JP5481900B2 - Solid secondary battery, method for producing solid secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、固体二次電池、固体二次電池の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a solid secondary battery and a method for producing a solid secondary battery.
携帯電話機やモバイルコンピューター等の電源として、繰り返し充電が可能な二次電池の開発が進められている。このような二次電池の中には、有機電解液を用いたものが知られているが、有機電解液を用いた二次電池は、副反応が多く、また、液漏れや発火の危険性があり、安全面への配慮が必要とされていた。 Development of a secondary battery that can be repeatedly charged as a power source for a mobile phone or a mobile computer has been underway. Among these secondary batteries, those using organic electrolytes are known, but secondary batteries using organic electrolytes have many side reactions, and there is a risk of liquid leakage and ignition. There was a need for safety considerations.
脱電解液化の試みとして、固体電解質を用いた二次電池(固体二次電池)が報告されている(例えば、特許文献1,2)。例えば、固体電解質を用いたリチウムイオン二次電池の場合、電池反応によって電解質中を移動するイオンがリチウムイオンだけになるので、副反応が殆どなく、可燃性の有機溶液を含まず、さらに、液封止構造が必要ないので、小型・薄型化が可能となる。 A secondary battery using a solid electrolyte (solid secondary battery) has been reported as an attempt to remove the electrolyte (for example, Patent Documents 1 and 2). For example, in the case of a lithium ion secondary battery using a solid electrolyte, the ions that move in the electrolyte by the battery reaction are only lithium ions, so there are almost no side reactions, no flammable organic solution is contained, Since a sealing structure is not required, it is possible to reduce the size and thickness.
しかしながら、特許文献1の固体二次電池のように、固体電解質粉を電極活物質粉とともに圧粉成形する方法では、固体電解質粉と電極活物質粉との界面や固体電解質粉同士の界面で界面接触が不十分となり、高い電池出力が得られいという問題があった。また、充放電サイクルに伴う体積変化によって界面接触が不安定になり、サイクル寿命が劣化するという問題もあった。 However, in the method of compacting the solid electrolyte powder together with the electrode active material powder as in the solid secondary battery of Patent Document 1, the interface between the solid electrolyte powder and the electrode active material powder or the interface between the solid electrolyte powders is an interface. There was a problem that contact was insufficient and high battery output could not be obtained. In addition, there is a problem that the interface contact becomes unstable due to the volume change accompanying the charge / discharge cycle, and the cycle life is deteriorated.
一方、特許文献2の固体二次電池のように、スパッタリングなどの気相薄膜堆積法を用いて正極薄膜と固体電解質薄膜と負極薄膜とを順次積層するものも報告されている。このように薄膜を積層する方法では、電極と固体電解質との界面接触が良好であり、且つ、活物質層や固体電解質層の厚さを小さくすることができるので、高い電池出力と良好なサイクル寿命特性が得られる。
On the other hand, as in the solid secondary battery of
しかしながら、この方法では、各層の膜厚が小さくなるので、単位面積当たりの活物質層の総厚が小さくなり、容量の大きな二次電池を提供することができなかった。 However, in this method, since the film thickness of each layer is small, the total thickness of the active material layer per unit area is small, and a secondary battery having a large capacity cannot be provided.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、高出力で大容量な固体二次電池及びその製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the high output and large capacity solid secondary battery, and its manufacturing method.
上記の課題を解決するため、本発明は、第1の正極集電体層、第1の負極集電体層、前記第1の正極集電体層と前記第1の負極集電体層との間に配置された第1の固体電解質層と、を含む第1の単位電池層と、第2の正極集電体層、第2の負極集電体層、前記第2の正極集電体層と前記第2の負極集電体層との間に配置された第2の固体電解質層と、を含む第2の単位電池層と、前記第1の正極集電体層と前記第2の正極集電体層とを接続する第1導電部材と、前記第1の負極集電体層と前記第2の負極集電体層とを接続する第2導電部材と、前記第1の正極集電体層と前記第2の正極集電体層との間、及び前記第1の負極集電体層と前記第2の負極集電体層との間の少なくとも一方に配置される接着剤と、を含み、前記第1の正極集電体層の領域と前記第2の正極集電体層の領域、及び/または前記第1の負極集電体層の領域と前記第2の負極集電体層の領域は、前記第1の固体電解質層の領域及び前記第2の固体電解質層の領域より大きいことを特徴とする固体二次電池である。
前記接着剤は、前記第1の固体電解質層と前記第2の固体電解質層との間に配置されてもよい。
前記第1導電部材は、前記第1の正極集電体層及び前記第2の正極集電体層を貫通するように配置され、前記第2導電部材は、前記第1の負極集電体層及び前記第2の負極集電体層を貫通するように配置されてもよい。
前記第1の単位電池層と前記第2の単位電池層とを積層したものは第3基板の上に配置されてもよい。
前記第3基板はプラスチックフィルムからなり、前記第3基板と、前記第1の単位電池層と前記第2の単位電池層とを積層したものと、は第2の接着剤を介して接着されてもよい。
本発明は、上述した固体二次電池の製造方法であって、第1基板上に第1分離層を形成する第1工程と、前記第1分離層上に前記第1の固体電解質層を含む前記第1の単位電池層を形成する第2工程と、第2基板上に前記第2の固体電解質層を含む前記第2の単位電池層を形成する第3工程と、前記第1の単位電池層の上面と前記第2の単位電池層の上面とを前記接着剤で接着する第4工程と、前記第1分離層に光を照射し、前記第1分離層の層内又は前記第1分離層と接する他の層との境界面で剥離を生じさせ、前記第1基板と前記第1の単位電池層とを分離する第5工程と、前記第1の単位電池層と前記第2の単位電池層の正極集電体層同士を前記第1導電部材で接続し、前記第1の単位電池層と前記第2の単位電池層の負極集電体層同士を前記第2導電部材で接続する第6工程と、を含むことを特徴とする固体二次電池の製造方法である。
前記第2基板は第2分離層を有し、前記第3工程において前記第2の単位電池層は前記第2分離層上に形成され、前記第5工程と前記第6工程との間に、 前記第2基板、前記第2の単位電池層及び前記第1の単位電池層が接着された状態でこれらを2分割する第7工程と、前記2分割された各々の前記第1の単位電池層の上面同士を接着する第8工程と、前記第2基板のどちらか一方の前記第2分離層に光を照射し、前記第2分離層の層内又は前記第2分離層と接する他の層との境界面で剥離を生じさせ、前記どちらか一方の前記第2基板を分離する第9工程と、を有してもよい。
本発明の固体二次電池は、一対の導電層の間に固体電解質層を挟持してなる単位電池層を接着剤を介して基板上に複数積層し、複数の前記単位電池層の正極側の導電層同士を第1導電部材で接続し、負極側の導電層同士を第2導電部材で接続してなることを特徴とする。
To solve the above problems, the present invention includes a first positive electrode collector layer, a first negative electrode collector layer, and the first positive electrode collector layer and the first negative electrode collector layer A first unit battery layer including a first solid electrolyte layer, a second positive electrode current collector layer , a second negative electrode current collector layer , and the second positive electrode current collector A second unit battery layer including a second solid electrolyte layer disposed between the first negative electrode current collector layer and the second negative electrode current collector layer, the first positive electrode current collector layer, and the second positive electrode current collector layer a first conductive member for connecting the positive electrode collector layer, a second conductive member for connecting the first anode current collector layer and the second negative electrode collector layer, the first positive electrode current An adhesive disposed between an electric current layer and the second positive electrode current collector layer , and at least one between the first negative electrode current collector layer and the second negative electrode current collector layer ; , wherein the first positive electrode collector layer Area region and the second region of the positive electrode collector layer, and / or the first negative electrode collector layer region and the second negative electrode current collector layer is of the first solid electrolyte layer The solid secondary battery is larger than the region and the region of the second solid electrolyte layer.
