JP2023047443A - All-solid battery - Google Patents

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拓海 大塚
Takumi Otsuka
宏典 土江
Hironori Tsuchie
雄介 川端
Yusuke Kawabata
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Abstract

To provide an all-solid battery that can prevent the occurrence of defects due to misalignment of a unit electrode body and a current collector that make up a multilayer electrode body when an all-solid battery equipped with a multilayer electrode body with a bipolar structure is assembled, and can suppress deterioration of characteristics due to moisture intruding inside, and that relates to goals 3, 7, 11 and 12 of the SDGs.SOLUTION: In an all-solid battery according to the present invention, a multilayer electrode body in which a plurality of unit electrode body each including a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode and the negative electrode are laminated, and the adjacent unit electrode bodies are connected in series via a current collector is enclosed inside an exterior body, and a resin sheet containing a desiccant is attached to the peripheral surface of the multilayer electrode body.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、バイポーラ構造を有する積層電極体を備えた全固体電池の組み立て時の不良発生を防ぎ得るとともに、内部に侵入する水分による特性低下を抑制し得る全固体電池に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an all-solid-state battery that can prevent defects during assembly of an all-solid-state battery that includes a laminated electrode body having a bipolar structure, and that can suppress deterioration in characteristics due to moisture entering the battery.

近年、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなどのポータブル電子機器の発達や、電気自動車の実用化などに伴い、小型・軽量で、かつ高容量・高エネルギー密度の電池が必要とされるようになってきている。 In recent years, with the development of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers, and the commercialization of electric vehicles, there is a growing need for compact, lightweight, high-capacity, high-energy-density batteries. ing.

現在、この要求に応え得るリチウム電池、特にリチウムイオン電池では、非水電解質として有機溶媒とリチウム塩とを含む有機電解液が用いられている。 At present, lithium batteries, particularly lithium ion batteries, which can meet this demand, use an organic electrolytic solution containing an organic solvent and a lithium salt as a non-aqueous electrolyte.

そして、リチウムイオン電池の適用機器のさらなる発達に伴って、リチウムイオン電池のさらなる長寿命化・高容量化・高エネルギー密度化が求められていると共に、長寿命化・高容量化・高エネルギー密度化したリチウムイオン電池の信頼性も高く求められている。 With the further development of lithium-ion battery application equipment, there is a demand for longer life, higher capacity, and higher energy density of lithium-ion batteries. Reliability of the lithium-ion battery is also highly demanded.

しかし、リチウムイオン電池に用いられている有機電解液は、可燃性物質である有機溶媒を含んでいるため、電池に短絡などの異常事態が発生した際に、有機電解液が異常発熱する可能性がある。また、近年のリチウムイオン電池の高エネルギー密度化および有機電解液中の有機溶媒量の増加傾向に伴い、より一層リチウムイオン電池の信頼性が求められている。 However, since the organic electrolyte used in lithium-ion batteries contains an organic solvent, which is a combustible substance, there is a possibility that the organic electrolyte will generate abnormal heat when an abnormal situation such as a short circuit occurs in the battery. There is In addition, with the recent trends toward higher energy densities in lithium ion batteries and an increase in the amount of organic solvents in organic electrolytes, the reliability of lithium ion batteries is required to be even higher.

以上のような状況において、有機溶媒を用いない全固体型のリチウム電池(全固体電池)が注目されている(特許文献1、2など)。全固体電池は、従来の有機溶媒系電解質に代えて、有機溶媒を用いない固体電解質の成形体を用いるものであり、固体電解質の異常発熱の虞がなく、高い安全性を備えている。 Under the circumstances described above, an all-solid-state lithium battery (all-solid-state battery) that does not use an organic solvent has attracted attention (Patent Documents 1 and 2, etc.). The all-solid-state battery uses a molded body of a solid electrolyte that does not use an organic solvent instead of a conventional organic solvent-based electrolyte, and has a high degree of safety without the risk of abnormal heat generation of the solid electrolyte.

また、全固体電池は、高い安全性だけではなく、高い信頼性および高い耐環境性を有し、かつ長寿命であるため、社会の発展に寄与すると同時に安心、安全にも貢献し続けることができるメンテナンスフリーの電池として期待されている。全固体電池の社会への提供により、国際連合が制定する持続可能な開発目標(SDGs)の17の目標のうち、目標3(あらゆる年齢のすべての人々の健康的な生活を確保し、福祉を促進する)、目標7(すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する)、目標11〔包摂的で安全かつ強靭(レジリエント)で持続可能な都市および人間居住を実現する〕、および目標12(持続可能な生産消費形態を確保する)の達成に貢献することができる。 All-solid-state batteries are not only highly safe, but also highly reliable, highly resistant to environmental conditions, and have a long life. It is expected to be a maintenance-free battery that can By providing society with all-solid-state batteries, among the 17 Sustainable Development Goals (SDGs) established by the United Nations, Goal 3 (ensure healthy lives and promote well-being for all at all ages). Goal 7 (Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy for all), Goal 11 (Inclusive, Safe, Resilient and Sustainable Cities and Human Settlements). and achieve Goal 12 (Ensure sustainable production and consumption patterns).

ところで、リチウム電池においては、内部に侵入する水分によって内部抵抗の増大や容量低下といった各種特性の低下が生じる問題があり、このような問題の発生を防止することの要請がある。 By the way, in lithium batteries, there is a problem that various characteristics such as an increase in internal resistance and a decrease in capacity are caused by moisture intruding into the battery, and there is a demand to prevent such problems from occurring.

例えば、特許文献3には、金属容器に比して外部の水分が内部に侵入しやすい合成樹脂製のハウジング(外装体)を用い、また、例えば支持電解質と溶媒とゲル化のための高分子とを含む非流動性電解質層を用いた電池において、内部に吸湿剤を配置することで、前記のような問題の発生を回避する技術が提案されている。 For example, in Patent Document 3, a synthetic resin housing (exterior body) that allows external moisture to enter the interior more easily than a metal container is used, and, for example, a supporting electrolyte, a solvent, and a polymer for gelation In a battery using a non-fluid electrolyte layer containing , a technique has been proposed for avoiding the occurrence of the above problems by arranging a moisture absorbent inside.

しかしながら、溶媒を含む電解質を有する電池においては、吸湿剤を構成する元素の一部が溶媒中に溶出し、内部に配置した吸湿剤に起因して特性低下が生じることが懸念される。また、吸湿剤の表面が溶媒で濡れることにより、吸湿機能を生じなくなる虞もある。 However, in a battery having an electrolyte containing a solvent, there is concern that part of the elements constituting the hygroscopic agent will be eluted into the solvent, resulting in deterioration of characteristics due to the hygroscopic agent placed inside. In addition, there is a possibility that the surface of the hygroscopic agent will become wet with the solvent, thereby failing to function as a hygroscopic agent.

また、全固体電池において、複数の発電要素(単位セル)を積層し直列に接続することにより、高電圧化や高容量化を図ることのできるバイポーラ構造とすることが提案されている(特許文献4)。前記バイポーラ構造の電池では、複数の発電要素を順次積層して電池を組み立てる際に互いに位置ずれを生じる可能性があり、それによって短絡の発生や内部抵抗の増加などの問題が発生する虞があるため、その対応が必要とされる。 In addition, in all-solid-state batteries, it has been proposed to have a bipolar structure that can achieve high voltage and high capacity by stacking and connecting a plurality of power generation elements (unit cells) in series (Patent document 4). In the battery with the bipolar structure, when a plurality of power generation elements are sequentially stacked to assemble the battery, positional deviation may occur, which may cause problems such as occurrence of short circuit and increase in internal resistance. Therefore, it is necessary to deal with it.

特開2017-40531号公報JP 2017-40531 A 特開2017-168387号公報JP 2017-168387 A 特開2000-243357号公報JP-A-2000-243357 特開2021-64584号公報JP 2021-64584 A

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バイポーラ構造を有する積層電極体を備えた全固体電池の組み立て時に、積層電極体を構成する単位電極体や集電体の位置ずれによる不良発生を防ぎ得るとともに、内部に侵入する水分による特性低下を抑制し得る全固体電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to assemble a unit electrode body and a current collector that constitute the stacked electrode body when assembling an all-solid-state battery having a stacked electrode body having a bipolar structure. An object of the present invention is to provide an all-solid-state battery capable of preventing the occurrence of defects due to misalignment and suppressing deterioration of characteristics due to moisture entering the inside.

本発明の全固体電池は、単位電極体が複数積層され、かつ隣接する単位電極体同士が集電体を介して直列接続されてなる積層電極体が、外装体の内部に封入されており、前記積層電極体の周面に、乾燥剤を含む樹脂シートが取り付けられていることを特徴とするものである。 In the all-solid-state battery of the present invention, a laminated electrode body in which a plurality of unit electrode bodies are stacked and adjacent unit electrode bodies are connected in series via a current collector is enclosed in the exterior body, A resin sheet containing a desiccant is attached to the peripheral surface of the laminated electrode body.

本発明によれば、バイポーラ構造を有する積層電極体を備えた全固体電池の組み立て時に、積層電極体を構成する単位電極体や集電体の位置ずれが生じるのを防止し、短絡の発生や内部抵抗の増加などを防ぎ得るとともに、内部に侵入する水分による特性低下を抑制し得る全固体電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, when assembling an all-solid-state battery having a laminated electrode body having a bipolar structure, it is possible to prevent the positional deviation of the unit electrode bodies and current collectors constituting the laminated electrode body from occurring, thereby preventing the occurrence of short circuits. It is possible to provide an all-solid-state battery that can prevent an increase in internal resistance, etc., and can suppress deterioration in characteristics due to moisture entering the inside.

本発明の全固体電池の一例を模式的に表す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of an all-solid-state battery of the present invention; FIG.

本発明の全固体電池は、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に配置された固体電解質層を有する単位電極体が複数積層され、かつ隣接する単位電極体同士が集電体を介して直列接続されてなる積層電極体が、外装体の内部に封入されたものであり、さらに、前記積層電極体の周面、すなわち単位電極体と集電体とが柱状に積層されて構成された積層電極体の側面に、乾燥剤を含む樹脂シートが取り付けられているものである。 In the all-solid-state battery of the present invention, a plurality of unit electrode bodies each having a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode and the negative electrode are laminated, and adjacent unit electrode bodies serve as current collectors. A laminated electrode body serially connected via a wall is enclosed in the exterior body, and the peripheral surface of the laminated electrode body, that is, the unit electrode body and the current collector are laminated in a columnar shape. A resin sheet containing a desiccant is attached to the side surface of the stacked electrode assembly.

