Aが形成されており、第二の封止シート11Bは、負極タブと対向する領域の一部に、第四のホットメルト接着剤21Bが形成されている。
Here, the
以上のようにして得られるセルは、第一の封止シート11Aと、第二の封止シート11Bと、絶縁スペーサー17と、第一のホットメルト接着剤18Aと、第二のホットメルト接着剤18Bとにより、正極合材層13と、固体電解質層14と、負極合材層15と、が密閉されている。このため、その後の工程において、超低露点環境が不要となり、環境負荷が低減される。また、第一の封止シート11Aおよび第二の封止シート11Bが使用されているため、固体電池10が軽量化される。
The cell obtained as described above includes the
ヒートプレス時の圧力は、特に限定されないが、例えば、100MPa以上2000MPa以下である。 The pressure during heat pressing is not particularly limited, but is, for example, 100 MPa or more and 2000 MPa or less.
ヒートプレス時の温度は、特に限定されないが、例えば、100℃以上2000℃以下である。 The temperature during heat pressing is not particularly limited, but is, for example, 100° C. or higher and 2000° C. or lower.
ヒートプレス時間は、特に限定されないが、例えば、5秒以上600秒以下である。 The heat press time is not particularly limited, but is, for example, 5 seconds or more and 600 seconds or less.
ヒートプレスする際には、第一の封止シート11Aの上および第二の封止シート11Bの下に、それぞれプレス緩衝材を配置してもよい。これにより、固体電池10の損傷が抑制される。
When heat-pressing, press cushioning materials may be placed above the
第一の封止シート11Aおよび第二の封止シート11Bを構成する材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等の樹脂、アルミニウム等が挙げられる。
Examples of materials that constitute the
封止シートの具体例としては、例えば、アルミラミネートフィルム等が挙げられる。 Specific examples of the sealing sheet include, for example, an aluminum laminate film.
なお、第一の封止シート11Aおよび第二の封止シート11Bは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
In addition, the
絶縁スペーサー17を構成する絶縁材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等の樹脂、ガラスプリプレグ等が挙げられる。
Examples of the insulating material forming the
絶縁スペーサー17の形状としては、例えば、枠状等が挙げられる。
Examples of the shape of the
第一のホットメルト接着剤18Aおよび第二のホットメルト接着剤18Bは、熱可塑性樹脂を含む。
The first hot melt adhesive 18A and the second
熱可塑性樹脂としては、第一の封止シート11A(または第二の封止シート11B)と、絶縁スペーサー17とを接着させることが可能であれば、特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等が挙げられる。
The thermoplastic resin is not particularly limited as long as it can bond the
熱可塑性ポリプロピレンの市販品としては、例えば、PPa-F(DNP製)等が挙げられる。 Commercially available thermoplastic polypropylenes include, for example, PPa-F (manufactured by DNP).
熱可塑性樹脂のガラス転移点は、-30℃以上100℃以下であることが好ましく、-20℃以上50℃以下であることがさらに好ましい。熱可塑性樹脂のガラス転移点が-30℃以上であると、ヒートプレス時に流出しにくくなり、100℃以下であると、ヒートプレス時に接着しやすくなる。 The glass transition point of the thermoplastic resin is preferably -30°C or higher and 100°C or lower, more preferably -20°C or higher and 50°C or lower. When the glass transition point of the thermoplastic resin is −30° C. or higher, it becomes difficult to flow out during heat pressing, and when it is 100° C. or less, it becomes easy to adhere during heat pressing.
なお、第一のホットメルト接着剤18Aおよび第二のホットメルト接着剤18Bは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
The first hot-
第一のホットメルト接着剤18Aおよび第二のホットメルト接着剤18Bの形状としては、例えば、枠状等が挙げられる。
Examples of the shape of the first hot-
第三のホットメルト接着剤21Aおよび第四のホットメルト接着剤21Bは、熱可塑性樹脂を含む。 The third hot melt adhesive 21A and the fourth hot melt adhesive 21B contain thermoplastic resin.
熱可塑性樹脂としては、第一の封止シート11A(または第二の封止シート11B)と正極タブ(または負極タブ)とを接着させることが可能であれば、特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等が挙げられる。
The thermoplastic resin is not particularly limited as long as it can bond the
熱可塑性ポリプロピレンの市販品としては、例えば、PPa-F(DNP製)等が挙げられる。 Commercially available thermoplastic polypropylenes include, for example, PPa-F (manufactured by DNP).