The adhesive may be disposed between the first solid electrolyte layer and the second solid electrolyte layer.
Wherein the first conductive member, the first positive electrode collector layer and disposed so as to penetrate the second positive electrode collector layer, the second conductive member, the first negative electrode collector layer and it may be arranged so as to penetrate the second negative electrode collector layer.
A laminate of a second unit cell layer and the first unit cell layer may be disposed on the third substrate.
The third substrate is made of plastic film, and the third substrate, and a laminate of the first unit cell layer and the second unit cell layer, it is bonded via a second adhesive Also good.
The present invention is a method for manufacturing the above-described solid secondary battery, which includes a first step of forming a first separation layer on a first substrate, and the first solid electrolyte layer on the first separation layer. A second step of forming the first unit cell layer; a third step of forming the second unit cell layer including the second solid electrolyte layer on a second substrate; and the first unit cell. a fourth step of bonding the upper surface of the upper surface of the layer the second unit cell layer by the adhesive, and irradiated with light in the first separation layer, the layer in or the first separation of the first separation layer A fifth step of separating the first substrate and the first unit cell layer by causing separation at an interface with another layer in contact with the layer; and the first unit cell layer and the second unit. connect the positive electrode collector layer between the cell layers in the first conductive member, the negative electrode collector layer same of the first unit cell layer and the second unit cell layer It is a manufacturing method of a solid-state secondary battery which comprises a sixth step of connecting with the second conductive member.
The second substrate has a second separation layer, and in the third step, the second unit cell layer is formed on the second separation layer, and between the fifth step and the sixth step, A seventh step of dividing the second substrate, the second unit cell layer, and the first unit cell layer into two in a state where the second unit cell layer and the first unit cell layer are bonded; and each of the first unit cell layers divided into two An eighth step of bonding the upper surfaces of the second substrate, and irradiating light to the second separation layer of either one of the second substrates, and the other layer in the layer of the second separation layer or in contact with the second separation layer And a ninth step of separating one of the second substrates.
In the solid secondary battery of the present invention, a plurality of unit battery layers each having a solid electrolyte layer sandwiched between a pair of conductive layers are laminated on a substrate via an adhesive, and a plurality of unit battery layers on the positive electrode side are stacked. Conductive layers are connected by a first conductive member, and conductive layers on the negative electrode side are connected by a second conductive member.
この構成によれば、複数の単位電池層によって一つの固体二次電池を形成しているため、各単位電池層の固体電解質層を薄膜化しても、固体二次電池全体としては、高出力、大容量なものとなる。 According to this configuration, since one solid secondary battery is formed by a plurality of unit battery layers, even if the solid electrolyte layer of each unit battery layer is thinned, as a whole solid secondary battery, high output, Large capacity.
本発明の固体二次電池においては、前記基板はプラスチックフィルムからなり、前記基板と前記単位電池層とは接着剤を介して接着されていることが望ましい。 In the solid secondary battery of the present invention, it is preferable that the substrate is made of a plastic film, and the substrate and the unit battery layer are bonded via an adhesive.
この構成によれば、フレキシブルな固体二次電池を提供することができる。 According to this configuration, a flexible solid secondary battery can be provided.
本発明の固体二次電池の製造方法は、一対の導電層の間に固体電解質層を挟持してなる単位電池層を複数有する固体二次電池の製造方法であって、第1基板上に第1分離層を形成する第1工程と、前記第1分離層上に第1固体電解質層を含む第1単位電池層を形成する第2工程と、第2基板上に第2固体電解質層を含む第2単位電池層を形成する第3工程と、前記第1単位電池層の上面と前記第2単位電池層の上面とを接着剤で接着する第4工程と、前記第1分離層に光を照射し、前記第1分離層の層内又は前記第1分離層と接する他の層との境界面で剥離を生じさせ、前記第1基板と前記第1単位電池層とを分離する第5工程と、前記第1単位電池層と前記第2単位電池層の正極側の導電層同士を第1導電部材で接続し、負極側の導電層同士を第2導電部材で接続する第6工程と、を有することを特徴とする。 A method for manufacturing a solid secondary battery according to the present invention is a method for manufacturing a solid secondary battery having a plurality of unit battery layers in which a solid electrolyte layer is sandwiched between a pair of conductive layers. A first step of forming one separation layer; a second step of forming a first unit cell layer including a first solid electrolyte layer on the first separation layer; and a second solid electrolyte layer on a second substrate. A third step of forming a second unit cell layer, a fourth step of bonding the upper surface of the first unit cell layer and the upper surface of the second unit cell layer with an adhesive, and applying light to the first separation layer A fifth step of separating the first substrate cell layer and the first unit cell layer by irradiating and causing peeling at a boundary surface between the first separation layer and another layer in contact with the first separation layer. And the positive electrode side conductive layers of the first unit battery layer and the second unit battery layer are connected by a first conductive member, and the negative electrode side conductive layer is the same. The and having a sixth step of connecting the second conductive member.
この方法によれば、複数の単位電池層によって一つの固体二次電池を形成しているため、各単位電池層の固体電解質層を薄膜化しても、固体二次電池全体としては、高出力、大容量なものとなる。 According to this method, since one solid secondary battery is formed by a plurality of unit battery layers, even if the solid electrolyte layer of each unit battery layer is thinned, the overall solid secondary battery has a high output, Large capacity.
また、分離層を用いて基板上に単位電池層を転写しているため、通常の固体二次電池作製プロセスで基板上に複数の単位電池層を形成する場合に比べて、低い温度で単位電池層を積層することができる。例えば、基板上に第1単位電池層を形成した後、その上に通常の固体二次電池作製プロセスで第2単位電池層を形成しようとすると、第1単位電池層には、第2単位電池層を形成するための高温の熱処理が加わることになる。そのため、例えば、リチウムのように高温の熱処理を加えることができない材料を第1単位電池層に用いることができず、材料選択が大幅に制限されてしまう。 In addition, since the unit cell layer is transferred onto the substrate using the separation layer, the unit cell is formed at a lower temperature than when a plurality of unit cell layers are formed on the substrate in the normal solid secondary battery manufacturing process. Layers can be stacked. For example, when a first unit battery layer is formed on a substrate and then a second unit battery layer is formed thereon by a normal solid secondary battery manufacturing process, the first unit battery layer includes a second unit battery layer. A high temperature heat treatment is applied to form the layer. Therefore, for example, a material that cannot be subjected to high-temperature heat treatment such as lithium cannot be used for the first unit battery layer, and material selection is greatly limited.