本発明の全固体電池においては、積層電極体の周面に取り付けられた樹脂シートにより、積層電極体を構成する単位電極体や集電体に位置ずれが生じるのを防ぐことができる。また、前記樹脂シートに含まれる乾燥剤の作用によって、外装体の内部に侵入した水分の一部または全部が前記樹脂シートに吸着されるため、このような水分による固体電解質や活物質などの劣化が抑制できる。これにより、本発明の全固体電池では、単位電極体や集電体の位置ずれによる短絡の発生や内部抵抗の増加などを防ぐとともに、内部に侵入する水分による特性低下の抑制が可能となる。 In the all-solid-state battery of the present invention, the resin sheet attached to the peripheral surface of the laminated electrode body can prevent the unit electrode body and current collector constituting the laminated electrode body from being misaligned. In addition, part or all of the moisture that has entered the interior of the exterior body is absorbed by the resin sheet due to the action of the desiccant contained in the resin sheet, so that the solid electrolyte and the active material deteriorate due to such moisture. can be suppressed. As a result, in the all-solid-state battery of the present invention, it is possible to prevent occurrence of a short circuit and an increase in internal resistance due to displacement of the unit electrode body and current collector, as well as suppress deterioration of characteristics due to moisture intruding inside.

また、例えば、溶媒を含む電解液(高分子などでゲル状としたものを含む)を有する電池の場合、外装体内に乾燥剤を配置すると、前記乾燥剤を構成する元素の一部が電解液の溶媒中に溶出して電池特性を損なったり、乾燥剤の表面が溶媒で濡れることにより、吸湿機能を生じなくなったりする虞があるが、溶媒を含む電解液を使用しない全固体電池であれば、このような問題の発生も防止できる。 Further, for example, in the case of a battery having an electrolytic solution containing a solvent (including a gel-like polymer), when a desiccant is placed in the outer package, part of the elements constituting the desiccant is dissolved in the electrolyte. There is a risk that the battery characteristics will be impaired by elution into the solvent of the desiccant, or that the surface of the desiccant will become wet with the solvent, and the moisture absorption function will not occur. , the occurrence of such problems can also be prevented.

乾燥剤を含む樹脂シートにおける乾燥剤としては、電池内部に侵入する水分を吸着できればよく、その機構は、化学吸着、物理吸着のいずれでもよい。具体的には、酸化カルシウム、塩化カルシウム、過塩素酸マグネシウム、酸化バリウム、過塩素酸バリウム、五酸化リン、酸化ストロンチウム、硫酸マグネシウムなどの水分を化学吸着する乾燥剤;合成ゼオライト、シリカゲルなどの水分を物理吸着する乾燥剤;などが挙げられ、酸化カルシウムが好ましく用いられる。乾燥剤は1種であってもよく、2種以上を用いてもよい。 As the desiccant in the resin sheet containing the desiccant, it is sufficient that it can adsorb moisture entering the inside of the battery, and the mechanism may be either chemical adsorption or physical adsorption. Specifically, drying agents that chemically adsorb moisture such as calcium oxide, calcium chloride, magnesium perchlorate, barium oxide, barium perchlorate, phosphorus pentoxide, strontium oxide, and magnesium sulfate; moisture such as synthetic zeolite and silica gel a desiccant that physically adsorbs ; and the like, and calcium oxide is preferably used. One desiccant may be used, or two or more desiccants may be used.

水分の吸着性の観点から、乾燥剤は、BET比表面積が10m/g以上の粉体であることが好ましく、前記比表面積は30m/g以上であることがより好ましく、40m/g以上であることが特に好ましい。本明細書でいう乾燥剤のBET比表面積は、日本産業規格(JIS) K 6217に準じた、BET法によって求められる値であり、例えば、窒素吸着法による比表面積測定装置(Mountech社製「Macsorb HM modele-1201」)を用いて測定することができる。 From the viewpoint of moisture adsorption, the desiccant is preferably a powder having a BET specific surface area of 10 m 2 /g or more, more preferably 30 m 2 /g or more, more preferably 40 m 2 /g. It is particularly preferable that it is above. The BET specific surface area of the desiccant referred to in this specification is a value determined by the BET method in accordance with Japanese Industrial Standards (JIS) K 6217. For example, a specific surface area measuring device ("Macsorb HM model-1201").

乾燥剤を含む樹脂シートは、乾燥剤と樹脂とを含む組成物をシート状に成形したものであり、前記樹脂シートにおける樹脂は、前記シートが含有する乾燥剤を保持する役割を担うものである。前記樹脂には、セパレータや電極のバインダなどのように、リチウム電池などの電池の内部で使用されている各種樹脂と同じものが使用できる。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン共重合体などのポリオレフィン;ポリエチレンテレフタレート、共重合ポリエステルなどのポリエステル;ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素樹脂;スチレン-ブタジエンゴム;などが挙げられ、ポリオレフィンやフッ素樹脂が好ましく用いられる。樹脂は1種であってもよく、2種以上を用いてもよい。 A resin sheet containing a desiccant is formed by molding a composition containing a desiccant and a resin into a sheet, and the resin in the resin sheet plays a role of retaining the desiccant contained in the sheet. . As the resin, the same resins as those used in batteries such as lithium batteries, such as separators and electrode binders, can be used. Specifically, polyolefins such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene copolymers; polyesters such as polyethylene terephthalate and copolyester; fluorine resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE); butadiene rubber; and the like, and polyolefin and fluororesin are preferably used. One type of resin may be used, or two or more types may be used.

乾燥剤を含む樹脂シートにおいて、乾燥剤の含有量は、電池内部の水分の吸着性能をより高める観点から、30質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。ただし、前記樹脂シートにおける乾燥剤の量が多すぎると、例えば前記組成物をシート状に成形することができなくなる虞があることから、前記樹脂シートにおける乾燥剤の含有量は、95質量%以下であることが好ましく、85質量%以下であることがより好ましい。 In the resin sheet containing the desiccant, the content of the desiccant is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, from the viewpoint of further enhancing the moisture adsorption performance inside the battery. However, if the amount of desiccant in the resin sheet is too large, for example, the composition may not be formed into a sheet shape, so the content of the desiccant in the resin sheet is 95% by mass or less. and more preferably 85% by mass or less.

乾燥剤を含む樹脂シートにおいて、乾燥剤以外の成分は樹脂のみであってもよく、さらにその他の成分(界面活性剤、帯電防止剤、顔料、指示薬、香料、滑剤フィラー、酸化防止剤など)を含有していてもよい。前記樹脂シートにおける樹脂の含有量は、例えば、5質量%以上であることが好ましく、15質量%以上であることがより好ましく、70質量%以下であることが好ましく、50質量%以下であることがより好ましい。また、前記樹脂シートが乾燥剤および樹脂以外の成分を含有する場合、その含有量は、乾燥剤および樹脂の含有量が、それぞれ前記の好適値を満たす範囲内で設定すればよい。 In the resin sheet containing a desiccant, the component other than the desiccant may be only the resin, and other components (surfactant, antistatic agent, pigment, indicator, fragrance, lubricant filler, antioxidant, etc.) may contain. The content of the resin in the resin sheet is, for example, preferably 5% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, preferably 70% by mass or less, and 50% by mass or less. is more preferred. When the resin sheet contains a desiccant and a component other than the resin, the contents of the desiccant and the resin may be set within a range that satisfies the preferred values described above.

乾燥剤を含む樹脂シートの厚みについては特に制限はないが、通常は、一定以上の吸湿作用を得るために、50μm以上とすることが好ましく、電池の内容積に占める割合を少なくして電池の容量低下を防ぐため、500μm以下とすることが好ましい。 The thickness of the resin sheet containing the desiccant is not particularly limited, but in general, it is preferably 50 μm or more in order to obtain a certain level of moisture absorption. In order to prevent a decrease in capacity, the thickness is preferably 500 μm or less.

乾燥剤と樹脂とを含む組成物をシート状に成形して樹脂シートを作製する際に、乾燥剤などは予め十分乾燥させてから配合して組成物を構成することが好ましい。また、乾燥剤と樹脂との混合においては、必要に応じて加熱して樹脂を溶融状態として混合してもよい。 When a composition containing a desiccant and a resin is molded into a sheet to form a resin sheet, it is preferable that the desiccant and the like are sufficiently dried before being blended to form the composition. Moreover, in the mixing of the desiccant and the resin, if necessary, the resin may be melted and mixed by heating.

また、水分の吸着性の観点から、樹脂はフィブリル化されていることが好ましく、例えば、PTFEなどを用いる場合、樹脂と乾燥剤とを乾式混合して得られた混合物を圧延することにより、樹脂のフィブリル化を行うことができる。 In addition, from the viewpoint of moisture adsorption, it is preferable that the resin is fibrillated. can be fibrillated.

乾燥剤を含む樹脂シートは、市販されているものを用いてもよく、例えば、佐々木化学薬品株式会社製のフレキシブルシール状乾燥剤「ドライキープ TFREE-Z(商品名)」、「ドライキープフィルム エクストラ(商品名)」などを用いることもできる。 A commercially available resin sheet containing a desiccant may be used. (trade name)" can also be used.

図1に本発明の全固体電池の一例を模式的に表す縦断面図を示す。図1に示す全固体電池1は、外装缶3と封口缶4とガスケット5とからなるコイン形(ボタン形ともいう)の外装体を有し、その内部に、2個の単位電極体20、20が積層されて構成された積層電極体2が封入された形状のものである。 FIG. 1 shows a longitudinal sectional view schematically showing an example of the all-solid-state battery of the present invention. The all-solid-state battery 1 shown in FIG. 1 has a coin-shaped (also called a button-shaped) exterior body composed of an exterior can 3, a sealing can 4, and a gasket 5, and contains two unit electrode bodies 20, It has a shape in which a laminated electrode body 2 configured by laminating 20 is enclosed.

全固体電池1において、封口缶4は、外装缶3の開口部にガスケット5を介して嵌合しており、外装缶3の開口端部が内方に締め付けられ、これによりガスケット5が封口缶4に当接することで、外装缶3の開口部が封口されて電池内部が密閉構造となっている。 In the all-solid-state battery 1, the sealing can 4 is fitted into the opening of the outer can 3 via a gasket 5, and the opening end of the outer can 3 is tightened inward, whereby the gasket 5 is attached to the sealing can. 4, the opening of the outer can 3 is sealed, and the inside of the battery has a sealed structure.

個々の単位電極体20、20は、それぞれ、正極21と負極22とが、固体電解質層23を介して積層されて構成されている。また、図中上側の単位電極体20の正極21と、図中下側の単位電極体20の負極22との間には、集電体6が配置されており、この集電体6を介して、上側の単位電極体20と下側の単位電極体20とが直列に接続されている。よって、上側の単位電極体20における正極21と、集電体6と、下側の単位電極体20における負極22とが、バイポーラ構造を形成している。 Each of the unit electrode bodies 20 , 20 is configured by stacking a positive electrode 21 and a negative electrode 22 with a solid electrolyte layer 23 interposed therebetween. A current collector 6 is arranged between the positive electrode 21 of the unit electrode body 20 on the upper side in the figure and the negative electrode 22 of the unit electrode body 20 on the lower side in the figure. The upper unit electrode body 20 and the lower unit electrode body 20 are connected in series. Therefore, the positive electrode 21 in the upper unit electrode body 20, the current collector 6, and the negative electrode 22 in the lower unit electrode body 20 form a bipolar structure.

