JP6693226B2 - 全固体型二次電池 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態の全固体型二次電池素子の全固体電池部分10の概念的構造を示す断面図である。全固体電池部分10は、正極集電体層1、正極活物質層2、固体電解質層3、負極活物質層4、負極集電体層5から構成され、それぞれが積層された構造を有している。
また、全固体型二次電池の全固体電池部分10、及び、電子移動促進部分11のそれぞれの実効面積の割合は、全固体電池部分の実効面積/電子移動促進部分の実効面積が2以下であることが好ましい。なお、全固体電池部分の実効面積/電子移動促進部分の実効面積が小さいほど、電子移動促進部分の割合が大きくなり、放電レートが向上するため特に下限値はないが、全固体電池部分の実効面積/電子移動促進部分の実効面積が小さくなると容量密度が低下するため、容量密度とのバランスを考えると、全固体電池部分の実効面積/電子移動促進部分の実効面積が0.1以上2以下であることがより好ましい。
図8は本実施形態の一例にかかる全固体型二次電池100の概念的構造を示す断面図である。本実施形態の全固体型二次電池100は、正極集電体層101、正極活物質層102、固体電解質層103、負極活物質層104、負極集電体層105から構成され、それぞれが積層された構造である全固体電池部分と、集電体層105、誘電体層または固体電解質層106、集電体層107から構成され、それぞれが積層された構造である電子移動促進部分とからなり、電子移動促進部分と、全固体電池部分とを下から順に交互に2組ずつ積層された構造である。そして、全固体型二次電池素子の左右の端部に全固体電池部分10の正極集電体層101と負極集電体105が左右それぞれの端部に露出する構造を有している。同様にして、電子移動促進部分の対になる集電体層105及び集電体層107も左右それぞれの端部に露出する構造を有している。そして、一部の集電体層が全固体電池部分と電子移動促進部分の同一の共通集電体層からなる全固体型二次電池素子である。そして、全固体型二次電池素子の最下層と最上層の集電体層に接するように最外装固体電解質層108を備え、左右それぞれの端部より表面に露出する集電体層と接し電気的導通を取るための端子電極109を備える。
本実施形態の全固体型二次電池の全固体電池部分の固体電解質層を構成する固体電解質としては、電子の伝導性が小さく、リチウムイオンの伝導性が高い材料を用いるのが好ましい。例えば、La0.5Li0.5TiO3などのペロブスカイト型化合物や、Li14Zn(GeO4)4などのリシコン型化合物、Li7La3Zr2O12などのガーネット型化合物、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3やLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3などのナシコン型化合物、Li3.25Ge0.25P0.75S4やLi3PS4などのチオリシコン型化合物、Li2S−P2S5やLi2O−V2O5−SiO2などのガラス化合物、Li3PO4やLi3.5Si0.5P0.5O4やLi2.9PO3.3N0.46などのリン酸化合物、よりなる群から選択される少なくとも1種であることが望ましい。
本実施形態の全固体型二次電池の電子移動促進部分の誘電体層を構成する誘電体としては、絶縁性が高く、誘電率が高い材料を用いるのが好ましい。例えば、BaTiO3などのペロブスカイト型化合物や、NbO、Ta2O3、Al2O3、雲母などの酸化物、から選択される少なくとも1種であることが望ましい。
本実施形態の全固体型二次電池の固体電解質層を構成する固体電解質としては、電子の伝導性が小さく、リチウムイオンの伝導性が高い材料を用いるのが好ましい。例えば、La0.5Li0.5TiO3などのペロブスカイト型化合物や、Li14Zn(GeO4)4などのリシコン型化合物、Li7La3Zr2O12などのガーネット型化合物、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3やLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3などのナシコン型化合物、Li3.25Ge0.25P0.75S4やLi3PS4などのチオリシコン型化合物、Li2S−P2S5やLi2O−V2O5−SiO2などのガラス化合物、Li3PO4やLi3.5Si0.5P0.5O4やLi2.9PO3.3N0.46などのリン酸化合物、よりなる群から選択される少なくとも1種であることが望ましい。
本実施形態の全固体型二次電池の全固体電池部分の正極活物質層、及び、負極活物質層を構成する正極活物質、及び、負極活物質としては、リチウムイオンを効率よく挿入、脱離できる材料を用いるのが好ましい。
本実施形態の全固体型二次電池の全固体電池部分の正極集電体層、及び、負極集電体層と、電子移動促進部分の集電体層を構成する材料としては、電子伝導率が大きい材料を用いるのが好ましく、例えば、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、銅、及び、ニッケルのいずれかの金属、または、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、銅、ニッケルのいずれかを含む合金、あるいはそれらの金属や合金から選ばれる2種以上の混合物を用いるのが好ましい。特に、銅は固体電解質層のLi1+x2Alx2Ti2−x2(PO4)3(0≦x2≦0.6)と反応し難く、さらに全固体型二次電池素子の内部抵抗の低減に効果があるため好ましい。