一方、本発明の固体二次電池の製造方法では、第1単位電池層に加わる熱処理は、第2単位電池層を転写するときの接着剤の硬化処理や、分離層に剥離を生じさせるための光照射処理に付随するもののみとなるため、固体二次電池作製プロセスで第2単位電池層を第1単位電池層上に直接形成する場合に比べて、格段に低い温度となる。そのため、第1単位電池層に用いる材料選択の幅が広がり、熱処理による劣化も少なくなることとなり、非常に信頼性に優れた固体二次電池が提供される。 On the other hand, in the method for manufacturing a solid secondary battery of the present invention, the heat treatment applied to the first unit battery layer is for curing the adhesive when transferring the second unit battery layer, and for causing the separation layer to peel off. Since only the light irradiation process is involved, the temperature is much lower than when the second unit battery layer is formed directly on the first unit battery layer in the solid secondary battery manufacturing process. Therefore, the range of selection of materials used for the first unit battery layer is widened, and deterioration due to heat treatment is reduced, and a solid secondary battery having very high reliability is provided.
本発明の固体二次電池の製造方法においては、前記第2基板は第2分離層を有し、前記第3工程において前記第2単位電池層は前記第2分離層上に形成され、前記第5工程と前記第6工程との間に、前記第2基板、前記第2単位電池層及び前記第1単位電池層が接着された状態でこれらを2分割する第7工程と、前記2分割された各々の前記第1単位電池層の上面同士を接着する第8工程と、前記第2基板のどちらか一方の前記第2分離層に光を照射し、前記第2分離層の層内又は前記第2分離層と接する他の層との境界面で剥離を生じさせ、前記どちらか一方の前記第2基板を分離する第9工程と、を有することが望ましい。 In the method for manufacturing a solid secondary battery of the present invention, the second substrate has a second separation layer, and in the third step, the second unit cell layer is formed on the second separation layer, Between the 5th step and the 6th step, the 7th step of dividing the second substrate, the second unit cell layer and the first unit cell layer into two in a state where the second substrate cell layer and the first unit cell layer are adhered, And an eighth step of bonding the upper surfaces of the first unit battery layers to each other, irradiating the second separation layer on either one of the second substrates with light in the layer of the second separation layer or the It is desirable to include a ninth step of causing separation at the boundary surface with another layer in contact with the second separation layer to separate one of the second substrates.
この方法によれば、4層以上の単位電池層を有する固体二次電池を容易に作製することができる。 According to this method, it is possible to easily produce a solid secondary battery having four or more unit battery layers.
図1〜図10は、本発明の固体二次電池の製造方法の第1実施形態を示す工程図である。本実施形態の固体二次電池の製造方法は、第1基板上に第1分離層を形成する工程と、第1分離層上に第1固体電解質層を含む第1単位電池層を形成する工程と、第2基板上に第2分離層を形成する工程と、第2分離層上に第2固体電解質層を含む第2単位電池層を形成する工程と、第1単位電池層と第2単位電池層とを接着剤で接着する工程と、第1基板を介して第1分離層に光を照射し、第1分離層の層内又は第1分離層と接する他の層との境界面で剥離を生じさせ、第1単位電池層を第1基板から第2基板に転写する工程と、第2基板上に積層された第1単位電池層及び第2単位電池層と第3基板とを接着剤で接着する工程と、第2基板を介して第2分離層に光を照射し、第2分離層の層内又は第2分離層と接する他の層との境界面で剥離を生じさせ、第1単位電池層及び第2単位電池層を第2基板から第3基板に転写する工程と、第3基板上に積層された第1単位電池層と第2単位電池層の正極側の導電層同士を第1導電部材で接続し、負極側の導電層同士を第2導電部材で接続する工程と、を備えている。 FIGS. 1-10 is process drawing which shows 1st Embodiment of the manufacturing method of the solid secondary battery of this invention. The method for manufacturing a solid secondary battery according to the present embodiment includes a step of forming a first separation layer on a first substrate and a step of forming a first unit cell layer including a first solid electrolyte layer on the first separation layer. Forming a second separation layer on the second substrate; forming a second unit battery layer including a second solid electrolyte layer on the second separation layer; and a first unit battery layer and a second unit. At the interface between the step of adhering the battery layer with an adhesive, and the first separation layer irradiated with light through the first substrate, and in the layer of the first separation layer or with another layer in contact with the first separation layer Separating and transferring the first unit battery layer from the first substrate to the second substrate, and bonding the first unit battery layer and the second unit battery layer laminated on the second substrate to the third substrate At the interface between the step of adhering with the agent and the second separation layer with light irradiated through the second substrate, and in the layer of the second separation layer or with another layer in contact with the second separation layer Separating the first unit cell layer and the second unit cell layer from the second substrate to the third substrate, and the first unit cell layer and the second unit cell layer stacked on the third substrate. Connecting the conductive layers on the positive electrode side with the first conductive member and connecting the conductive layers on the negative electrode side with the second conductive member.
まず、図1に示すように、第1基板100上に第1分離層101を形成する。第1基板100としては、例えば、石英ガラス基板が用いられ、第1分離層101としては、例えば、a−Si膜が用いられるが、これに限定されない。
First, as shown in FIG. 1, a
第1分離層101は、後述の光照射工程によって、第1分離層101の層内又は第1分離層101と接する他の層との境界面で剥離を生じさせるものである。第1基板100の側から第1分離層101に対して光を照射するので、第1基板100は光を十分に透過するものであることが望ましい。具体的には、第1基板100は光を10%以上透過するものが好ましく、50%以上透過するものがより好ましい。
The
第1分離層101がa−Siから構成されている場合は、エキシマレーザーなどを光源とする紫外光を光として用いることができるが、そのような場合は、第1基板100を構成する材料として、紫外光を十分に透過する材料、例えば、ガラスあるいは石英ガラスを用いることが好ましい。
When the
第1の基板10の厚さは特に限定されないが、基板の機械的強度と光の透過量との兼ね合いから、0.1〜5.0 mm程度であることが好ましく、0.5〜1.5 mmであることがより好ましい場合がある。なお、第1基板100の光の透過率が十分高い場合には、その厚さは、前記上限値を超えるものであっても良い。また、光を均一に第1分離層101に照射するためには、第1基板100の厚さは、均一であることが好ましい。第1基板100の上に形成される第1分離層101と第1単位電池層のうちいずれかを形成する際に、高温処理を必要とする場合は、第1基板100が十分な耐熱性を有することが好ましい。具体的には、第1分離層101と第1単位電池層とを形成する際の最高温度をTmaxとしたときに、歪み点がTmax以上の材料で構成されていることが望ましい。
Although the thickness of the 1st board | substrate 10 is not specifically limited, From the balance of the mechanical strength of a board | substrate and the amount of light transmission, it is preferable that it is about 0.1-5.0 mm, and 0.5-1. It may be more preferable that it is 5 mm. If the light transmittance of the
第1分離層101に用いる材料としては、例えば、以下のA〜Fに記載された材料を用いることができる。
As a material used for the 1st separated
A.アモルフアスシリコン(a−Si)
アモルフアスシリコン中には、水素が含有されていて良い。この場合、水素の含有量は、1at%以上程度であるのが好ましく、2〜20 at%程度であるのがより好ましい。このように、水素が所定量含有されていると、光の照射によって水素が放出され、第1の分離層20に内圧が発生し、それが剥離を促す力となる。アモルフアスシリコン中の水素の含有量は、成膜条件、例えばCVDにおけるガス圧、ガス雰囲気、ガス流量、温度、基板温度、あるいはプラズマ生成の際の投入パワー等の条件を適宜設定することにより調整することができる。
A. Amorphous silicon (a-Si)
Amorphous silicon may contain hydrogen. In this case, the hydrogen content is preferably about 1 at% or more, more preferably about 2 to 20 at%. As described above, when a predetermined amount of hydrogen is contained, hydrogen is released by light irradiation, and an internal pressure is generated in the first separation layer 20, which becomes a force that promotes peeling. The content of hydrogen in amorphous silicon is adjusted by appropriately setting film forming conditions such as gas pressure, gas atmosphere, gas flow rate, temperature, substrate temperature in CVD, and input power for plasma generation. can do.