図1に示す電池1では、図示されていないが、封口缶4が、その内面で上側の単位電極体20の負極22と集電体を介して電気的に接続されることで負極端子を兼ねており、外装缶3が、図示されていないが、その内面で下側の単位電極体20の正極21と集電体を介して電気的に接続されることで正極端子を兼ねている。なお、電池の用途などによっては、外装缶が負極端子を兼ね、封口缶が正極端子を兼ねることもできる。 In the battery 1 shown in FIG. 1, although not shown, the inner surface of the sealing can 4 is electrically connected to the negative electrode 22 of the upper unit electrode body 20 via a current collector, thereby also serving as a negative electrode terminal. Although not shown, the inner surface of the outer can 3 is electrically connected to the positive electrode 21 of the lower unit electrode body 20 via a current collector, thereby also serving as a positive electrode terminal. Depending on the application of the battery, the outer can can also serve as the negative terminal, and the sealing can can also serve as the positive terminal.

そして、全固体電池1においては、積層電極体2の周面に、乾燥剤を含む樹脂シート7が貼り付けられている。 In the all-solid-state battery 1 , a resin sheet 7 containing a desiccant is attached to the peripheral surface of the laminated electrode assembly 2 .

例えば図1のように外装缶と封口缶とを有する外装体(電池容器)を有するコイン形電池の場合、外装缶の周端部近傍(図1の電池1の場合、外装缶3とガスケット5との間)や、封口缶の周端部近傍(図1の電池1の場合、封口缶4とガスケット5との間)から水分が侵入しやすい。よって、全固体電池において、積層電極体の周面に、乾燥剤を含む樹脂シートを取り付けることで、前記の通り、積層電極体を構成する単位電極体や集電体の位置ずれを防止できることに加えて、侵入した水分が積層電極体に達する前に、積層電極体の表面にある樹脂シートの乾燥剤が水分を吸着するため、積層電極体の固体電解質や活物質と水分との反応により電池特性が低下するのを抑制することができる。 For example, in the case of a coin-shaped battery having an exterior body (battery container) having an exterior can and a sealing can as shown in FIG. ) or near the peripheral edge of the sealing can (between the sealing can 4 and the gasket 5 in the case of the battery 1 in FIG. 1). Therefore, in the all-solid-state battery, by attaching a resin sheet containing a desiccant to the peripheral surface of the laminated electrode body, as described above, it is possible to prevent the displacement of the unit electrode bodies and current collectors constituting the laminated electrode body. In addition, since the desiccant of the resin sheet on the surface of the laminated electrode body absorbs the moisture before it reaches the laminated electrode body, the reaction between the solid electrolyte and the active material of the laminated electrode body and the moisture causes the battery It is possible to suppress the deterioration of the characteristics.

積層電極体の周面において、乾燥剤を含む樹脂シートを貼り付ける位置は、単位電極体や集電体の位置ずれを防ぐことができれば特に制限はなく、積層電極体の周面の一部であってもよいが、侵入した水分の吸着をより効果的に行う観点からは、できるだけ広い面積であることが好ましく、積層電極体の周面全体に前記樹脂シートを貼り付けることがより好ましい。 The position on the peripheral surface of the laminated electrode body to which the resin sheet containing the desiccant is attached is not particularly limited as long as it is possible to prevent the displacement of the unit electrode body and the current collector. However, from the viewpoint of more effectively absorbing intruding moisture, it is preferable that the area is as wide as possible, and it is more preferable that the resin sheet is attached to the entire peripheral surface of the laminated electrode body.

なお、後述するように、全固体電池においては、固体電解質層には固体電解質を含有させる他、正極にも通常は固体電解質を含有させ、負極にも固体電解質を含有させる場合があるが、これらの正極、負極および固体電解質層の少なくとも1つに、硫化物系固体電解質や水素化物固体電解質、酸化物系固体電解質の一部のように、水分との反応性が高い固体電解質を含有させた場合には、内部に侵入した水分による特性低下を抑制する本発明の効果が、より顕著となる。 As will be described later, in the all-solid-state battery, in addition to the solid electrolyte layer containing a solid electrolyte, the positive electrode usually contains a solid electrolyte, and the negative electrode also contains a solid electrolyte. At least one of the positive electrode, the negative electrode and the solid electrolyte layer contains a solid electrolyte that is highly reactive with moisture, such as a sulfide solid electrolyte, a hydride solid electrolyte, and a part of an oxide solid electrolyte. In this case, the effect of the present invention for suppressing deterioration of properties due to moisture that has entered inside becomes more pronounced.

本発明の全固体電池には、一次電池と二次電池とが含まれる。 The all-solid-state battery of the present invention includes primary batteries and secondary batteries.

(正極)
全固体電池に係る正極は、正極活物質および固体電解質を含有する正極合剤を含んでおり、例えば、正極合剤の成形体のみからなるものや、正極合剤の成形体からなる層(正極合剤層)を集電体上に形成してなる構造のものなどが挙げられる。
(positive electrode)
The positive electrode related to the all-solid-state battery contains a positive electrode mixture containing a positive electrode active material and a solid electrolyte. and a structure in which a mixture layer) is formed on a current collector.

全固体電池が一次電池の場合、従来から知られている非水電解質一次電池に用いられている正極活物質と同じものが使用できる。具体的には、例えば、二酸化マンガン、リチウム含有マンガン酸化物〔例えば、LiMnや、二酸化マンガンと同じ結晶構造(β型、γ型、またはβ型とγ型が混在する構造など)を有し、Liの含有量が3.5質量%以下、好ましくは2質量%以下、より好ましくは1.5質量%以下、特に好ましくは1質量%以下である複合酸化物など〕、LiTi5/3(4/3≦a<7/3)などのリチウム含有複合酸化物;バナジウム酸化物;ニオブ酸化物;チタン酸化物;二硫化鉄などの硫化物;フッ化黒鉛;AgSなどの銀硫化物;NiOなどのニッケル酸化物:などが挙げられる。 When the all-solid-state battery is a primary battery, the same positive electrode active material as used in conventionally known non-aqueous electrolyte primary batteries can be used. Specifically, for example, manganese dioxide, lithium-containing manganese oxide [for example, LiMn 3 O 6 , or the same crystal structure as manganese dioxide (β-type, γ-type, or a structure in which β-type and γ-type are mixed) is used. a composite oxide having a Li content of 3.5% by mass or less, preferably 2% by mass or less, more preferably 1.5% by mass or less, and particularly preferably 1% by mass or less], Li a Ti Lithium-containing composite oxides such as 5/3 O 4 (4/3≦a<7/3); vanadium oxides; niobium oxides; titanium oxides; sulfides such as iron disulfide ; silver sulfides such as S; nickel oxides such as NiO2 ;

また、全固体電池が二次電池の場合には、従来から知られている非水電解質二次電池に用いられている正極活物質、すなわち、Li(リチウム)イオンを吸蔵・放出可能な活物質と同じものが使用できる。具体的には、Li1-xMn2-r(ただし、Mは、Li、Na、K、B、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Zr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sn、Sb、In、Nb、Ta、Mo、W、Y、RuおよびRhよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦1、0≦r≦1)で表されるスピネル型リチウムマンガン複合酸化物、LiMn(1-s-t)Ni(2-u)(ただし、Mは、Co、Mg、Al、B、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Mo、Sn、Ca、SrおよびWよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦r≦1.2、0<s<0.5、0≦t≦0.5、u+v<1、-0.1≦u≦0.2、0≦v≦0.1)で表される層状化合物、Li1-xCo1-r(ただし、Mは、Al、Mg、Ti、V、Cr、Zr、Fe、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦1、0≦r≦0.5)で表されるリチウムコバルト複合酸化物、Li1-xNi1-r(ただし、Mは、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦1、0≦r≦0.5)で表されるリチウムニッケル複合酸化物、Li1+s-x1-rPO(ただし、Mは、Fe、MnおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で、Nは、Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、Sb、VおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦1、0≦r≦0.5、0≦s≦1)で表されるオリビン型複合酸化物、Li2-x1-r(ただし、Mは、Fe、MnおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で、Nは、Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、Sb、VおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦2、0≦r≦0.5)で表されるピロリン酸化合物などが例示でき、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 In addition, when the all-solid-state battery is a secondary battery, the positive electrode active material used in conventionally known non-aqueous electrolyte secondary batteries, that is, an active material capable of intercalating and deintercalating Li (lithium) ions can be used the same as Specifically, Li 1-x M r Mn 2-r O 4 (where M is Li, Na, K, B, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Cr, Zr, Fe, Co , Ni, Cu, Zn, Al, Sn, Sb, In, Nb, Ta, Mo, W, Y, Ru and Rh, wherein 0≦x≦1,0 ≤ r ≤ 1), Li r Mn (1-st) Ni s M t O (2-u) F v (where M is Co, Mg, Al , B, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, Mo, Sn, Ca, Sr and W, and 0≤r≤1.2,0 <s < 0.5, 0 ≤ t ≤ 0.5, u + v < 1, −0.1 ≤ u ≤ 0.2, 0 ≤ v ≤ 0.1), Li 1-x Co 1-rM r O 2 , where M is from the group consisting of Al, Mg, Ti, V, Cr, Zr, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb and Ba Lithium-cobalt composite oxide, Li 1-x Ni 1-r M r O 2 (at least one selected element, represented by 0≦x≦1, 0≦r≦0.5), provided that M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, Zr, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb and Ba; ≤ 1, 0 ≤ r ≤ 0.5), Li 1+s−x M 1−r N r PO 4 F s (where M is selected from the group consisting of Fe, Mn and Co At least one selected element, wherein N is at least selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, Zr, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb, V and Ba An olivine-type composite oxide Li 2-x M 1- r N r P 2 O, which is one element and is represented by 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ r ≤ 0.5, 0 ≤ s ≤ 1) 7 (where M is at least one element selected from the group consisting of Fe, Mn and Co; N is Al, Mg, Ti, Zr, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo , Sn, Sb, V and Ba, and can be exemplified by pyrophosphate compounds represented by 0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ r ≤ 0.5). Only one of these may be used, or two or more thereof may be used in combination.