本実施形態の全固体型二次電池素子の固体電解質層と正極活物質層、及び、負極活物質層の構成される材料の粒径を制御するために、固体電質層、または、正極活物質層、または、負極活物質層は焼結助剤を含んでいてもよい。焼結助剤の種類は特に限定されず、リチウム酸化物、ナトリウム酸化物、カリウム酸化物、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化ビスマス、酸化リンよりなる群から選択される少なくとも1種であることが望ましい。
本実施形態の全固体型二次電池は、全固体電池部分を構成する正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層と、電子移動促進部分を構成する集電体層、誘電体層または固体電解質層、集電体層の材料をペースト化し、塗布乾燥してグリーンシートを作製し、係るグリーンシートを積層し、作製した積層体を同時に焼成することにより製造する。
続いて、得られた素子の両端面に、端子電極109を形成するために、端子電極用ペーストをディップにより形成する。端子電極用ペーストはCu電極ペースト、AgZn電極ペーストやAl電極ペーストなどを用いればよい。
まず、全固体電池部分と電子移動促進部分の配置を、積層面の水平方向に対して操作する方法を説明する。図5に示すような集電体の一部を活物質が覆う構造を作製する場合、集電体用のペーストを印刷するための印刷パターンと、負極活物質用または正極活物質用のペーストを印刷する活物質の印刷パターンの製版を用意し、それぞれの製版でスクリーン印刷、塗布、転写などをすることで作製できる。
以下に、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
正極活物質及び負極活物質として、以下の方法で作製したLi3V2(PO4)3を用いた。Li2CO3とV2O5とNH4H2PO4とを出発材料とし、これらをモル比3:2:6となるように秤量し、水を溶媒としてボールミルで16時間湿式混合を行った後、脱水乾燥した。得られた粉体を850℃で2時間、窒素水素混合ガス中で仮焼した。仮焼品を粗粉砕し、水を溶媒としてボールミルで24時間湿式粉砕を行った後、脱水乾燥して正極活物質粉末及び負極活物質粉末を得た。この粉体の平均粒径は0.2μmであった。作製した粉体の組成がLi3V2(PO4)3であることは、X線回折装置を使用して確認した。
正極活物質ペースト及び負極活物質ペーストは、この正極活物質粉末及び負極活物質粉末を重量比100に対して、バインダーとしてエチルセルロース15と、溶媒としてジヒドロターピネオール65とを加えて、三本ロールで混練・分散して正極活物質ペースト及び負極活物質ペーストを作製した。
固体電解質として、以下の方法で作製したLi1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3を用いた。Li2CO3とAl2O3とTiO2とNH4H2PO4を出発材料として、これらをモル比0.65:0.15:1.7:3となるように秤量し、水を溶媒としてボールミルで16時間湿式混合を行った後、脱水乾燥した。得られた粉体を800℃で2時間、空気中で仮焼した。仮焼品を粗粉砕し、水を溶媒としてボールミルで18時間湿式粉砕を行った後、脱水乾燥して固体電解質の粉末を得た。この粉体の平均粒径は0.6μmであった。作製した粉体の組成がLi1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3であることは、X線回折装置を使用して確認した。
集電体として用いたCuと正極活物質及び負極活物質として用いたLi3V2(PO4)3とを体積比率で60:40となるように混合した後、Cuと正極活物質及び負極活物質として用いたLi3V2(PO4)3の合計重量比100に対して、バインダーとしてエチルセルロース10と、溶媒としてジヒドロターピネオール50を加えて三本ロールで混練・分散して集電体ペーストを作製した。Cuの平均粒径は0.6μmであった。
銀粉末とエポキシ樹脂、溶剤とを三本ロールで混錬・分散し、熱硬化型の端子電極ペーストを作製した。
上記の固体電解質シート上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで集電体ペーストを印刷した。次に、印刷した集電体ペーストを80℃で10分間乾燥し、更にその上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで正極活物質ペーストを再度印刷した。印刷した正極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、次いでPETフィルムを剥離した。このようにして、固体電解質シート上に、集電体ペースト、正極活物質ペーストがこの順に印刷・乾燥された正極活物質ユニットのシートを得た。