B・酸化ケイ素又はケイ酸化合物、酸化チタンまたはチタン酸化合物、酸化ランタンまたはランタン酸化合物等の各種酸化物セラミックス、誘電体、強誘電体あるいは半導体
酸化ケイ素としては、SiO、SiO2、Si302が挙げられ、ケイ酸化合物としては、例えばK2SiO3、Li2SiO3、CaSiO3、ZrSiO4、Na2SiO3が挙げられる。酸化チタンとしては、TiO、Ti203、TiO2が挙げられ、チタン酸化合物としては、例えば、BaTiO4、BaTiO3、Ba2Ti9020、BaTi5011、CaTiO3、SrTiO3、PbTiO3、MgTiO3、ZrTiO2、SnTiO4、A12TiO5、FeTiO3が挙げられる。酸化ジルコニウムとしては、ZrO2が挙げられ、ジルコン酸化合物としては、例えばBaZrO3、ZrSiO4、PbZrO3、MgZrO3、K2ZrO3が挙げられる。
B. Various oxide ceramics such as silicon oxide or silicic acid compound, titanium oxide or titanic acid compound, lanthanum oxide or lanthanum acid compound, dielectric, ferroelectric or semiconductor Silicon oxide includes SiO, SiO2, Si302 Examples of the silicate compound include K2SiO3, Li2SiO3, CaSiO3, ZrSiO4, and Na2SiO3. Examples of the titanium oxide include TiO, Ti203, and TiO2, and examples of the titanic acid compound include BaTiO4, BaTiO3, Ba2Ti9020, BaTi5011, CaTiO3, SrTiO3, PbTiO3, MgTiO3, ZrTiO2, SnTiO4, A12TiO5, and FeTiO3. Examples of the zirconium oxide include ZrO2, and examples of the zirconate compound include BaZrO3, ZrSiO4, PbZrO3, MgZrO3, and K2ZrO3.
C・PZT [Pb(Zr,Ti)O3]]、PLZT[(Pb,La)(Zr,Ti)O3]]、PLLZT、PBT等のセラミックスあるいは誘電体(強誘電体) C ・ PZT [Pb (Zr, Ti) O3]], PLZT [(Pb, La) (Zr, Ti) O3]], ceramics or dielectrics (ferroelectric) such as PLLZT and PBT
D.窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の窒化物セラミックス D. Nitride ceramics such as silicon nitride, aluminum nitride, titanium nitride
E.有機高分子材料
有機高分子材料としては、高分子の主鎖上に、一CH−、−CO−(ケトン)、−CONH−(アミド)、−NH一(アミノ)、−COO−(エステル)、−N=N−(アゾ)、−CH=N−(イミド)を有するものが挙げられる。また、光吸収量を向上させるためにベンゼンやナフタレンなどの芳香族炭化水素が組み込まれた有機高分子も利用することができる。このような有機高分子材料の具体例としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフイン、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフェニレンサルフアイド(PPS)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリエステルテレフタレート(PET)、エポキシ樹脂がある。
E. Organic polymer materials Organic polymer materials include one CH-, -CO- (ketone), -CONH- (amide), -NH one (amino), -COO- (ester) on the main chain of the polymer. , -N = N- (azo), and -CH = N- (imide). In addition, an organic polymer in which an aromatic hydrocarbon such as benzene or naphthalene is incorporated can be used to improve the amount of light absorption. Specific examples of such organic polymer materials include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyimides, polyamides, polyesters, polymethyl methacrylate (PMMA), polyphenylene sulfide (PPS), and polyether sulfone (PES). , Polyester terephthalate (PET), and epoxy resin.
F.金属
金属としては、例えば、Al、Li、Ti、Mn、In、Sn、Y、La、Ce、Nd、Pr、Gd、Smまたはこれらのうち少なくとも1種を含む合金が挙げられる。また、これらの金属をアモルファスシリコン膜上に積層した多層膜を第1分離層101として用いることもできる。
F. Examples of the metal include Al, Li, Ti, Mn, In, Sn, Y, La, Ce, Nd, Pr, Gd, Sm, or an alloy containing at least one of these. A multilayer film in which these metals are stacked on an amorphous silicon film can also be used as the
第1分離層101の厚さは、第1分離層の組成や材質、積層構造、形成方法等の諸条件により異なるが、通常は、1nm〜20μm程度であることが好ましく、10nm〜2μm程度であるのがより好ましく、40nm〜1μm程度であることがさらに好ましい。
The thickness of the
第1分離層101の形成方法は、膜組成や膜厚等の諸条件に応じて適宜選択することができる。例えば、CVD(MOCVD、減圧CVD、ECR−CVD、プラズマCVDを含む)、蒸着、分子線蒸着(MB)、スパッタリング、イオンプレーティング、PVD等の各種気相成長法、電気メッキ、浸漬メッキ、ディッピング、無電解メッキ等の各種メッキ法、ラングミュア・ブロジェット(LB)法、スピンコート、スプレーコート、ロールコート等の塗布法、各種印刷法、転写法、インクジェット法、粉末ジェット法、及び、上記の方法うちから選択された2つ以上の方法を組み合わせて形成することもできる。
The formation method of the 1st separated
例えば、第1分離層20の組成がアモルフアスシリコン(a−Si)の場合には、CVD法、特に減圧CVD法やプラズマCVD法により成膜するのが好ましい。また、第1の分離層20をゾルゲル法によるセラミックスで構成する場合や、有機高分子材料で構成する場合には、塗布法、特にスピンコート法により成膜することが好ましい。 For example, when the composition of the first separation layer 20 is amorphous silicon (a-Si), it is preferable to form the film by a CVD method, in particular, a low pressure CVD method or a plasma CVD method. Further, when the first separation layer 20 is made of ceramics by a sol-gel method or made of an organic polymer material, it is preferable to form a film by a coating method, particularly a spin coating method.
次に、図2に示すように、第1分離層101上に第1正極配線層(導電層)102を形成し、第1正極配線層102上に、第1正極集電体層(導電層)103として、プラチナ膜を蒸着法やスパッタ法等で形成する。
Next, as shown in FIG. 2, a first positive electrode wiring layer (conductive layer) 102 is formed on the
第1正極配線層102と第1正極集電体層103は、導電性を有する材料であれば特に制限されない。例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼材等を金属箔、電解箔、圧延箔、エンボス加工品、発泡シート等に加工したものを用いることができる。第1正極集電体層103の厚みは、特に制約はないが、通常5〜30μmである。
The first positive
次に、図3に示すように、第1正極集電体層103上に、第1正極活物質層104として、LiMn2O4膜をゾルゲル法で形成する。
Next, as shown in FIG. 3, a LiMn 2 O 4 film is formed as a first positive electrode
ゾルゲル溶液は、酢酸リチウム、酢酸マンガンをリチウムとマンガンの物質費が1:2となるように混合したものをメタノールに10wt%溶解したものを用いる。 As the sol-gel solution, a solution in which 10 wt% of lithium acetate and manganese acetate mixed so that the material cost of lithium and manganese is 1: 2 is dissolved in methanol.