熱可塑性樹脂のガラス転移点は、-30℃以上100℃以下であることが好ましく、-20℃以上50℃以下であることがさらに好ましい。熱可塑性樹脂のガラス転移点が-30℃以上であると、ヒートプレス時に流出しにくくなり、100℃以下であると、ヒートプレス時に接着しやすくなる。 The glass transition point of the thermoplastic resin is preferably -30°C or higher and 100°C or lower, more preferably -20°C or higher and 50°C or lower. When the glass transition point of the thermoplastic resin is −30° C. or higher, it becomes difficult to flow out during heat pressing, and when it is 100° C. or less, it becomes easy to adhere during heat pressing.
なお、第三のホットメルト接着剤21Aおよび第四のホットメルト接着剤21Bは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、第三のホットメルト接着剤21Aおよび第四のホットメルト接着剤21Bは、第一のホットメルト接着剤18Aまたは第二のホットメルト接着剤18Bと同一であってもよいし、異なっていてもよい。 The third hot-melt adhesive 21A and the fourth hot-melt adhesive 21B may be the same or different. Also, the third hot melt adhesive 21A and the fourth hot melt adhesive 21B may be the same as or different from the first hot melt adhesive 18A or the second hot melt adhesive 18B. good too.
第三のホットメルト接着剤21Aおよび第四のホットメルト接着剤21Bの形状としては、例えば、棒状等が挙げられる。
Examples of the shape of the third hot-melt adhesive 21A and the fourth hot-
なお、固体電池10の製造方法は、ラミネートフィルムでセルを封止する工程をさらに含んでいてもよい。
Note that the method for manufacturing the solid-
ラミネートフィルムを構成する材料としては、例えば、アルミニウム等が挙げられる。 Examples of materials constituting the laminate film include aluminum and the like.
固体電池10としては、例えば、半固体リチウムイオン電池、全固体リチウムイオン電池、全固体フッ化物イオン電池等が挙げられる。
Examples of the solid-
正極集電体12、正極合材層13、固体電解質層14、負極合材層15および負極集電体16を構成する材料としては、それぞれ公知の材料を用いることができる。
Well-known materials can be used as the materials constituting the positive electrode
以下、固体電池10が全固体リチウムイオン電池である場合について説明する。
A case where the solid-
正極集電体12としては、特に限定されないが、例えば、金属箔等が挙げられる。
The positive electrode
金属箔を構成する金属としては、例えば、アルミニウム等が挙げられる。 Examples of the metal forming the metal foil include aluminum.
正極合材層13は、正極活物質を含み、その他の成分をさらに含んでいてもよい。
The positive
その他の成分としては、例えば、固体電解質、導電助剤、結着剤等が挙げられる。 Other components include, for example, solid electrolytes, conductive aids, binders, and the like.
正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、LiCoO2、Li(Ni5/10Co2/10Mn3/10)O2、Li(Ni6/10Co2/10Mn2/10)O2、Li(Ni8/10Co1/10Mn1/10)O2、Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2、Li(Ni1/6Co4/6Mn1/6)O2、Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2、LiCoO4、LiMn2O4、LiNiO2、LiFePO4、硫化リチウム、硫黄等が挙げられる。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is capable of intercalating and deintercalating lithium ions . Ni6 /10Co2 / 10Mn2 /10 )O2 , Li (Ni8 / 10Co1 / 10Mn1 /10 )O2 , Li( Ni0.8Co0.15Al0.05 )O 2, Li(Ni1 /6Co4 / 6Mn1/ 6 )O2 , Li(Ni1/ 3Co1 / 3Mn1/3 )O2 , LiCoO4 , LiMn2O4 , LiNiO2 , LiFePO 4 , lithium sulfide, sulfur, and the like.
固体電解質層14を構成する固体電解質としては、リチウムイオンを伝導することが可能な材料であれば、特に限定されないが、例えば、酸化物系電解質、硫化物系電解質等が挙げられる。
The solid electrolyte constituting the
負極合材層15は、負極活物質を含み、その他の成分をさらに含んでいてもよい。
The negative
その他の成分としては、例えば、固体電解質、導電助剤、結着剤等が挙げられる。 Other components include, for example, solid electrolytes, conductive aids, binders, and the like.