上記の固体電解質シート上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで負極活物質ペーストを印刷した。次に、印刷した負極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、その上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで集電体ペーストを印刷した。次に、印刷した集電体ペーストを80℃で10分間乾燥し、次いでPETフィルムを剥離した。このようにして、固体電解質シート上に、負極活物質ペースト、集電体ペーストがこの順に印刷・乾燥された負極活物質ユニットのシートを得た。
上記の固体電解質シート上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで集電体ペーストを印刷した。印刷した集電体ペーストを80℃で10分間乾燥し、次いでPETフィルムを剥離した。このようにして、固体電解質シート上に、集電体ペーストが印刷・乾燥された集電体ユニットのシートを得た。
固体電解質シートを10枚積み重ね、集電体ユニット9枚を、ペースト印刷面を下にして積み重ねた。このとき、奇数枚目の集電体ユニットの集電体ペースト層が一の端面にのみ延出し、偶数枚目の集電体ユニットの集電体ペースト層が他の面にのみ延出するように、各ユニットをずらして積み重ねた。続いて、負極活物質ユニット1枚と正極活物質ユニット1枚を、同様にペースト印刷面を下にして積み重ねた。このとき、1枚目の負極活物質ユニットの集電体ペースト層が、直前に積み重ねた集電体ユニットの集電体ペースト層の他の端面にのみ延出し、2枚目の正極活物質ユニットの集電体ペースト層が直前に積み重ねた負極活物質ユニットの集電体ペースト層の他の端面にのみ延出するように、各ユニットをずらして積み重ねた。続いて、正極活物質ユニット1枚を、ペースト印刷面を下にして、直前に積み重ねた負極活物質ユニットの集電体ペースト層が他の面にのみ延出するように、正極活物質ユニットをずらして積み重ねた。続いて、同様に、各ユニットのペースト印刷面を下にして積み重ね、直前に積み重ねたユニットの集電体ペースト層とは他の端面にのみ延出しするようにして、各ユニットをずらして積み重ねるようにして、集電体ユニット8枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、集電体ユニット8枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、集電体ユニット8枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、集電体ユニット8枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、集電体ユニット8枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、集電体ユニット8枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、集電体ユニット8枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、集電体ユニット8枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、集電体ユニット8枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、集電体ユニット10枚の順に積み重ねた。そして、固体電解質シートを10枚積み重ねた。その後、これを温度80℃で圧力1000kgf/cm2(98MPa)で成形し、次いで切断して積層ブロックを作製した。その後、積層ブロックを同時焼成して積層体を得た。同時焼成は、窒素中で昇温速度200℃/時間で焼成温度840℃まで昇温して、その温度に2時間保持し、焼成後は自然冷却した。同時焼成後の電池外観サイズは、3.2mm×2.5mm×2.4mmであった。
積層体の端面に端子電極ペーストを塗布し、150℃、30分の熱硬化を行い、一対の端子電極を形成して全固体型二次電池を得た。
積層体の作製以外は実施例1と同様にして、以下のように積層体を作製した。全固体電池部分と電子移動促進部分とが交互に積層され、それぞれが10組と20組ずつ備え、全固体電池部分の実効面積/電子移動促進部分の実効面積=0.5であり、全固体電池部分の実効面積は実施例1と同様である全固体型二次電池を作製した。
固体電解質シートを10枚積み重ね、集電体ユニット1枚を、ペースト印刷面を下にして積み重ねた。続いて、負極活物質ユニット1枚と正極活物質ユニット1枚を、同様にペースト印刷面を下にして積み重ねた。このとき、1枚目の負極活物質ユニットの集電体ペースト層が、直前に積み重ねた集電体ユニットの集電体ペースト層の他の端面にのみ延出し、2枚目の正極活物質ユニットの集電体ペースト層が、直前に積み重ねた負極活物質ユニットの集電体ペースト層の他の端面にのみ延出するように、各ユニットをずらして積み重ねた。続いて、同様に、各ユニットのペースト印刷面を下にして積み重ね、直前に積み重ねたユニットの集電体ペースト層とは他の端面にのみ延出しするようにして、各ユニットをずらして積み重ねるようにして、集電体ユニット2枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、集電体ユニット2枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、集電体ユニット2枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、集電体ユニット2枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚、集電体ユニット2枚、負極活物質ユニット1枚、正極活物質ユニット1枚の順に積み重ねた。