第1正極活物質層104の材料は、特に制限はなく、公知のものが使用できる。例えば、リチウム電池用の正極を形成する場合には、LiMn2O4等のLi−Mn系複合酸化物、LiCoO2等のLi−Co系複合酸化物、LiNiO2等のLi−Ni系複合酸化物が挙げられる。これらの正極活物質は1種単独で、或いは2種以上を組み合わせて用いることができる。第1正極活物質層104の厚みは、100nm〜1μmであることが望ましい。
There is no restriction | limiting in particular in the material of the 1st positive electrode
続いて、第1正極活物質層104上に、第1固体電解質層105として、SiO2・P2O5膜を形成する。
Subsequently, a SiO 2 · P 2 O 5 film is formed as the first
第1固体電解質の材料としては、例えば、高純度科学研究所社製のSOG(Spin On Glass)材料を用い、スピンコート法で塗布した後、500℃で焼成して、SiO2・P2O5膜を形成することができる。塗布方法は、スピンコート法の他に、インクジェット法、スクリーン印刷法、ナノインプリント法等の各種印刷法を用いることができる。第1固体電解質層105の厚みは10nm〜500nmであることが望ましい。
As a material of the first solid electrolyte, for example, an SOG (Spin On Glass) material manufactured by High-Purity Science Laboratory Co., Ltd. is applied by spin coating, and then baked at 500 ° C. to obtain SiO 2 · P 2 O. Five films can be formed. As a coating method, in addition to the spin coating method, various printing methods such as an inkjet method, a screen printing method, and a nanoimprint method can be used. The thickness of the first
第1固体電解質層105は、Li2S−B2S3系無機材料、Li2S−SiS2系無機材料、Li2S−P2S5系無機材料Li2S−GeS2−P2S5系無機材料、LiI−Li2S−P2S5系無機材料、LiI−Li2S−SiS2系無機材料、LiBr−Li2S−SiS2系無機材料、LiI−Li2S−B2S3系無機材料、LiBH4系無機材料、Li3PO4−Li2S−SiS2系無機材料、LISICON系無機材料、Li14Zn(GeO4)4系無機材料、Li2S−SiS2−Li4SiO4系無機材料、Li1.3−Al0.3−Ti1.7−(PO4)3系無機材料、thio−LISICON系無機材料、Li3.4−V0.4−Ge0.6系無機材料、La0.51−Li0.34−TiO2.94系無機材料、Li2O−B2O3−LiCl系無機材料、Li2O−Nb2O5系無機材料、NASICON系無機材料、SiO2・P2O5系無機材料、Li2O−SiO2系無機材料、SiO2・P2O5系無機材料、SiO2系無機材料の一種もしくは2種以上の混合物、化合物から選ぶことができる。また、必要に応じて、これらの材料にアルミナなどの微粒子を0.01%以上10%以下の量で添加することができる。
The first solid electrolyte layer 105, Li 2 S-B 2 S 3 based inorganic materials, Li 2 S-
なお、第1固体電解質層105は、粉体の圧縮形成やホットプレス形成によって形成することもできる。また、ゾルゲル溶液を用いたゾルゲル法や、微粒子分散溶液を塗布して焼成する方法により形成することも可能である。或いは、CVD法やスパッタ法等の気相成膜法を用いて形成することも可能である。
The first
次に、図4に示すように、第1正極活物質層105の形成されていない部分に、第1絶縁層106として、酸化シリコン膜をスパッタ法により形成する。
Next, as illustrated in FIG. 4, a silicon oxide film is formed as a first insulating
第1絶縁層106は、第1正極配線層102と、後述する第1負極配線層108とが短絡しないようにするためのものである。第1絶縁層106としては、酸化シリコン、ポリシロキサン、ポリシラザン等の無機酸化物膜を用いることが望ましい。
The first insulating
次に、図5に示すように、第1固体電解質層105上に、第1負極活物質層107として、リチウム膜を形成し、更に、第1負極活物質層107上に、第1負極集電体層(導電層)及び第1負極配線層(導電層)108として、アルミニウム膜を蒸着法により形成する。
Next, as shown in FIG. 5, a lithium film is formed as the first negative electrode
第1負極活物質層107の材料は、特に制限はなく、公知のものが使用できる。例えば、リチウム電池用の負極を形成する場合には、リチウム、チタン等の金属、及びその合金;天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボン、グラファイト等の炭素材;等が挙げられる。これらの負極活物質は1種単独で、或いは2種以上を組み合わせて用いることができる。第1負極活物質層107の厚みは、100nm〜1μmであることが望ましい。
There is no restriction | limiting in particular in the material of the 1st negative electrode
なお、第1負極活物質層107は、粉体の圧縮形成やホットプレス形成によって形成することもできる。また、ゾルゲル溶液を用いたゾルゲル法や、微粒子分散溶液を塗布して焼成する方法により形成することも可能である。或いは、CVD法やスパッタ法等の気相成膜法を用いて形成することも可能である。
Note that the first negative electrode
第1負極集電体層及び第1負極配線層108は、導電性を有する材料であれば特に制限されない。例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼材等を金属箔、電解箔、圧延箔、エンボス加工品、発泡シート等に加工したものを用いることができる。
The first negative electrode current collector layer and the first negative
以上により、第1分離層101上には、第1正極配線層102、第1正極集電体層103、第1正極活物質層104、第1固体電解質層105、第1絶縁層106、第1負極活物質層107、第1負極集電体層、第1負極配線層108を積層してなる第1単位電池層Aが形成される。
Thus, on the
なお、第1正極配線層102、第1正極集電体層103、第1正極活物質層104、第1固体電解質層105、第1絶縁層106、第1負極活物質層107、第1負極集電体層、第1負極配線層108の積層順序は、図5のものに限定されず、これを逆の積層順序で形成しても構わない。この場合、第1分離層101上には、第1負極集電体層108、第1負極活物質層、第1絶縁層106、第1固体電解質層105、第1正極活物質層104、第1正極集電体層103、第1正極配線層102の順に積層されることになる。
The first positive
次に、図6に示すように、第2基板110上に第2分離層111を形成し、第2分離層111上に、第2正極配線層112、第2正極集電体層113、第2正極活物質層114、第2固体電解質層115、第2絶縁層116、第2負極活物質層117、第2負極集電体層及び第2負極配線層118を含む第2単位電池層Bを形成する。
Next, as shown in FIG. 6, the
第2単位電池層Bの形成方法は、第1単位電池層Aと同じものとすることができる。 The method of forming the second unit battery layer B can be the same as that of the first unit battery layer A.
続いて、第1単位電池層Aと第2単位電池層Bとの間に接着剤109を配置し、接着剤109を硬化して両者を接着する。 Subsequently, the adhesive 109 is disposed between the first unit battery layer A and the second unit battery layer B, and the adhesive 109 is cured to bond them together.