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、金属リチウム、リチウム合金、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、Si、SiO、炭素材料等が挙げられる。 The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is capable of intercalating and deintercalating lithium ions. materials and the like.
炭素材料としては、例えば、人工黒鉛、天然黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等が挙げられる。 Examples of carbon materials include artificial graphite, natural graphite, hard carbon, and soft carbon.
負極集電体16としては、特に限定されないが、例えば、金属箔等が挙げられる。
The negative electrode
金属箔を構成する金属としては、例えば、銅等が挙げられる。
以下、固体電池10が固体リチウムイオン電池である場合について説明する。
Examples of the metal forming the metal foil include copper and the like.
A case where the solid-
以下、固体電池10が全固体フッ化物イオン電池である場合について説明する。
A case where the solid-
正極集電体12としては、特に限定されないが、例えば、金属箔等が挙げられる。
The positive electrode
金属箔を構成する金属としては、例えば、アルミニウム等が挙げられる。 Examples of the metal forming the metal foil include aluminum.
正極合材層13は、正極活物質を含み、その他の成分をさらに含んでいてもよい。
The positive
その他の成分としては、例えば、固体電解質、導電助剤、結着剤等が挙げられる。 Other components include, for example, solid electrolytes, conductive aids, binders, and the like.
正極活物質としては、フッ化物イオンを吸蔵および放出することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、Pb、Cu、Sn、Bi、Ag等が挙げられる。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release fluoride ions, but examples thereof include Pb, Cu, Sn, Bi and Ag.
固体電解質層14を構成する固体電解質としては、フッ化物イオンを伝導することが可能な材料であれば、特に限定されないが、例えば、LaF3、PbSnF4等が挙げられる。
The solid electrolyte forming the
負極合材層15は、負極活物質を含み、その他の成分をさらに含んでいてもよい。
The negative
その他の成分としては、例えば、固体電解質、導電助剤、結着剤等が挙げられる。 Other components include, for example, solid electrolytes, conductive aids, binders, and the like.
負極活物質としては、フッ化物イオンを吸蔵および放出することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、CeF3、PbF2等が挙げられる。 The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release fluoride ions, but examples thereof include CeF 3 and PbF 2 .
負極集電体16としては、特に限定されないが、例えば、金属箔等が挙げられる。
The negative electrode
金属箔を構成する金属としては、例えば、金等が挙げられる。 Examples of the metal forming the metal foil include gold.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨の範囲内で、上記の実施形態を適宜変更してもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and the above embodiments may be changed as appropriate within the scope of the present invention.
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the examples.
[実施例1]
露点が-70℃である超低露点環境下で、第一の封止シート11Aと第二の封止シート11Bとの間に、正極集電体12の一部と、正極合材層13と、固体電解質層14と、負極合材層15と、負極集電体16の一部と、を順次配置するとともに、第一のホットメルト接着剤18Aと、絶縁スペーサー17と、第二のホットメルト接着剤18Bと、を順次配置し、PPSフィルムで封止した。このとき、第一の封止シート11Aは、正極タブと対向する領域に、第三のホットメルト接着剤21Aが形成されており、第二の封止シート11Bは、負極タブと対向する領域に、第四のホットメルト接着剤21Bが形成されている(図3参照)。また、正極集電体12の一部に正極合材層13が形成されている部材と、負極集電体16の一部に負極合材層15および固体電解質層14が順次積層されている部材と、を使用した。
[Example 1]
Under an ultra-low dew point environment with a dew point of −70° C., a portion of the positive electrode
次に、大気環境下で、第一の封止シート11Aの上および第二の封止シート11Bの下に、それぞれ耐熱テープ41でプレス緩衝材42を固定した後(図4参照)、下記のヒートプレス条件でヒートプレスし、セルを得た。
Next, in an atmospheric environment,
圧力:382MPa
温度:150℃
時間:30秒
耐熱テープ41:カプトン粘着テープ(寺岡製作所製)
プレス緩衝材42:80mm×80mmのパコパッド(パコタンテクノロジー製)
その結果、絶縁スペーサー17は、正極合材層13および固体電解質層14の周囲に存在していた。また、第一の封止シート11Aと正極タブとの間に、第三のホットメルト接着剤21Aが介在しており、第二の封止シート11Bと負極タブとの間に、第四のホットメルト接着剤21Bが介在していた。
Pressure: 382MPa
Temperature: 150°C
Time: 30 seconds Heat-resistant tape 41: Kapton adhesive tape (manufactured by Teraoka Seisakusho)
Press cushioning material 42: 80mm x 80mm paco pad (manufactured by Pacotan Technology)
As a result, the insulating
次に、大気環境下で、セルからPPSフィルム、耐熱テープ41およびプレス緩衝材42を取り外した後、正極タブおよび負極タブにタブリードを溶接した。また、バッテリー向けアルミラミネートフィルムでセルを挟み、2辺溶着した後、真空シーラーの中に入れて真空封止して、全固体リチウムイオン電池を作製した。
Next, after removing the PPS film, the heat-
ここで、固体リチウムイオン電池を作製する際に使用した部材は、以下の通りである。 Here, the members used when producing the solid lithium ion battery are as follows.