全固体電池が二次電池の場合には、正極活物質の平均粒子径は、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましく、また、10μm以下であることが好ましく、8μm以下であることがより好ましい。なお、正極活物質は一次粒子でも一次粒子が凝集した二次粒子であってもよい。平均粒子径が前記範囲の正極活物質を使用すると、正極に含まれる固体電解質との界面を多くとれるため、電池の負荷特性がより向上する。 When the all-solid-state battery is a secondary battery, the average particle size of the positive electrode active material is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, and preferably 10 μm or less, and 8 μm or less. is more preferable. The positive electrode active material may be primary particles or secondary particles obtained by agglomeration of primary particles. When a positive electrode active material having an average particle size within the above range is used, a large amount of interface with the solid electrolyte contained in the positive electrode can be obtained, so that the load characteristics of the battery are further improved.

本明細書でいう各種粒子(正極活物質、固体電解質など)の平均粒子径は、粒度分布測定装置(日機装株式会社製マイクロトラック粒度分布測定装置「HRA9320」など)を用いて、粒度の小さい粒子から積分体積を求める場合の体積基準の積算分率における50%径の値(D50)を意味している。 The average particle diameter of various particles (positive electrode active material, solid electrolyte, etc.) referred to in this specification is measured using a particle size distribution measuring device (Microtrac particle size distribution measuring device “HRA9320” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). means the 50% diameter value (D 50 ) in the volume-based integrated fraction when the integrated volume is obtained from .

全固体電池が二次電池の場合、正極活物質は、その表面に、正極に含まれる固体電解質との反応を抑制するための反応抑制層を有していることが好ましい。 When the all-solid-state battery is a secondary battery, the positive electrode active material preferably has, on its surface, a reaction suppression layer for suppressing reaction with the solid electrolyte contained in the positive electrode.

正極合剤の成形体内において、正極活物質と固体電解質とが直接接触すると、固体電解質が酸化して抵抗層を形成し、成形体内のイオン伝導性が低下する虞がある。正極活物質の表面に、固体電解質との反応を抑制する反応抑制層を設け、正極活物質と固体電解質との直接の接触を防止することで、固体電解質の酸化による成形体内のイオン伝導性の低下を抑制することができる。 If the positive electrode active material and the solid electrolyte are in direct contact with each other in the molded body of the positive electrode mixture, the solid electrolyte may be oxidized to form a resistance layer, which may reduce the ionic conductivity in the molded body. A reaction suppression layer that suppresses the reaction with the solid electrolyte is provided on the surface of the positive electrode active material to prevent direct contact between the positive electrode active material and the solid electrolyte. Decrease can be suppressed.

反応抑制層は、イオン伝導性を有し、正極活物質と固体電解質との反応を抑制できる材料で構成されていればよい。反応抑制層を構成し得る材料としては、例えば、Liと、Nb、P、B、Si、Ge、TiおよびZrよりなる群から選択される少なくとも1種の元素とを含む酸化物、より具体的には、LiNbOなどのNb含有酸化物、LiPO、LiBO、LiSiO、LiGeO、LiTiO、LiZrO、LiWOなどが挙げられる。反応抑制層は、これらの酸化物のうちの1種のみを含有していてもよく、また、2種以上を含有していてもよく、さらに、これらの酸化物のうちの複数種が複合化合物を形成していてもよい。これらの酸化物の中でも、Nb含有酸化物を使用することが好ましく、LiNbOを使用することがより好ましい。 The reaction suppression layer may be composed of a material that has ion conductivity and that can suppress the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte. Materials that can constitute the reaction suppression layer include, for example, oxides containing Li and at least one element selected from the group consisting of Nb, P, B, Si, Ge, Ti and Zr, more specifically include Nb-containing oxides such as LiNbO3, Li3PO4 , Li3BO3 , Li4SiO4 , Li4GeO4 , LiTiO3 , LiZrO3 , Li2WO4 and the like . The reaction-suppressing layer may contain only one of these oxides, or may contain two or more of these oxides. may form Among these oxides, Nb-containing oxides are preferably used, and LiNbO 3 is more preferably used.

反応抑制層は、正極活物質:100質量部に対して0.1~1.0質量部で表面に存在することが好ましい。この範囲であれば正極活物質と固体電解質との反応を良好に抑制することができる。 The reaction suppressing layer is preferably present on the surface in an amount of 0.1 to 1.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. Within this range, the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte can be satisfactorily suppressed.

正極活物質の表面に反応抑制層を形成する方法としては、ゾルゲル法、メカノフュージョン法、CVD法、PVD法、ALD法などが挙げられる。 Sol-gel method, mechanofusion method, CVD method, PVD method, ALD method and the like can be used as methods for forming the reaction suppressing layer on the surface of the positive electrode active material.

正極合剤における正極活物質の含有量は、60~98質量%であることが好ましい。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is preferably 60 to 98% by mass.

正極合剤には、導電助剤を含有させることができる。その具体例としては、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、グラフェン、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブなどの炭素材料などが挙げられる。なお、例えば活物質にAgSを用いる場合には放電反応の際に導電性のあるAgが生成するため、導電助剤は含有させなくてもよい。正極合剤において導電助剤を含有させる場合には、その含有量は、1~10質量%であることが好ましい。 The positive electrode mixture can contain a conductive aid. Specific examples thereof include carbon materials such as graphite (natural graphite, artificial graphite), graphene, carbon black, carbon nanofiber, and carbon nanotube. For example, when Ag 2 S is used as the active material, conductive Ag is generated during the discharge reaction, so the conductive additive does not have to be contained. When the positive electrode mixture contains a conductive aid, the content is preferably 1 to 10% by mass.

また、正極合剤にはバインダを含有させることができる。その具体例としては、PVDFなどのフッ素樹脂などが挙げられる。なお、例えば正極合剤に硫化物系固体電解質を含有させる場合(詳しくは後述する)のように、バインダを使用しなくても、正極合剤の成形体を形成する上で良好な成形性が確保できる場合には、正極合剤にはバインダを含有させなくてもよい。 Also, the positive electrode mixture can contain a binder. Specific examples thereof include fluororesins such as PVDF. For example, when the positive electrode mixture contains a sulfide-based solid electrolyte (details will be described later), even if a binder is not used, good moldability is obtained in forming a positive electrode mixture molded body. If it can be ensured, the positive electrode mixture may not contain a binder.

正極合剤において、バインダを要する場合には、その含有量は、15質量%以下であることが好ましく、また、0.5質量%以上であることが好ましい。他方、正極合剤において、硫化物系固体電解質を含有しているためバインダを要しなくても成形性が得られる場合には、その含有量が、0.5質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以下であることがより好ましく、0質量%である(すなわち、バインダを含有させない)ことがさらに好ましい。 When a binder is required in the positive electrode mixture, the content thereof is preferably 15% by mass or less, and preferably 0.5% by mass or more. On the other hand, when the positive electrode mixture contains a sulfide-based solid electrolyte and therefore can obtain moldability without requiring a binder, the content is preferably 0.5% by mass or less. , 0.3% by mass or less, and more preferably 0% by mass (that is, no binder is contained).

正極合剤に含有させる固体電解質は、リチウムイオン伝導性を有していれば特に限定されず、例えば、硫化物系固体電解質、水素化物系固体電解質、ハロゲン化物系固体電解質、酸化物系固体電解質などが使用できる。 The solid electrolyte to be contained in the positive electrode mixture is not particularly limited as long as it has lithium ion conductivity. Examples include sulfide solid electrolytes, hydride solid electrolytes, halide solid electrolytes, and oxide solid electrolytes. etc. can be used.

硫化物系固体電解質としては、LiS-P、LiS-SiS、LiS-P-GeS、LiS-B系ガラスなどの粒子が挙げられる他、近年、リチウムイオン伝導性が高いものとして注目されているthio-LISICON型のもの〔Li10GeP12、Li9.54Si1.741.4411.7Cl0.3などの、Li12-12a-b+c+6d-e 3+a-b-c-d 12-e(ただし、MはSi、GeまたはSn、MはPまたはV、MはAl、Ga、YまたはSb、MはZn、Ca、またはBa、MはSまたはSおよびOのいずれかであり、XはF、Cl、BrまたはI、0≦a<3、0≦b+c+d≦3、0≦e≦3〕や、アルジロダイト型のもの〔LiPSClなどの、Li7-f+gPS6-xClx+y(ただし、0.05≦f≦0.9、-3.0f+1.8≦g≦-3.0f+5.7)で表されるもの、Li7-hPS6-hClBr(ただし、h=i+j、0<h≦1.8、0.1≦i/j≦10.0)で表されるものなど〕も使用することができる。 Sulfide-based solid electrolytes include particles of Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 S--SiS 2 , Li 2 SP 2 S 5 -GeS 2 , Li 2 S--B 2 S 3 -based glasses, and the like. In addition to these, thio-LISICON type materials [Li 10 GeP 2 S 12 , Li 9.54 Si 1.74 P 1.44 S 11.7 Cl 0 , which have recently attracted attention as having high lithium ion conductivity Li 12-12a-b+c+6d-e M 1 3+a-b-c-d M 2 b M 3 c M 4 d M 5 12-e X e , such as .3 , where M 1 is Si, Ge or Sn; M2 is P or V, M3 is Al, Ga, Y or Sb, M4 is Zn, Ca, or Ba, M5 is either S or S and O, X is F, Cl, Br or I, 0≦a<3, 0≦b+c+d≦3, 0≦e≦3] and aldirodite type [Li 7-f+g PS 6-x Cl x+y such as Li 6 PS 5 Cl (where 0. 05≦f≦0.9, −3.0f+1.8≦g≦−3.0f+5.7), Li 7-h PS 6-h Cl i Br j (where h=i+j, 0 <h≦1.8, 0.1≦i/j≦10.0)] can also be used.

水素化物系固体電解質としては、例えば、LiBH、LiBHと下記のアルカリ金属化合物との固溶体(例えば、LiBHとアルカリ金属化合物とのモル比が1:1~20:1のもの)などが挙げられる。前記固溶体におけるアルカリ金属化合物としては、ハロゲン化リチウム(LiI、LiBr、LiF、LiClなど)、ハロゲン化ルビジウム(RbI、RbBr、RbF、RbClなど)、ハロゲン化セシウム(CsI、CsBr、CsF、CsClなど)、リチウムアミド、ルビジウムアミドおよびセシウムアミドよりなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。 Examples of hydride-based solid electrolytes include LiBH 4 , solid solutions of LiBH 4 and the following alkali metal compounds (for example, those having a molar ratio of LiBH 4 and alkali metal compounds of 1:1 to 20:1), and the like. mentioned. Examples of alkali metal compounds in the solid solution include lithium halides (LiI, LiBr, LiF, LiCl, etc.), rubidium halides (RbI, RbBr, RbF, RbCl, etc.), cesium halides (CsI, CsBr, CsF, CsCl, etc.). , lithium amide, rubidium amide and cesium amide.