接着剤109としては、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気硬化型接着剤等の各種硬化型接着剤を用いることができる。特に、工程のタクトタイム低減の観点からは光硬化性接着剤を用いることが好ましい。上記の光硬化性材料としては、例えば、エポキシ系、アクリレート系、シリコーン系の光硬化性材料を用いることができる。接着剤109を最終的の除去する必要がある場合は、接着剤109は溶媒に可溶であることが好ましく、特に水溶性であることが好ましい。以上のような条件を満たす材料として、例えば、スリーボンド3046(商品名)を用いることができる。 As the adhesive 109, various curable adhesives such as a reactive curable adhesive, a thermosetting adhesive, a photocurable adhesive such as an ultraviolet curable adhesive, and an anaerobic curable adhesive can be used. In particular, it is preferable to use a photocurable adhesive from the viewpoint of reducing the cycle time of the process. As said photocurable material, an epoxy type, an acrylate type, and a silicone type photocurable material can be used, for example. When the adhesive 109 needs to be finally removed, the adhesive 109 is preferably soluble in a solvent, and particularly preferably water-soluble. As a material that satisfies the above conditions, for example, ThreeBond 3046 (trade name) can be used.
次に、図7に示すように、第1基板100を介して第1分離層101に光L1を照射し、第1分離層101の層内又は第1分離層101と接する他の層との境界面で剥離を生じさせ、第1単位電池層Aを第1基板100から第2基板110に転写する。
Next, as shown in FIG. 7, the
第1分離層101における剥離を誘起する光L1としては、第1分離層101の性質に応じて、X線、紫外線、可視光、赤外線(熱線)、ミリ波、マイクロ波、電子線、放射線(α波、β波、γ波)など、種々の波長の光あるいは電磁波を用いることができる。照射面積あるいは照射領域を制御する必要がある場合は、指向性に優れた、これらの波長の光あるいは電磁波を発振するレーザーを用いることが好ましい。レーザーとしては、例えば、各種気体レーザー、ガラスレーザー、半導体レーザーが挙げられるが、より具体的には、例えば、エキシマレーザー、Nd−YAGレーザー、Arレーザー、Krレーザー、CO2レーザー、COレーザー、及びHe−Neレーザーが挙げられる。
As the light L1 that induces peeling in the
第1分離層101としてアモルファスシリコン膜を用いる場合には、光L1としては、エキシマレーザーなどを光源とする紫外光を用いることができる。アモルフアスシリコンは約320nm以下の波長域の光に対して強い吸収を示すため、光L1の波長としては、100nm〜350nmの波長域を用いることが望ましい。エキシマレーザーを光源とする高出力の紫外光を第1分離層101に対する照射に用いた場合、極めて短時間で第1分離層101における剥離現象を誘起することができる。そのため、第1単位電池層Aなどの隣接する層の温度上昇、劣化あるいは損傷などの第1分離層101に対する光照射により誘起される副次的な効果を低減することができる。なお、光L1のエネルギー密度は、10〜5000mJ/cm2程度とするのが好ましく、100〜500mJ/cm2程度とするのがより好ましい。また、照射時間は、1〜1000ナノ秒程度とするのが好ましく、10〜100ナノ秒程度とするのがより好ましい。
When an amorphous silicon film is used as the
アモルファスシリコン膜中には、水素が含有されていることが望ましい。この場合、水素の含有量は、1at%以上程度であるのが好ましく、2〜20at%程度であるのがより好ましい。このように、水素が所定量含有されていると、光L1の照射によって水素が放出され、アモルファスシリコン膜に内圧が発生し、それが剥離を促す力となる。アモルファスシリコン膜中の水素の含有量は、成膜条件、例えばCVD法におけるガス圧、ガス雰囲気、ガス流量、温度、基板温度、あるいはプラズマ生成の際の投入パワー等の条件を適宜設定することにより調整することができる。 It is desirable that hydrogen be contained in the amorphous silicon film. In this case, the hydrogen content is preferably about 1 at% or more, and more preferably about 2 to 20 at%. As described above, when a predetermined amount of hydrogen is contained, hydrogen is released by irradiation with the light L1, and an internal pressure is generated in the amorphous silicon film, which becomes a force for promoting peeling. The content of hydrogen in the amorphous silicon film can be determined by appropriately setting conditions such as film formation conditions such as gas pressure, gas atmosphere, gas flow rate, temperature, substrate temperature, and input power for plasma generation in the CVD method. Can be adjusted.
なお、第1分離層101に対する光照射を行った後、第1分離層101の一部または全部が第1単位電池層Aに付着することがある。この場合、例えば、洗浄、エッチング、アッシング、研磨等の方法またはこれらを組み合わせた処理を施すことにより第1単位電池層A上の付着物を除去することができる。
In addition, after performing light irradiation with respect to the 1st separated
次に、図8に示すように、第2単位電池層Bと第3基板120との間に接着剤121を配置し、接着剤121を硬化して両者を接着する。
Next, as shown in FIG. 8, an adhesive 121 is disposed between the second unit battery layer B and the
第3基板120としては、金属、セラミックス、石材、木材、紙材等の種々の材料を用いることができるが、特に、軽量性、可撓性、弾性などに優れた樹脂材料を用いることにより、製造される積層体にこれらの機械的性質を付与することができ、材料コスト、製造コストも低減できる。
As the
接着剤121としては、接着剤109と同様に、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気硬化型接着剤等の各種硬化型接着剤を用いることができる。 As the adhesive 121, similarly to the adhesive 109, various curable adhesives such as a reactive curable adhesive, a thermosetting adhesive, a photocurable adhesive such as an ultraviolet curable adhesive, and an anaerobic curable adhesive. Can be used.
続いて、第2基板110を介して第2分離層111に光L2を照射し、第2分離層111の層内又は第2分離層111と接する他の層との境界面で剥離を生じさせ、第2基板上に積層された第1単位電池層A及び第2単位電池層Bを第2基板110から第3基板120に転写する。
Subsequently, the
光L2としては、光L1と同様に、エキシマレーザーなどを光源とする紫外光を用いることができる。 As the light L2, similarly to the light L1, ultraviolet light using an excimer laser or the like as a light source can be used.
次に、図9及び図10に示すように、第1正極配線層102と第2正極配線層112とを第1導電部材122で電気的に接続し、第1負極配線層108と第2負極配線層118とを第2導電部材123で電気的に接続する。
Next, as shown in FIGS. 9 and 10, the first positive
第1正極配線層102と第2正極配線層112との接続は、例えば、両者の重なっている部分を穴あけ加工し、半田等の導電部材を貫通させて両者を接続することにより行われる。この際、穴あけ加工を容易にするため、第1正極配線層102と第2正極配線層112は、第1固体電解質層105や第2固体電解質層115の形成領域よりも広く形成される。第1負極配線層108と第2負極配線層118との接続も同様である。
The connection between the first positive
次に、第1単位電池層Aと第2単位電池層Bを大気から遮断するための封止部材として、エポキシ樹脂等の樹脂膜を第3基板120の表面に形成し(図示略)、固体二次電池1を完成する。なお、封止手段としては、第1単位電池層Aと第2単位電池層Bの表面に封止樹脂を塗布し、ガラス基板等の封止基板を貼り付ける方法や、第1単位電池層Aと第2単位電池層Bを金属の缶に閉じ込める方法を用いても良い。 Next, as a sealing member for shielding the first unit battery layer A and the second unit battery layer B from the atmosphere, a resin film such as an epoxy resin is formed on the surface of the third substrate 120 (not shown) to form a solid. The secondary battery 1 is completed. In addition, as a sealing means, the method of apply | coating sealing resin on the surface of the 1st unit battery layer A and the 2nd unit battery layer B, and affixing sealing substrates, such as a glass substrate, 1st unit battery layer A Alternatively, a method of confining the second unit battery layer B in a metal can may be used.