第一の封止シート11A:60mm×60mm×50μmのPET製のフィルム(東レ製)
第二の封止シート11B:60mm×60mm×50μmのPET製のフィルム(東レ製)
正極集電体12:厚み15μmのアルミニウム箔
正極合材層13:50m×50mm×80μmの三元系リチウムイオン電池正極材料と硫化物系固体電解質、導電助剤、バインダーの合材
固体電解質層14:54m×54mm×300μmの三菱製紙製の不織布、硫化物系固体電解質、バインダーの合材
負極合材層15:54m×54mm×80μmのグラファイト、硫化物系固体電解質、導電助剤、バインダーの合材
負極集電体16:厚み10μmの銅箔
絶縁スペーサー17:厚み50μmのPET製の枠(東レ製)
第一のホットメルト接着剤18A:厚み50μmのPPa-F製の枠(DNP製)
第二のホットメルト接着剤18B:厚み50μmのPPa-F製の枠(DNP製)
第三のホットメルト接着剤21A:厚み50μmのPPa-F製のハンガー型の部材(DNP製)
第四のホットメルト接着剤21B:厚み50μmのPPa-F製のハンガー型の部材(DNP製)
First sealing
Positive electrode current collector 12: 15 μm thick aluminum foil Positive electrode mixture layer 13: 50 m×50 mm×80 μm mixture of ternary lithium ion battery positive electrode material, sulfide solid electrolyte, conductive aid, and binder Solid electrolyte layer 14 : 54 m × 54 mm × 300 μm non-woven fabric manufactured by Mitsubishi Paper Mills, a sulfide-based solid electrolyte, and a binder mixture Negative electrode mixture layer 15: 54 m × 54 mm × 80 μm graphite, a sulfide-based solid electrolyte, a conductive aid, and a binder mixture Materials Negative electrode current collector 16: 10 μm thick copper foil Insulating spacer 17: 50 μm thick PET frame (manufactured by Toray)
First hot melt adhesive 18A: 50 μm thick PPa-F frame (manufactured by DNP)
Second hot melt adhesive 18B: 50 μm thick PPa-F frame (manufactured by DNP)
Third hot melt adhesive 21A: PPa-F hanger-shaped member with a thickness of 50 μm (manufactured by DNP)
Fourth hot melt adhesive 21B: PPa-F hanger-shaped member with a thickness of 50 μm (manufactured by DNP)
[比較例1]
露点が-70℃である超低露点環境下で、ステンレス鋼製のサポートプレートと、正極集電体12と、正極合材層13と、固体電解質層14と、負極合材層15と、負極集電体16と、ステンレス鋼製のサポートプレートとを順次積層し、PPSフィルムで封止した。
[Comparative Example 1]
Under an ultra-low dew point environment with a dew point of −70° C., a support plate made of stainless steel, a positive electrode
次に、大気環境下で、PPSフィルムで封止したままの状態でプレスし、セルを得た。 Next, the cell was pressed in an atmospheric environment while still sealed with the PPS film to obtain a cell.