ハロゲン化物系固体電解質としては、例えば、単斜晶型のLiAlCl、欠陥スピネル型または層状構造のLiInBr、単斜晶型のLi6-3m(ただし、0<m<2かつX=ClまたはBr)などが挙げられ、その他にも例えば国際公開第2020/070958や国際公開第2020/070955に記載の公知のものを使用することができる。 Examples of halide-based solid electrolytes include monoclinic LiAlCl 4 , defect spinel LiInBr 4 and monoclinic Li 6-3m Y m X 6 (where 0<m<2 and X=Cl or Br), etc. In addition, known compounds described in, for example, International Publication No. 2020/070958 and International Publication No. 2020/070955 can be used.

酸化物系固体電解質としては、例えば、ガーネット型のLiLaZr12、NASICON型のLi1+OAl1+OTi2-O(PO、Li1+pAl1+pGe2-p(PO、ペロブスカイト型のLi3qLa2/3-qTiOなどが挙げられる。 Examples of oxide-based solid electrolytes include garnet-type Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , NASICON-type Li 1+O Al 1+O Ti 2-O (PO 4 ) 3 , Li 1+p Al 1+p Ge 2-p (PO 4 ) 3 and perovskite-type Li 3q La 2/3-q TiO 3 .

これらの固体電解質の中でも、リチウムイオン伝導性が高いことから、硫化物系固体電解質が好ましく、LiおよびPを含む硫化物系固体電解質がより好ましく、特にリチウムイオン伝導性が高く、化学的に安定性の高いアルジロダイト型の硫化物系固体電解質がさらに好ましい。 Among these solid electrolytes, sulfide-based solid electrolytes are preferred because of their high lithium-ion conductivity, and sulfide-based solid electrolytes containing Li and P are more preferred, particularly those having high lithium-ion conductivity and chemical stability. Aldirodite-type sulfide-based solid electrolytes with high properties are more preferable.

なお、固体電解質の平均粒子径は、粒界抵抗軽減の観点から、0.1μm以上であることが好ましく、0.2μm以上であることがより好ましく、一方、活物質と固体電解質との間での十分な接触界面形成の観点から、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of reducing grain boundary resistance, the average particle size of the solid electrolyte is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.2 μm or more. From the viewpoint of forming a sufficient contact interface, the thickness is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less.

正極合剤における固体電解質の含有量は、4~40質量%であることが好ましい。 The content of the solid electrolyte in the positive electrode mixture is preferably 4 to 40% by mass.

正極に集電体を使用する場合、その集電体としては、アルミニウムやステンレス鋼などの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル、発泡メタル;カーボンシート;などを用いることができる。 When a current collector is used for the positive electrode, the current collector may be foil of metal such as aluminum or stainless steel, punching metal, net, expanded metal, foamed metal, carbon sheet, or the like.

正極合剤の成形体は、例えば、正極活物質に、必要に応じて添加される導電助剤、バインダ、固体電解質などを混合して調製した正極合剤を、加圧成形などによって圧縮することで形成することができる。 The molded body of the positive electrode mixture is produced, for example, by compressing the positive electrode mixture prepared by mixing the positive electrode active material with a conductive agent, a binder, a solid electrolyte, etc., which are added as necessary, by pressure molding or the like. can be formed with

集電体を有する正極の場合には、前記のような方法で形成した正極合剤の成形体を集電体と圧着するなどして貼り合わせることで製造することができる。 In the case of a positive electrode having a current collector, it can be produced by bonding the positive electrode mixture molded body formed by the above-described method to the current collector by pressure bonding or the like.

また、前記の正極合剤と溶媒とを混合して正極合剤含有組成物を調製し、これを集電体や正極と対向させる固体電解質層といった基材上に塗布し、乾燥した後にプレス処理を行うことで、正極合剤の成形体を形成してもよい。 Alternatively, the positive electrode mixture and a solvent are mixed to prepare a positive electrode mixture-containing composition, which is applied onto a substrate such as a current collector or a solid electrolyte layer facing the positive electrode, dried, and then pressed. may be performed to form a molded body of the positive electrode mixture.

正極合剤含有組成物の溶媒には、水やN-メチル-2-ピロリドン(NMP)などの有機溶媒を使用することができる。なお、正極合剤含有組成物に固体電解質も含有させる場合の溶媒は、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが好ましい。特に、硫化物系固体電解質や水素化物系固体電解質などは、微少量の水分によって化学反応を起こすため、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、デカリン、トルエン、キシレンなどの炭化水素溶媒に代表される非極性非プロトン性溶媒を使用することが好ましい。特に、含有水分量を0.001質量%(10ppm)以下とした超脱水溶媒を使用することがより好ましい。また、三井・デュポンフロロケミカル社製の「バートレル(登録商標)」、日本ゼオン社製の「ゼオローラ(登録商標)」、住友3M社製の「ノベック(登録商標)」などのフッ素系溶媒、並びに、ジクロロメタン、ジエチルエーテルなどの非水系有機溶媒を使用することもできる。 Organic solvents such as water and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) can be used as the solvent for the positive electrode mixture-containing composition. When the positive electrode mixture-containing composition also contains a solid electrolyte, it is preferable to select a solvent that does not easily deteriorate the solid electrolyte. In particular, sulfide-based solid electrolytes and hydride-based solid electrolytes are represented by hydrocarbon solvents such as hexane, heptane, octane, nonane, decane, decalin, toluene, and xylene, because chemical reactions occur with minute amounts of moisture. It is preferred to use a non-polar aprotic solvent. In particular, it is more preferable to use a super-dehydrated solvent with a water content of 0.001% by mass (10 ppm) or less. In addition, fluorine-based solvents such as "Vertrel (registered trademark)" manufactured by Mitsui-DuPont Fluorochemicals, "Zeorolla (registered trademark)" manufactured by Nippon Zeon, "Novec (registered trademark)" manufactured by Sumitomo 3M, and , dichloromethane, and diethyl ether can also be used.

正極合剤の成形体は、その密度を高めて空隙率を小さくし、正極の内部抵抗をより低減する観点からは、正極合剤を加圧成形などによって圧縮して成形したものであることが、より好ましい。 From the viewpoint of increasing the density and reducing the porosity of the positive electrode mixture and further reducing the internal resistance of the positive electrode, it is preferable that the positive electrode mixture is formed by compressing the positive electrode mixture by pressure molding or the like. , more preferred.

正極合剤の成形体の厚みは、通常は50μm以上であるが、電池の高容量化の観点から、200μm以上であることが好ましい。また、正極合剤の成形体の厚みは、通常、3000μm以下であり、電池の高出力化の観点から、500μm以下であることが好ましい。 The thickness of the molded body of the positive electrode mixture is usually 50 μm or more, and preferably 200 μm or more from the viewpoint of increasing the capacity of the battery. In addition, the thickness of the molded body of the positive electrode mixture is usually 3000 μm or less, and preferably 500 μm or less from the viewpoint of increasing the output of the battery.

なお、溶媒を含有する正極合剤含有組成物を用いて集電体上に正極合剤の成形体からなる正極合剤層を形成することで製造される正極の場合には、正極合剤層の厚みは、50~1000μmであることが好ましく、電池の高出力化の観点から、500μm以下であることがより好ましい。 In the case of a positive electrode manufactured by forming a positive electrode mixture layer made of a molded positive electrode mixture on a current collector using a positive electrode mixture-containing composition containing a solvent, the positive electrode mixture layer The thickness of is preferably 50 to 1000 μm, and more preferably 500 μm or less from the viewpoint of increasing the output of the battery.

(負極)
全固体電池の負極は、例えば、負極活物質を含有する負極合剤の成形体、リチウムのシート、またはリチウム合金のシートを有している。
(negative electrode)
The negative electrode of the all-solid-state battery has, for example, a molded negative electrode mixture containing a negative electrode active material, a lithium sheet, or a lithium alloy sheet.

負極が、負極活物質を含有する負極合剤の成形体の場合、負極合剤を成形してなる成形体(ペレットなど)や、負極合剤の成形体からなる層(負極合剤層)を集電体上に形成してなる構造のものなどが挙げられる。 In the case where the negative electrode is a molded body of a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, a molded body (such as a pellet) formed by molding the negative electrode mixture or a layer (negative electrode mixture layer) made of a molded body of the negative electrode mixture is used. Examples include those having a structure formed on a current collector.

負極が負極合剤の成形体を有する場合、その負極活物質としては、例えば、黒鉛などの炭素材料や、Si、Snなどの元素を含む単体、化合物(酸化物など)およびその合金などが挙げられる。また、リチウム金属やリチウム合金(リチウム-アルミニウム合金、リチウム-インジウム合金など)も負極活物質として用いることができる。 When the negative electrode has a molded negative electrode mixture, examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite, simple substances containing elements such as Si and Sn, compounds (such as oxides), and alloys thereof. be done. Lithium metal and lithium alloys (lithium-aluminum alloy, lithium-indium alloy, etc.) can also be used as the negative electrode active material.

負極合剤における負極活物質の含有量は、10~99質量%であることが好ましい。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode mixture is preferably 10 to 99% by mass.

負極合剤には、導電助剤を含有させることができる。その具体例としては、正極合剤に含有させ得るものとして先に例示した導電助剤と同じものなどが挙げられる。負極合剤における導電助剤の含有量は1~10質量%であることが好ましい。 The negative electrode mixture may contain a conductive aid. Specific examples thereof include the same conductive aids exemplified above as those that can be contained in the positive electrode mixture. The content of the conductive aid in the negative electrode mixture is preferably 1 to 10% by mass.

また、負極合剤にはバインダを含有させることができる。その具体例としては、正極合剤に含有させ得るものとして先に例示したバインダと同じものなどが挙げられる。なお、例えば負極合剤に硫化物系固体電解質を含有させる場合(詳しくは後述する)のように、バインダを使用しなくても、負極合剤の成形体を形成する上で良好な成形性が確保できる場合には、負極合剤にはバインダを含有させなくてもよい。 Further, the negative electrode mixture can contain a binder. Specific examples thereof include the same binders as previously exemplified as those that can be contained in the positive electrode mixture. For example, when the negative electrode mixture contains a sulfide-based solid electrolyte (details will be described later), even if a binder is not used, good moldability is obtained in forming the molded body of the negative electrode mixture. If it can be ensured, the negative electrode mixture may not contain a binder.

負極合剤において、バインダを要する場合には、その含有量は、15質量%以下であることが好ましく、また、0.5質量%以上であることが好ましい。他方、負極合剤において、硫化物系固体電解質を含有しているためバインダを要しなくても成形性が得られる場合には、その含有量が、0.5質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以下であることがより好ましく、0質量%である(すなわち、バインダを含有させない)ことがさらに好ましい。 If the negative electrode mixture requires a binder, the content thereof is preferably 15% by mass or less, and preferably 0.5% by mass or more. On the other hand, when the negative electrode mixture contains a sulfide-based solid electrolyte and therefore can obtain moldability without requiring a binder, the content is preferably 0.5% by mass or less. , 0.3% by mass or less, and more preferably 0% by mass (that is, no binder is contained).