本実施形態の固体二次電池の製造方法によれば、複数の単位電池層によって一つの固体二次電池を形成しているため、各単位電池層の固体電解質層を薄膜化しても、固体二次電池全体としては、高出力、大容量なものとなる。また、複数の単位電池層A,Bが、プラスチックフィルムからなる第3基板120上に転写されているので、フレキシブルな固体二次電池を提供することができる。
According to the method for manufacturing a solid secondary battery of the present embodiment, since one solid secondary battery is formed by a plurality of unit battery layers, even if the solid electrolyte layer of each unit battery layer is thinned, the solid secondary battery is formed. The secondary battery as a whole has a high output and a large capacity. In addition, since the plurality of unit battery layers A and B are transferred onto the
また、分離層101,111を用いて第3基板120上に単位電池層A,Bを転写しているため、通常の固体二次電池作製プロセスで第3基板120上に複数の単位電池層A,Bを形成する場合に比べて、低い温度で単位電池層A,Bを積層することができる。例えば、第3基板120上に第1単位電池層Aを形成した後、その上に通常の固体二次電池作製プロセスで第2単位電池層Bを形成しようとすると、第1単位電池層Aには、第2単位電池層Bを形成するための高温の熱処理が加わることになる。そのため、例えば、リチウムのように高温の熱処理を加えることができない材料を第1単位電池層Aに用いることができず、材料選択が大幅に制限されてしまう。
In addition, since the unit cell layers A and B are transferred onto the
一方、本実施形態の固体二次電池の製造方法では、第1単位電池層Aに加わる熱処理は、第2単位電池層Bを転写するときの接着剤109の硬化処理や、第1分離層101に剥離を生じさせるための光照射処理に付随するもののみとなるため、固体二次電池作製プロセスで第2単位電池層Bを直接第1単位電池層A上に形成する場合に比べて、格段に低い温度となる。そのため、第1単位電池層Aに用いる材料選択の幅が広がり、熱処理による劣化も少なくなることにより、非常に信頼性に優れた固体二次電池が提供される。
On the other hand, in the method for manufacturing a solid secondary battery according to the present embodiment, the heat treatment applied to the first unit battery layer A includes the curing process of the adhesive 109 when transferring the second unit battery layer B, and the
なお、本実施形態では、第1単位電池層Aと第2単位電池層Bを別々の基板に形成し、両者を接着剤で接着したが、一つの基板上に単位電池層を形成し、その基板を複数に分割して、分割した一の基板と他の基板の単位電池層同士を接着剤で接着しても良い。この場合、一の基板上の第1の領域には、図10に示した第1正極配線層102及び第1負極配線層108の形状の第1単位電池層Aを形成し、第1の領域と重ならない第2の領域には、図10に示した第2正極配線層112及び第2負極配線層118の形状を有する第2単位電池層Bを形成する。そして、第1の領域と第2の領域とを分割して、両者を接着剤で貼り合せる。このような方法を用いた場合、同一品質の複数の単位電池層を短時間で容易に作製することができ、固体二次電池の製造工程を大幅に簡略化することができる。
In this embodiment, the first unit battery layer A and the second unit battery layer B are formed on separate substrates, and both are bonded with an adhesive, but the unit cell layer is formed on one substrate, The substrate may be divided into a plurality of parts, and the unit battery layers of one divided substrate and another substrate may be bonded with an adhesive. In this case, the first unit cell layer A having the shape of the first positive
図11は、本発明の固体二次電池の第2実施形態の断面図である。本実施形態の固体二次電池2は、図9に示した固体二次電池1を接着剤126を介して2つ貼り合せたものである。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a second embodiment of the solid secondary battery of the present invention. The solid
固体二次電池2を製造する場合には、まず、図1〜図7までの方法を用いて、第2基板110上に第1単位電池層Aと第2単位電池層Bとを形成する。また、同様の方法により、第4基板130上に第1単位電池層Aと第2単位電池層Bとを形成する。
When manufacturing the solid
そして、第2基板110上に形成された第1単位電池層A及び第2単位電池層Bと、第4基板130上に形成された第1単位電池層A及び第2単位電池層Bとの間に接着剤126を配置し、接着剤126を加熱硬化して両者を接着する。
The first unit battery layer A and the second unit battery layer B formed on the
続いて、第2基板130上を介して第2分離層111に光を照射し、第2分離層111の層内又は第2分離層と接する他の層との境界面で剥離を生じさせ、第2基板110上に積層された第1単位電池層A及び第2単位電池層Bを第2基板110から第4基板130に転写する。
Subsequently, the
そして、各単位電池層A,Bの正極配線層同士を第1導電部材124で接続し、負極配線層同士を第2導電部材125で接続する。そして、各単位電池層A,Bを大気から遮断するための封止膜として、エポキシ樹脂等の樹脂膜を第4基板130の表面に形成し(図示略)、固体二次電池2を完成する。
Then, the positive electrode wiring layers of the unit battery layers A and B are connected by the first
プラスチックフィルム基板等の可撓性の第5基板に単位電池層A,Bを形成する場合には、第4基板130の表面に予め分離層を形成し、第4基板上に積層された4つの単位電池層A,Bを第5基板に接着する。そして、第4基板130を介して分離層に光を照射し、分離層の層内又は分離層と接する他の層との境界面で剥離を生じさせ、第4基板130上に積層された4つの単位電池層A,Bを第4基板130から第5基板に転写する。
In the case where the unit battery layers A and B are formed on a flexible fifth substrate such as a plastic film substrate, a separation layer is formed in advance on the surface of the
本実施形態の固体二次電池の製造方法によれば、4層以上の単位電池層を有する固体二次電池を容易に作製することができる。図11では、第4基板130上に単位電池層を4つ積層したが、同じような方法を用いて、図11の固体二次電池2を2つ、或いは4つ以上積層することにより、容易に多層の単位電池層を有する固体二次電池を作製することができる。
According to the method for producing a solid secondary battery of the present embodiment, a solid secondary battery having four or more unit battery layers can be easily produced. In FIG. 11, four unit cell layers are stacked on the
図12は、本発明の固体二次電池の第3実施形態の断面図である。本実施形態の固体二次電池3は、図5に示した構成の単位電池層A,Cを接着剤144を介して基板140上に5層積層したものである。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a third embodiment of the solid secondary battery of the present invention. The solid secondary battery 3 of the present embodiment is obtained by stacking five layers of unit battery layers A and C having the configuration shown in FIG. 5 on a
各単位電池層A,Cにおいて、正極配線層141、電池層142(正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、負極集電体層)、負極配線層143の積層順序は、いずれも同じである。いずれの単位電池層においても、これらの層が基板側から順に積層されている。単位電池層同士の間に配置される接着剤144には、正極配線層141と負極配線層143とが短絡しないように、絶縁性接着剤が用いられている。
In each unit battery layer A, C, a positive
図12の固体二次電池3を製造する場合には、まず、図1〜図5までの工程を用いて第1基板100上に第1単位電池層Aを形成する。また、第1基板100とは異なる基板(図示略)上に、正極配線層、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、負極集電体層、負極配線層の積層順序が第1単位電池層Aとは異なる第2単位電池層Cを形成する。第2単位電池層Cでは、基板側から順に、負極配線層、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、正極集電体層、性極配線層が積層される。
When manufacturing the solid secondary battery 3 of FIG. 12, first, the first unit battery layer A is formed on the
次に、第1単位電池層Aと第2単位電池層Cとを接着剤144で接着し、第1基板100側から第1分離層101に光を照射し、第1分離層101の層内又は前記分離層と接する他の層との境界面で剥離を生じさせ、第1単位電池層Aを第1基板100から他方の基板に転写する。そして、同様の工程を繰り返すことにより、最終的に、基板140上に5層の単位電池層A,Cを接着剤144を介して積層する。積層した5つの単位電池層A,Cでは、正極配線層同士を第1導電部材145で接続し、負極配線層同士が第2導電部材146で接続される。そして、必要に応じて、単位電池層A,Cを封止部材で封止し、固体二次電池3を完成する。
Next, the first unit battery layer A and the second unit battery layer C are bonded with an adhesive 144, and the