次に、露点が-70℃である超低露点環境下で、セルからPPSフィルムを取り外した後、正極タブおよび負極タブにタブリードを溶接した。また、バッテリー向けアルミラミネートフィルムでセルを挟み、2辺溶着した後、真空シーラーの中に入れて真空封止して、全固体リチウムイオン電池を作製した。 Next, under an ultra-low dew point environment with a dew point of −70° C., after removing the PPS film from the cell, tab leads were welded to the positive and negative electrode tabs. In addition, the cell was sandwiched between aluminum laminate films for batteries, and after the two sides were welded, the cell was placed in a vacuum sealer and vacuum-sealed to produce an all-solid-state lithium ion battery.
次に、全固体リチウムイオン電池の特性を評価した。 Next, we evaluated the characteristics of the all-solid-state lithium-ion battery.
[放電容量および比容量]
全固体リチウムイオン電池を治具に組付け、拘束圧60MPaで拘束し、測定温度(25℃)で1時間放置した後、8.4mAで4.2Vまで定電流充電を実施した。次に、全固体リチウムイオン電池を15分間放置した後、8.4mAの電流値で2.6Vまで定電流放電を実施した。次に、上記の操作を2回繰り返した。次に、拘束圧を1MPaに下げ、上記の操作を実施した。拘束圧1MPaでの放電時の放電容量を、放電容量(mAh)とした。また、放電容量を全固体リチウムイオン電池の正極活物質の質量で除し、比容量(mAh/g)を求めた。
[Discharge capacity and specific capacity]
The all-solid lithium ion battery was assembled in a jig, restrained with a restraining pressure of 60 MPa, left at the measurement temperature (25° C.) for 1 hour, and then charged at a constant current of 8.4 mA to 4.2 V. Next, after leaving the all-solid-state lithium ion battery to stand for 15 minutes, it was subjected to constant current discharge to 2.6 V at a current value of 8.4 mA. Next, the above operation was repeated twice. Next, the confining pressure was lowered to 1 MPa and the above operation was performed. The discharge capacity during discharge at a confining pressure of 1 MPa was defined as the discharge capacity (mAh). Also, the discharge capacity was divided by the mass of the positive electrode active material of the all-solid lithium ion battery to obtain the specific capacity (mAh/g).
なお、得られた放電容量に対し、1時間で放電が完了できる電流値を1Cとした。 A current value at which discharge can be completed in 1 hour was defined as 1C with respect to the obtained discharge capacity.
[直流抵抗]
放電容量を測定した後の全固体リチウムイオン電池を、測定温度(25℃)で1時間放置した後、充電レート0.2Cで定電流充電を実施し、充電レベル(SOC(State of Charge))50%に調整して10分間放置した。次に、放電レート0.5Cで10秒間パルス放電し、10秒間放電した時の電圧を測定した。そして、横軸を電流値、縦軸を電圧として、放電レート0.5Cに対して、10秒間放電した時の電圧をプロットした。次に、全固体リチウムイオン電池を10分間放置した後、補充電を実施して、SOCを50%に復帰させ、全固体リチウムイオン電池を10分間放置した。次に、上記の操作を、1.0C、1.5C、2.0C、2.5C、3.0Cの各放電レートで実施し、各放電レートに対して、10秒間放電した時の電圧をプロットした。そして、各プロットから得られた最小二乗法による近似直線の傾きを、直流抵抗(mΩ)とした。
[DC resistance]
After measuring the discharge capacity, the all-solid-state lithium ion battery was left at the measurement temperature (25 ° C.) for 1 hour, and then subjected to constant current charging at a charging rate of 0.2 C, and the charge level (SOC (State of Charge)). It was adjusted to 50% and left for 10 minutes. Next, pulse discharge was performed for 10 seconds at a discharge rate of 0.5 C, and the voltage was measured after 10 seconds of discharge. Then, with the horizontal axis representing the current value and the vertical axis representing the voltage, the voltage when the battery was discharged for 10 seconds was plotted against the discharge rate of 0.5C. Next, after leaving the all-solid lithium ion battery for 10 minutes, supplementary charging was performed to return the SOC to 50%, and the all-solid lithium ion battery was left for 10 minutes. Next, the above operation was performed at each discharge rate of 1.0C, 1.5C, 2.0C, 2.5C, and 3.0C, and the voltage when discharging for 10 seconds was calculated for each discharge rate. plotted. Then, the slope of the approximate straight line obtained from each plot by the method of least squares was defined as the DC resistance (mΩ).