負極合剤の成形体を有する負極においては、負極合剤に固体電解質を含有させる。その具体例としては、正極合剤に含有させ得るものとして先に例示した固体電解質と同じものなどが挙げられる。前記例示の固体電解質の中でも、リチウムイオン伝導性が高く、また、負極合剤の成形性を高める機能を有していることから、硫化物系固体電解質を用いることがより好ましい。 In the negative electrode having the molded negative electrode mixture, the negative electrode mixture is made to contain a solid electrolyte. Specific examples thereof include the same solid electrolytes as previously exemplified as those that can be contained in the positive electrode mixture. Among the solid electrolytes exemplified above, it is more preferable to use a sulfide-based solid electrolyte because it has high lithium ion conductivity and has a function of improving the moldability of the negative electrode mixture.

負極合剤における固体電解質の含有量は、4~49質量%であることが好ましい。 The content of the solid electrolyte in the negative electrode mixture is preferably 4 to 49% by mass.

負極合剤の成形体を有する負極に集電体を用いる場合、その集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル、発泡メタル;カーボンシート;などを用いることができる。 When a current collector is used for the negative electrode having the molded negative electrode mixture, the current collector may be copper or nickel foil, punching metal, mesh, expanded metal, foam metal, carbon sheet, or the like. can.

負極合剤の成形体は、例えば、負極活物質、さらには必要に応じて添加される導電助剤、固体電解質およびバインダなどを混合して調製した負極合剤を、加圧成形などによって圧縮することで形成することができる。負極合剤の成形体のみで構成される負極の場合は、前記の方法により製造することができる。 The molded body of the negative electrode mixture is prepared by, for example, compressing the negative electrode mixture prepared by mixing the negative electrode active material, optionally added conductive aid, solid electrolyte, binder, etc. by pressure molding or the like. can be formed by In the case of the negative electrode composed only of the molded negative electrode mixture, it can be produced by the above-described method.

集電体を有する負極の場合には、前記のような方法で形成した負極合剤の成形体を集電体と圧着するなどして貼り合わせることで製造することができる。 In the case of a negative electrode having a current collector, it can be manufactured by bonding the molded body of the negative electrode mixture formed by the method described above to the current collector by pressure bonding or the like.

また、集電体を有する負極の場合、負極活物質、さらには必要に応じて添加される導電助剤、固体電解質およびバインダなどを溶媒に分散させた負極合剤含有組成物(ペースト、スラリーなど)を、集電体に塗布し、乾燥した後、必要に応じてカレンダ処理などの加圧成形をして、集電体の表面に負極合剤の成形体(負極合剤層)を形成する方法によっても、製造することができる。 In the case of a negative electrode having a current collector, a negative electrode mixture-containing composition (paste, slurry, etc.) in which a negative electrode active material, a conductive aid added as necessary, a solid electrolyte, a binder, etc. are dispersed in a solvent ) is applied to the current collector, dried, and optionally subjected to pressure molding such as calendering to form a negative electrode mixture molded body (negative electrode mixture layer) on the surface of the current collector. It can also be manufactured by a method.

負極合剤含有組成物の溶媒には、水やNMPなどの有機溶媒を使用することができるが、負極合剤含有組成物に固体電解質も含有させる場合の溶媒は、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが望ましく、固体電解質を含有する正極合剤含有組成物用の溶媒として先に例示した各種の溶媒と同じものを使用することが好ましい。 An organic solvent such as water or NMP can be used as the solvent for the negative electrode mixture-containing composition. However, when the negative electrode mixture-containing composition also contains a solid electrolyte, the solvent should not easily degrade the solid electrolyte. is preferably selected, and it is preferable to use the same solvents as the various solvents exemplified above as the solvent for the positive electrode mixture-containing composition containing the solid electrolyte.

負極合剤の成形体は、その密度を高めて空隙率を小さくし、負極の内部抵抗をより低減する観点からは、負極合剤を加圧成形などによって圧縮して成形したものであることが、より好ましい。 From the viewpoint of increasing the density and reducing the porosity of the negative electrode mixture and further reducing the internal resistance of the negative electrode, the molded negative electrode mixture is preferably formed by compressing the negative electrode mixture by pressure molding or the like. , more preferred.

負極合剤の成形体の厚みは、通常は50μm以上であるが、電池の高容量化の観点から、200μm以上であることが好ましい。また、負極合剤の成形体の厚みは、通常、3000μm以下であり、電池の高出力化の観点から、500μm以下であることが好ましい。 The thickness of the molded negative electrode mixture is usually 50 μm or more, and preferably 200 μm or more from the viewpoint of increasing the capacity of the battery. In addition, the thickness of the molded negative electrode mixture is usually 3000 μm or less, and preferably 500 μm or less from the viewpoint of increasing the output of the battery.

なお、溶媒を含有する負極合剤含有組成物を用いて集電体上に負極合剤の成形体からなる負極合剤層を形成することで製造される負極の場合には、負極合剤層の厚みは、50~1000μmであることが好ましく、電池の高出力化の観点から、500μm以下であることがより好ましい。 In the case of a negative electrode manufactured by forming a negative electrode mixture layer composed of a molded negative electrode mixture on a current collector using a negative electrode mixture-containing composition containing a solvent, the negative electrode mixture layer The thickness of is preferably 50 to 1000 μm, and more preferably 500 μm or less from the viewpoint of increasing the output of the battery.

リチウムのシートまたはリチウム合金のシートを有する負極の場合、これらのシートのみからなるものや、これらのシートが集電体と貼り合されてなるものが使用される。 In the case of a negative electrode having a lithium sheet or a lithium alloy sheet, a negative electrode made of these sheets alone or a laminate of these sheets and a current collector is used.

リチウム合金に係る合金元素としては、アルミニウム、鉛、ビスマス、インジウム、ガリウムなどが挙げられるが、アルミニウムやインジウムが好ましい。リチウム合金における合金元素の割合(合金元素を複数種含む場合は、それらの合計割合)は、50原子%以下であることが好ましい(この場合、残部はリチウムおよび不可避不純物である)。 Examples of alloy elements related to lithium alloys include aluminum, lead, bismuth, indium, and gallium, with aluminum and indium being preferred. The ratio of the alloying elements in the lithium alloy (the total ratio of the alloying elements when multiple alloying elements are included) is preferably 50 atomic % or less (in this case, the balance is lithium and unavoidable impurities).

また、リチウム合金のシートを有する負極の場合、金属リチウム箔などで構成されるリチウム層(リチウムを含む層)の表面にリチウム合金を形成するための合金元素を含む層を圧着するなどして積層した積層体を使用し、この積層体を電池内で固体電解質と接触させることで、前記リチウム層の表面にリチウム合金を形成させて負極とすることもできる。このような負極の場合、リチウム層の片面のみに合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよく、リチウム層の両面に合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよい。前記積層体は、例えば、金属リチウム箔と合金元素で構成された箔とを圧着することで形成することができる。 In the case of a negative electrode having a lithium alloy sheet, a layer containing alloying elements for forming a lithium alloy is laminated by pressure bonding on the surface of a lithium layer (a layer containing lithium) made of metal lithium foil or the like. It is also possible to form a lithium alloy on the surface of the lithium layer to form a negative electrode by using the laminated body and bringing this laminated body into contact with the solid electrolyte in the battery. In the case of such a negative electrode, a laminate having a layer containing an alloy element on only one side of the lithium layer may be used, or a laminate having a layer containing an alloy element on both sides of the lithium layer may be used. The laminate can be formed, for example, by press-bonding a metallic lithium foil and a foil made of an alloy element.

また、電池内でリチウム合金を形成して負極とする場合にも集電体を使用することができ、例えば、負極集電体の片面にリチウム層を有し、かつリチウム層の負極集電体とは反対側の面に合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよく、負極集電体の両面にリチウム層を有し、かつ各リチウム層の負極集電体とは反対側の面に合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよい。負極集電体とリチウム層(金属リチウム箔)とは、圧着などにより積層すればよい。 The current collector can also be used when a lithium alloy is formed to form a negative electrode in a battery. A laminate having a layer containing an alloy element on the opposite side may be used, having a lithium layer on both sides of the negative electrode current collector, and the side opposite to the negative electrode current collector of each lithium layer A laminate having a layer containing an alloy element may also be used. The negative electrode current collector and the lithium layer (metallic lithium foil) may be laminated by pressure bonding or the like.

負極とするための前記積層体に係る前記合金元素を含む層には、例えば、これらの合金元素で構成された箔などが使用できる。前記合金元素を含む層の厚みは、1μm以上であることが好ましく、3μm以上であることがより好ましく、20μm以下であることが好ましく、12μm以下であることがより好ましい。 For the layer containing the alloying element of the laminate for the negative electrode, for example, a foil made of these alloying elements can be used. The thickness of the layer containing the alloying element is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, preferably 20 μm or less, and more preferably 12 μm or less.

負極とするための前記積層体に係るリチウム層には、例えば、金属リチウム箔などを用いることができる。リチウム層の厚みは、0.1~1.5mmであることが好ましい。また、リチウムまたはリチウム合金のシートを有する負極に係る前記シートの厚みも、0.1~1.5mmであることが好ましい。 For example, a metallic lithium foil or the like can be used for the lithium layer of the laminate used as the negative electrode. The thickness of the lithium layer is preferably 0.1 to 1.5 mm. Further, the thickness of the sheet of the negative electrode having a lithium or lithium alloy sheet is also preferably 0.1 to 1.5 mm.

また、リチウムのシートまたはリチウム合金のシートを有する負極が集電体を有する場合、その集電体には、負極合剤の成形体を有する負極に使用可能なものとして先に例示した集電体と同じものが使用できる。 In addition, when the negative electrode having a lithium sheet or a lithium alloy sheet has a current collector, the current collector may be any of the current collectors exemplified above that can be used for the negative electrode having the negative electrode mixture molded body. can be used the same as

(固体電解質層)
正極と負極との間に介在させる固体電解質層を構成する固体電解質には、正極に使用しるものとして先に例示した各種の硫化物系固体電解質、水素化物系固体電解質、ハロゲン化物系固体電解質および酸化物系固体電解質のうちの1種または2種以上を使用することができる。ただし、電池特性をより優れたものとするためには、硫化物系固体電解質を含有させることが望ましく、アルジロダイト型の硫化物系固体電解質を含有させることがより望ましい。そして、正極および固体電解質層の両者に、硫化物系固体電解質を含有させることがさらに望ましく、アルジロダイト型の硫化物系固体電解質を含有させることがさらに望ましい。
(Solid electrolyte layer)
The solid electrolyte constituting the solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode includes various sulfide-based solid electrolytes, hydride-based solid electrolytes, and halide-based solid electrolytes exemplified above as those used for the positive electrode. and one or more of oxide-based solid electrolytes can be used. However, in order to improve battery characteristics, it is desirable to contain a sulfide-based solid electrolyte, and it is more desirable to include an aldirodite-type sulfide-based solid electrolyte. It is more desirable that both the positive electrode and the solid electrolyte layer contain a sulfide-based solid electrolyte, and more preferably an aldirodite-type sulfide-based solid electrolyte.