1,2,3…固体二次電池、100,110,120,130,140…基板、101,111…分離層、102,112…正極配線層、103,113…正極集電体層、104,114…正極活物質層、105,115…固体電解質層、107,117…負極活物質層、108,118…負極集電体層及び負極配線層、109,121,126,144…接着剤、122,123,124,125、145,146…導電部材、A,B,C…単位電池層、L1,L2…光 1, 2, 3 ... solid secondary battery, 100, 110, 120, 130, 140 ... substrate, 101, 111 ... separation layer, 102, 112 ... positive electrode wiring layer, 103, 113 ... positive electrode current collector layer, 104, 114: positive electrode active material layer, 105, 115 ... solid electrolyte layer, 107, 117 ... negative electrode active material layer, 108, 118 ... negative electrode current collector layer and negative electrode wiring layer, 109, 121, 126, 144 ... adhesive, 122 , 123, 124, 125, 145, 146 ... conductive members, A, B, C ... unit cell layers, L1, L2 ... light
Claims (7)
第2の正極集電体層、第2の負極集電体層、前記第2の正極集電体層と前記第2の負極集電体層との間に配置された第2の固体電解質層と、を含む第2の単位電池層と、
前記第1の正極集電体層と前記第2の正極集電体層とを接続する第1導電部材と、
前記第1の負極集電体層と前記第2の負極集電体層とを接続する第2導電部材と、
前記第1の正極集電体層と前記第2の正極集電体層との間、及び前記第1の負極集電体層と前記第2の負極集電体層との間の少なくとも一方に配置される接着剤と、を含み、
前記第1の正極集電体層の領域と前記第2の正極集電体層の領域、及び/または前記第1の負極集電体層の領域と前記第2の負極集電体層の領域は、前記第1の固体電解質層の領域及び前記第2の固体電解質層の領域より大きいことを特徴とする固体二次電池。 The first positive electrode collector layer, a first negative electrode collector layer, the first solid electrolyte layer disposed between said first positive electrode collector layer and the first negative electrode collector layer A first unit cell layer comprising:
The second positive electrode collector layer, a second negative electrode collector layer, a second solid electrolyte layer disposed between said second positive electrode collector layer and the second negative electrode collector layer A second unit cell layer comprising:
A first conductive member connecting the first positive electrode current collector layer and the second positive electrode current collector layer ;
A second conductive member connecting the first negative electrode current collector layer and the second negative electrode current collector layer ;
Between at least one of the first positive electrode current collector layer and the second positive electrode current collector layer and between the first negative electrode current collector layer and the second negative electrode current collector layer; An adhesive to be disposed,
The region of the first positive electrode current collector layer and the region of the second positive electrode current collector layer and / or the region of the first negative electrode current collector layer and the region of the second negative electrode current collector layer Is larger than the region of the first solid electrolyte layer and the region of the second solid electrolyte layer.
前記第2導電部材は、前記第1の負極集電体層及び前記第2の負極集電体層を貫通するように配置されることを特徴とする請求項1または2に記載の固体二次電池。 The first conductive member is disposed so as to penetrate the first positive electrode current collector layer and the second positive electrode current collector layer ,
Said second conductive members, solid state secondary of claim 1 or 2, wherein the first negative electrode collector layer and disposed so as to penetrate the second negative electrode collector layer, wherein the Turkey Next battery.
第1基板上に第1分離層を形成する第1工程と、
前記第1分離層上に前記第1の固体電解質層を含む前記第1の単位電池層を形成する第2工程と、
第2基板上に前記第2の固体電解質層を含む前記第2の単位電池層を形成する第3工程と、
前記第1の単位電池層の上面と前記第2の単位電池層の上面とを前記接着剤で接着する第4工程と、
前記第1分離層に光を照射し、前記第1分離層の層内又は前記第1分離層と接する他の層との境界面で剥離を生じさせ、前記第1基板と前記第1の単位電池層とを分離する第5工程と、
前記第1の単位電池層と前記第2の単位電池層の正極集電体層同士を前記第1導電部材で接続し、前記第1の単位電池層と前記第2の単位電池層の負極集電体層同士を前記第2導電部材で接続する第6工程と、を含むことを特徴とする固体二次電池の製造方法。 A method for producing a solid secondary battery according to any one of claims 1 to 5,
A first step of forming a first separation layer on the first substrate;
A second step of forming the first unit cell layer including the first solid electrolyte layer on the first separation layer;
Forming a second unit cell layer including the second solid electrolyte layer on a second substrate;
A fourth step of bonding the upper surface of the upper surface and the second unit cell layer of the first unit cell layer with the adhesive,
The first separation layer is irradiated with light to cause peeling at a boundary surface between the first separation layer or another layer in contact with the first separation layer, and the first substrate and the first unit. A fifth step of separating the battery layer;
Anode current of the first unit cell layer positive electrode collector layer between the second unit cell layer are connected by the first conductive member, the first unit cell layer and the second unit cell layer sixth step and a method for manufacturing a solid-state secondary battery which comprises a connecting the conductor layers to each other by the second conductive member.
前記第3工程において前記第2の単位電池層は前記第2分離層上に形成され、
前記第5工程と前記第6工程との間に、
前記第2基板、前記第2の単位電池層及び前記第1の単位電池層が接着された状態でこれらを2分割する第7工程と、
前記2分割された各々の前記第1の単位電池層の上面同士を接着する第8工程と、
前記第2基板のどちらか一方の前記第2分離層に光を照射し、前記第2分離層の層内又は前記第2分離層と接する他の層との境界面で剥離を生じさせ、前記どちらか一方の前記第2基板を分離する第9工程と、を有することを特徴とする請求項6に記載の固体二次電池の製造方法。 The second substrate has a second separation layer;
In the third step, the second unit cell layer is formed on the second separation layer,
Between the fifth step and the sixth step,
A seventh step of dividing the second substrate, the second unit cell layer, and the first unit cell layer into two in a state where the second unit cell layer and the first unit cell layer are bonded;
An eighth step of bonding the upper surfaces of the first unit cell layers divided into the two parts;
Irradiating light to the second separation layer of either one of the second substrates, causing peeling at a boundary surface with the second separation layer or another layer in contact with the second separation layer, And a ninth step of separating one of the second substrates. The method of manufacturing a solid secondary battery according to claim 6.
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