[クーロン効率]
拘束圧1MPaでの放電時の放電容量を充電容量で除し、クーロン効率を求めた。
[Coulomb efficiency]
The coulombic efficiency was obtained by dividing the discharge capacity at the time of discharge at a confining pressure of 1 MPa by the charge capacity.
表1に、全固体リチウムイオン電池の特性の評価結果を示す。 Table 1 shows the evaluation results of the characteristics of the all-solid lithium ion battery.
表1から、実施例1の全固体リチウムイオン電池は、放電容量、比容量、直流抵抗およびクーロン効率が、比較例1の全固体リチウムイオン電池と同等であり、実用可能な範囲内であることがわかる。 From Table 1, the all-solid-state lithium ion battery of Example 1 has the same discharge capacity, specific capacity, DC resistance and coulombic efficiency as the all-solid-state lithium ion battery of Comparative Example 1, and is within a practical range. I understand.
10 固体電池
11A 第一の封止シート
11B 第二の封止シート
12 正極集電体
13 正極合材層
14 固体電解質層
15 負極合材層
16 負極集電体
17 絶縁スペーサー
18A 第一のホットメルト接着剤
18B 第二のホットメルト接着剤
21A 第三のホットメルト接着剤
21B 第四のホットメルト接着剤
10
Claims (3)
前記固体電解質層の周囲に、絶縁スペーサーが存在しており、
前記第一の封止シートと前記絶縁スペーサーとの間に、第一のホットメルト接着剤が介在しており、
前記第二の封止シートと前記絶縁スペーサーとの間に、第二のホットメルト接着剤が介在しており、
前記正極集電体の前記正極合材層が形成されていない領域と前記第一の封止シートとの間に、第三のホットメルト接着剤が介在しており、
前記負極集電体の前記負極合材層が形成されていない領域と前記第二の封止シートとの間に、第四のホットメルト接着剤が介在している、固体電池。 Between the first sealing sheet and the second sealing sheet, a part of the positive electrode current collector, a positive electrode mixture layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode mixture layer, and a part of the negative electrode current collector and are stacked in order,
An insulating spacer is present around the solid electrolyte layer,
A first hot melt adhesive is interposed between the first sealing sheet and the insulating spacer,
A second hot melt adhesive is interposed between the second sealing sheet and the insulating spacer,
A third hot-melt adhesive is interposed between a region of the positive electrode current collector where the positive electrode mixture layer is not formed and the first sealing sheet,
A solid-state battery, wherein a fourth hot-melt adhesive is interposed between a region of the negative electrode current collector where the negative electrode mixture layer is not formed and the second sealing sheet.
前記第一の封止シートと前記第二の封止シートの間に、前記正極集電体の一部と、前記正極合材層と、前記固体電解質層と、前記負極合材層と、前記負極集電体の一部と、を順次配置するとともに、前記第一のホットメルト接着剤と、前記絶縁スペーサーと、前記第二のホットメルト接着剤と、を順次配置した状態で、ヒートプレスする工程を含み、
前記第一の封止シートは、前記正極集電体の前記正極合材層が形成されていない領域と対向する領域の一部に、前記第三のホットメルト接着剤が形成されており、
前記第二の封止シートは、前記負極集電体の前記負極合材層が形成されていない領域と対向する領域の一部に、前記第四のホットメルト接着剤が形成されている、固体電池の製造方法。 A method for manufacturing the solid-state battery according to claim 1 or 2,
Between the first sealing sheet and the second sealing sheet, a part of the positive electrode current collector, the positive electrode mixture layer, the solid electrolyte layer, the negative electrode mixture layer, and the A part of the negative electrode current collector is sequentially arranged, and the first hot-melt adhesive, the insulating spacer, and the second hot-melt adhesive are sequentially arranged and then heat-pressed. including the process,
The first encapsulating sheet has the third hot-melt adhesive formed in a part of the region facing the region where the positive electrode mixture layer of the positive electrode current collector is not formed,
The second encapsulating sheet is a solid body in which the fourth hot-melt adhesive is formed in part of a region facing a region of the negative electrode current collector where the negative electrode mixture layer is not formed. Battery manufacturing method.
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