固体電解質層は、樹脂製の不織布などの多孔質体を支持体として有していてもよい。 The solid electrolyte layer may have a porous body such as resin nonwoven fabric as a support.

固体電解質層は、固体電解質を加圧成形などによって圧縮する方法;固体電解質を溶媒に分散させて調製した固体電解質層形成用組成物を基材や正極、負極の上に塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理などの加圧成形を行う方法:などで形成することができるが、前記の固体電解質を圧縮する方法を採用することがより好ましい。 The solid electrolyte layer is formed by compressing the solid electrolyte by pressure molding or the like; a composition for forming a solid electrolyte layer prepared by dispersing the solid electrolyte in a solvent is applied on the substrate, the positive electrode, and the negative electrode, and dried; If necessary, it can be formed by a method of performing pressure molding such as press processing, etc., but it is more preferable to adopt the method of compressing the solid electrolyte.

固体電解質層形成用組成物に使用する溶媒は、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが望ましく、固体電解質を含有する正極合剤含有組成物用の溶媒として先に例示した各種の溶媒と同じものを使用することが好ましい。 The solvent used in the solid electrolyte layer-forming composition is desirably selected from those that do not easily deteriorate the solid electrolyte. It is preferable to use the same.

固体電解質層の厚みは、100~400μmであることが好ましい。 The thickness of the solid electrolyte layer is preferably 100-400 μm.

(積層電極体)
正極と負極とは、固体電解質層を介して積層した単位電極体とし、このような単位電極体を複数、集電体を介して順に重ねて構成した積層電極体の形態で、電池に用いられる。
(Laminate electrode body)
The positive electrode and the negative electrode are unit electrode bodies laminated with a solid electrolyte layer interposed therebetween, and a plurality of such unit electrode bodies are stacked in order with a current collector interposed therebetween. .

単位電極体同士の間に介在させる集電体には、銅、ニッケル、鉄などのLiと反応しない金属やこれらを含む合金(ステンレス鋼を含む)製の、箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル、発泡メタル;カーボンシート;などを用いることができる。単位電極体同士の間に介在させる集電体の厚みは、10~200μmであることが好ましい。 The current collector to be interposed between the unit electrode bodies may be foil, punching metal, mesh, or expanded metal made of a metal such as copper, nickel, or iron that does not react with Li, or an alloy containing these (including stainless steel). , foamed metal; carbon sheet; and the like can be used. The thickness of the current collector interposed between the unit electrode bodies is preferably 10 to 200 μm.

前記集電体と、これに隣接する単位電極体とは、重ねられているだけでもよく、前記集電体と、この集電体と隣接する正極や負極とが、貼り合わせなどによって一体化していてもよい。 The current collector and the unit electrode body adjacent thereto may be simply stacked, and the current collector and the positive electrode or negative electrode adjacent to the current collector are integrated by lamination or the like. may

全固体電池が有する単位電極体の個数は、複数であれば特に制限はなく、必要に応じて、2個、3個、4個、それ以上とすることができるが、例えば図1に示すような扁平形の電池の場合には、単位電極体の個数を多くし過ぎると、電池の厚みが大きくなりすぎて、扁平状とするメリットが損なわれることもあるため、通常は、4個以下とする。 The number of unit electrode bodies that the all-solid-state battery has is not particularly limited as long as it is plural. In the case of a flat-shaped battery, if the number of unit electrode bodies is too large, the thickness of the battery becomes too large, and the advantage of having a flat shape may be lost. do.

(外装体)
全固体電池の外装体には、例えば、図1に示すような外装缶と封口缶とを有する電池容器からなるものが使用される。すなわち、このような電池容器を外装体とする全固体電池は、コイン形(ボタン形)電池となる。
(Exterior body)
As an exterior body of an all-solid-state battery, for example, a battery container having an exterior can and a sealing can as shown in FIG. 1 is used. That is, an all-solid-state battery having such a battery container as an outer package is a coin-type (button-type) battery.

全固体電池の外装体が外装缶と封口缶とを有する電池容器の場合、図1に示すように、外装缶と封口缶とをガスケットを介してカシメ封口したものが挙げられるほか、外装缶と封口缶とを、樹脂で接着したものも例示できる。 In the case of a battery container in which the exterior body of an all-solid-state battery has an exterior can and a sealing can, as shown in FIG. A case in which a sealed can is adhered with a resin can also be exemplified.

外装缶および封口缶にはステンレス鋼製のものなどが使用できる。また、ガスケットの素材には、ポリプロピレン、ナイロンなどを使用できるほか、電池の用途との関係で耐熱性が要求される場合には、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)などのフッ素樹脂、ポリフェニレンエーテル(PEE)、ポリスルフォン(PSF)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などの融点が240℃を超える耐熱樹脂を使用することもできる。また、電池が耐熱性を要求される用途に適用される場合、その封口には、ガラスハーメチックシールを利用することもできる。 A stainless steel can or the like can be used for the outer can and the sealing can. In addition, polypropylene, nylon, etc. can be used for gasket materials, and tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer (PFA), etc., can be used when heat resistance is required in relation to battery applications. Heat resistance with a melting point exceeding 240°C such as fluorine resin, polyphenylene ether (PEE), polysulfone (PSF), polyarylate (PAR), polyethersulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), polyetheretherketone (PEEK), etc. Resin can also be used. Moreover, when the battery is applied to applications requiring heat resistance, a glass hermetic seal can be used for the sealing.

外装缶と封口缶とを有する電池容器からなる外装体の平面視での形状は、円形でもよく、四角形(正方形・長方形)などの多角形であってもよい。また、多角形の場合には、その角を曲線状としていてもよい。 The shape of the outer package, which is a battery container having an outer can and a sealing can, in a plan view may be circular or polygonal such as quadrangular (square or rectangular). Moreover, in the case of a polygon, the corners thereof may be curved.

さらに、全固体電池の外装体には、アルミニウムラミネートフィルムなどの金属ラミネートフィルムで構成されたラミネートフィルム外装体を使用することもできる。 Furthermore, a laminate film exterior made of a metal laminate film such as an aluminum laminate film can also be used as the exterior of the all-solid-state battery.

本発明の全固体電池は、従来から知られている一次電池や二次電池と同様の用途に適用し得るが、有機電解液に代えて固体電解質を有していることから耐熱性に優れており、高温に曝されるような用途に好ましく使用することができる。 The all-solid-state battery of the present invention can be applied to the same applications as conventionally known primary batteries and secondary batteries, but it has excellent heat resistance because it has a solid electrolyte instead of an organic electrolyte. It can be preferably used in applications exposed to high temperatures.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではない。 The present invention will be described in detail below based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

(実施例1)
<単位電極体の作製>
平均粒子径が2μmのチタン酸リチウム(LiTi12、負極活物質)と、平均粒子径が0.7μmの硫化物系固体電解質(Li5.4PS4.4Cl0.8Br0.8)と、グラフェン(導電助剤)とを、質量比が50:41:9となる割合で混合して負極合剤を調製した。
(Example 1)
<Fabrication of unit electrode body>
Lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 , negative electrode active material) with an average particle size of 2 μm and a sulfide-based solid electrolyte (Li 5.4 PS 4.4 Cl 0.8 Br with an average particle size of 0.7 μm) 0.8 ) and graphene (a conductive additive) were mixed at a mass ratio of 50:41:9 to prepare a negative electrode mixture.

また、表面にLiNbOの被覆層が形成された平均粒子径が5μmのLiCoO(正極活物質)と、平均粒子径が3μmの硫化物系固体電解質(Li7.0PS5.4Cl1.2)と、カーボンブラックおよび気相成長炭素繊維(VGCF)とを、質量比が70:26.8:1.1:2.1となる割合で混合して正極合剤を調製した。 In addition, LiCoO 2 (positive electrode active material) having an average particle diameter of 5 μm and a LiNbO 3 coating layer formed on the surface, and a sulfide-based solid electrolyte (Li 7.0 PS 5.4 Cl 1 ) having an average particle diameter of 3 μm .2 ), carbon black and vapor grown carbon fiber (VGCF) were mixed at a mass ratio of 70:26.8:1.1:2.1 to prepare a positive electrode mixture.

次に、平均粒子径が0.7μmの硫化物系固体電解質(Li5.4PS4.4Cl0.8Br0.8)の粉末を粉末成形金型に入れ、プレス機を用いて低圧で加圧成形を行い、固体電解質層の仮成形層を形成した。さらに、固体電解質層の仮成形層の上面に、前記負極合剤を配置して低圧で加圧成形を行い、固体電解質層の仮成形層の上に、さらに負極の仮成形層を形成した。 Next, a powder of a sulfide-based solid electrolyte (Li 5.4 PS 4.4 Cl 0.8 Br 0.8 ) having an average particle size of 0.7 μm is placed in a powder molding die, and pressed under low pressure using a press. to form a temporary molded layer of the solid electrolyte layer. Further, the negative electrode mixture was placed on the upper surface of the temporary molding layer of the solid electrolyte layer, and pressure molding was performed at a low pressure to further form a temporary molding layer of the negative electrode on the temporary molding layer of the solid electrolyte layer.

さらに、前記金型を上下反転させた後、金型内の固体電解質層の仮成形層の上面(負極の仮成形層を有する面の反対側)に前記正極合剤を配置し、全体を1300MPa(13tf/cm)の面圧で加圧成形を行うことにより、負極と固体電解質層と正極とが一体化された、0.75mmの厚みを有する単位電極体を2個作製した。 Furthermore, after the mold is turned upside down, the positive electrode mixture is placed on the top surface of the temporary molding layer of the solid electrolyte layer in the mold (the side opposite to the surface having the temporary molding layer of the negative electrode), and the whole is heated to 1300 MPa. Two unit electrode bodies each having a thickness of 0.75 mm, in which the negative electrode, the solid electrolyte layer, and the positive electrode are integrated, were produced by pressure molding under a surface pressure of (13 tf/cm 2 ).

<積層電極体の作製>
東洋炭素株式会社製の可撓性黒鉛シート「PERMA-FOIL(製品名)」(厚み:0.1mm、見かけ密度:1.1g/cm)を単位電極体と同じ大きさに打ち抜いたものを3枚用意し、そのうちの1枚を、前記2個の単位電極体のうちの一方の正極上に重ね、さらにこの黒鉛シート上に、残りの単位電極体を負極側が黒鉛シート側となるように重ねて、黒鉛シート(集電体)を介して直列に接続された2個の単位電極体を有する積層電極体を得た。さらに、前記積層電極体の周面全体に、佐々木化学薬品株式会社製のフレキシブルシール状乾燥剤「ドライキープ TFREE-Z(商品名)」を貼り付け、単位電極体と集電体を固定した。
<Production of laminated electrode body>
A flexible graphite sheet “PERMA-FOIL (product name)” manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd. (thickness: 0.1 mm, apparent density: 1.1 g/cm 3 ) was punched into the same size as the unit electrode body. Three sheets are prepared, one of which is placed on the positive electrode of one of the two unit electrode bodies, and the remaining unit electrode bodies are placed on the graphite sheet so that the negative electrode side faces the graphite sheet side. By stacking, a laminated electrode body having two unit electrode bodies connected in series via a graphite sheet (current collector) was obtained. Furthermore, a flexible seal-like desiccant “Dry Keep TFREE-Z (trade name)” manufactured by Sasaki Chemical Co., Ltd. was attached to the entire peripheral surface of the laminated electrode body to fix the unit electrode body and the current collector.

<電池の組み立て>
前記のように打ち抜いた黒鉛シートの1枚を、ポリフェニレンスルフィド製の環状ガスケットをはめ込んだステンレス鋼製の封口缶の内底面上に配置し、その上に、積層電極体を、負極が露出している面が黒鉛シート側となるようにして配置した。さらに、黒鉛シートの残りの1枚を積層電極体の正極が露出している面上に配置し、ステンレス鋼製の外装缶をかぶせた後、外装缶の開口端部を内方にかしめて封止を行うことにより、図1に示される構造の全固体二次電池(コイン形全固体二次電池)を作製した。なお、図1では、封口缶および外装缶と積層電極体との間に配置した黒鉛シートは図示していない。
<Battery assembly>
One of the graphite sheets punched out as described above was placed on the inner bottom surface of a stainless steel sealing can fitted with an annular gasket made of polyphenylene sulfide, and a laminated electrode body was placed thereon, with the negative electrode exposed. It was arranged so that the surface on which it was placed faced the graphite sheet side. Furthermore, after placing the remaining graphite sheet on the surface where the positive electrode of the laminated electrode body is exposed and covering it with a stainless steel outer can, the open end of the outer can is caulked inward and sealed. By stopping, an all-solid secondary battery (coin-shaped all-solid secondary battery) having the structure shown in FIG. 1 was produced. Note that FIG. 1 does not show the graphite sheets arranged between the sealing can, the outer can, and the laminated electrode body.

(比較例1)
実施例1と同様にして、単位電極体2個と、集電体となる黒鉛シート3枚を用意した。ポリフェニレンスルフィド製の環状ガスケットをはめ込んだステンレス鋼製の封口缶の内底面上に、前記黒鉛シートの1枚を配置し、その上に、前記2個の単位電極体のうちの一方を正極側が黒鉛シート側となるようにして重ねた。次に、その上に前記黒鉛シートの1枚を重ね、さらに、前記単位電極体のもう一方を正極側が黒鉛シート側となるようにして重ね合わせることにより、積層電極体を形成した。
(Comparative example 1)
In the same manner as in Example 1, two unit electrode bodies and three graphite sheets serving as current collectors were prepared. One of the graphite sheets is placed on the inner bottom surface of a stainless steel sealing can fitted with an annular gasket made of polyphenylene sulfide. It was stacked so that it would be on the sheet side. Next, one of the graphite sheets was superimposed thereon, and the other of the unit electrode bodies was further superimposed so that the positive electrode side was on the graphite sheet side, thereby forming a laminated electrode body.

前記積層電極体の周面にはフレキシブルシール状乾燥剤の貼り付けを行わず、前記黒鉛シートの残りの1枚を積層電極体の正極が露出している面上に配置し、以下、実施例1と同様にしてコイン形全固体二次電池を作製した。 A flexible seal-like desiccant is not attached to the peripheral surface of the laminated electrode body, and the remaining graphite sheet is placed on the surface where the positive electrode of the laminated electrode body is exposed. A coin-type all-solid secondary battery was produced in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
予めフレキシブルシール状乾燥剤を1mmの幅に切断して内面の全周に貼り付けた封口缶を用いた以外は、比較例1と同様にしてコイン形全固体二次電池を作製した。
(Comparative example 2)
A coin-shaped all-solid secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that a sealing can in which a flexible seal-like desiccant was previously cut to a width of 1 mm and pasted on the entire inner surface was used.

実施例1および比較例1~2の全固体二次電池について、下記の各評価を行った。 The all-solid secondary batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated as follows.

<電池の組み立て時の内部抵抗評価>
実施例1および比較例1、2の電池それぞれ10個ずつに対し、充放電を行った後、1kHzの交流を印加して電池の内部抵抗を測定し、10個の電池の平均値を求めることにより、積層電極体における位置ずれの影響を評価した。
<Evaluation of internal resistance during battery assembly>
After charging and discharging 10 batteries each of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, an alternating current of 1 kHz was applied to measure the internal resistance of the batteries, and the average value of the 10 batteries was obtained. was used to evaluate the effect of misalignment in the laminated electrode assembly.

<高温貯蔵時の内部抵抗評価>
次に、前記の電池を60℃相対湿度90%の恒温槽中で80日間保持した後、電池を取り出して室温まで放冷させてから、1kHzの交流を印加して高温貯蔵後の電池の内部抵抗を測定し、10個の電池の平均値を求めた。
<Evaluation of internal resistance during high-temperature storage>
Next, after holding the battery in a constant temperature bath at 60 ° C. and a relative humidity of 90% for 80 days, the battery was taken out and allowed to cool to room temperature, and then an alternating current of 1 kHz was applied to the inside of the battery after high temperature storage. The resistance was measured and the average value of 10 cells was obtained.

実施例1および比較例1、2の電池について、高温貯蔵後の電池の内部抵抗と貯蔵前の電池の内部抵抗との差(内部抵抗の上昇分)を求めて比較した。 For the batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the difference between the internal resistance of the battery after high-temperature storage and the internal resistance of the battery before storage (increase in internal resistance) was obtained and compared.

前記の各評価結果を表1に示す。なお、表1では、電池の組み立て時の内部抵抗、および高温貯蔵時の内部抵抗の上昇分については、比較例1の電池での値を100とした場合の相対値で示す。 Table 1 shows the above evaluation results. In Table 1, the internal resistance during assembly of the battery and the increased amount of internal resistance during high-temperature storage are shown as relative values when the value of the battery of Comparative Example 1 is set to 100.

Figure 2023047443000002
Figure 2023047443000002

実施例1の電池では、積層電極体の単位電極体および黒鉛シートは、ずれなく積み重ねられた状態でフレキシブルシール状乾燥剤により固定されたため、電池の組み立て工程で位置ずれを生じることがなく、電池の内部抵抗を低くすることができた。 In the battery of Example 1, the unit electrode bodies and the graphite sheets of the laminated electrode body were fixed by the flexible seal-like desiccant in a stacked state without displacement. It was possible to lower the internal resistance of

一方、比較例1および比較例2の電池では、単位電極体および黒鉛シートの積層時あるいは封止時に、単位電極体または黒鉛シートに位置ずれが生じたため、互いに対向する面積が減少し、また、封口時に単位電極体にかかる圧力に偏りが生じて割れが発生するなどしたため、実施例1の電池に比べ、組み立て後の内部抵抗が上昇した。 On the other hand, in the batteries of Comparative Examples 1 and 2, positional displacement occurred in the unit electrode bodies or the graphite sheets during lamination or sealing of the unit electrode bodies and the graphite sheets. Since the pressure applied to the unit electrode body during sealing was uneven and cracks occurred, the internal resistance after assembly increased compared to the battery of Example 1.

また、高温多湿の環境下で電池が保持されることにより、電池の封止部分から電池内部に徐々に水分が侵入し、それが固体電解質などと反応することによって電池の内部抵抗を上昇させているが、表1に示す通り、積層電極体の周面あるいは封口缶の内面に、乾燥剤を含む樹脂シート(フレキシブルシール状乾燥剤)を配置した実施例1および比較例2の電池では、固体電解質などと反応する水分量を低減することができ、内部抵抗の上昇を抑制することができた。 In addition, when the battery is stored in a hot and humid environment, moisture gradually enters the battery through the sealed portion of the battery and reacts with the solid electrolyte, etc., increasing the internal resistance of the battery. However, as shown in Table 1, in the batteries of Example 1 and Comparative Example 2 in which a resin sheet containing a desiccant (flexible seal-like desiccant) was arranged on the peripheral surface of the laminated electrode body or the inner surface of the sealing can, the solid It was possible to reduce the amount of water that reacts with the electrolyte, etc., and suppress the increase in internal resistance.

1 全固体電池
2 単位電極体
21 正極
22 負極
23 固体電解質層
3 外装缶
4 封口缶
5 ガスケット
6 集電体
7 乾燥剤を含む樹脂シート
1 All Solid Battery 2 Unit Electrode Body 21 Positive Electrode 22 Negative Electrode 23 Solid Electrolyte Layer 3 Outer Can 4 Sealing Can 5 Gasket 6 Current Collector 7 Resin Sheet Containing Desiccant

Claims (3)

正極、負極、および前記正極と前記負極との間に配置された固体電解質層を有する単位電極体が複数積層され、かつ隣接する単位電極体同士が集電体を介して直列接続されてなる積層電極体が、外装体の内部に封入された全固体電池であって、
前記積層電極体の周面に、乾燥剤を含む樹脂シートが取り付けられていることを特徴とする全固体電池。
A stack in which a plurality of unit electrode bodies each having a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode and the negative electrode are stacked, and the adjacent unit electrode bodies are connected in series via a current collector. The electrode body is an all-solid-state battery enclosed inside the exterior body,
An all-solid-state battery, wherein a resin sheet containing a desiccant is attached to the peripheral surface of the laminated electrode body.
前記積層電極体を構成する前記正極、前記負極および前記固体電解質層のうちの少なくとも1つが硫化物系固体電解質を含有している請求項1に記載の全固体電池。 2. The all-solid battery according to claim 1, wherein at least one of said positive electrode, said negative electrode and said solid electrolyte layer constituting said laminated electrode body contains a sulfide-based solid electrolyte. 前記樹脂シートの厚みが、500μm以下である請求項1または2に記載の全固体電池。 3. The all-solid-state battery according to claim 1, wherein the resin sheet has a thickness of 500 [mu]m or less.
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