そして、固体電解質シートを10枚積み重ねた。その後、これを温度80℃で圧力1000kgf/cm2(98MPa)で成形し、次いで切断して積層ブロックを作製した。その後、積層ブロックを同時焼成して積層体を得た。同時焼成は、窒素中で昇温速度200℃/時間で焼成温度840℃まで昇温して、その温度に2時間保持し、焼成後は自然冷却した。同時焼成後の電池外観サイズは、3.2mm×2.5mm×0.8mmであった。
積層体の作製以外は実施例1と同様にして、以下のように積層体を作製した。図3のように全固体電池部分と電子移動促進部分とが交互に積層され、それぞれが10組ずつ備え、全固体電池部分の実効面積/電子移動促進部分の実効面積=1であり、全固体電池部分の実効面積は実施例1と同様である全固体型二次電池を作製した。
固体電解質シートを10枚積み重ね、集電体ユニット1枚と負極活物質ユニット1枚を、ペースト印刷面を下にして積み重ねた。このとき、1枚目の集電体ユニットの集電体ペースト層が一の端面にのみ延出し、2枚目の負極活物質ユニットの集電体ペースト層が他の面にのみ延出するように、各ユニットをずらして積み重ねた。続いて、正極活物質ユニット1枚と負極活物質ユニット1枚を、ペースト印刷面を下にして、負極活物質ユニットの集電体ペースト層が他の面にのみ延出するように、各ユニットをずらして積み重ねた。これを正極活物質ユニットと負極活物質ユニット交互に積み重ねていき、各ユニットをそれぞれ10枚ずつ積み重ねた。そして、固体電解質シートを10枚積み重ねた。その後、これを温度80℃で圧力1000kgf/cm2(98MPa)で成形し、次いで切断して積層ブロックを作製した。その後、積層ブロックを同時焼成して積層体を得た。同時焼成は、窒素中で昇温速度200℃/時間で焼成温度840℃まで昇温して、その温度に2時間保持し、焼成後は自然冷却した。同時焼成後の電池外観サイズは、3.2mm×2.5mm×0.6mmであった。
固体電池部分と電子移動促進部分の実効面積を実施例3と同じにし、構造の異なる図5に示すような同一積層面内で固体電池部分と電子移動促進部分を分ける構造の全固体型二次電池を作製した。ユニットの作製を変更したこと以外は実施例1と同様にして全固体型二次電池を作製した。
上記の固体電解質シート上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで正極活物質ペーストを印刷した。次に、印刷した正極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、その上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで集電体ペーストを印刷した。次に、印刷した集電体ペーストを80℃で10分間乾燥し、更にその上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで正極活物質ペーストを再度印刷した。印刷した正極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、次いでPETフィルムを剥離した。このようにして、固体電解質シート上に、正極活物質ペースト、集電体ペースト、正極活物質ペーストがこの順に印刷・乾燥された正極活物質ユニットのシートを得た。
上記の固体電解質シート上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで負極活物質ペーストを印刷した。次に、印刷した負極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、その上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで集電体ペーストを印刷した。次に、印刷した集電体ペーストを80℃で10分間乾燥し、更にその上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで負極活物質ペーストを再度印刷した。印刷した負極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、次いでPETフィルムを剥離した。このようにして、固体電解質シート上に、負極活物質ペースト、集電体ペースト、負極活物質ペーストがこの順に印刷・乾燥された負極活物質ユニットのシートを得た。
固体電解質シートを10枚積み重ね、正極活物質ユニット1枚と負極活物質ユニット1枚を、印刷された面を下にして積み重ねた。このとき、1枚目の正極活物質ユニットの集電体ペースト層が一の端面にのみ延出し、2枚目の負極活物質ユニットの集電体ペースト層が他の面にのみ延出するように、各ユニットをずらして積み重ねた。このようにして、正極活物質ユニット11枚と負極活物質ユニット10枚を交互に積み重ねた。そして、固体電解質シートを10枚積み重ねた。その後、これを温度80℃で圧力1000kgf/cm2(98MPa)で成形し、次いで切断して積層ブロックを作製した。その後、積層ブロックを同時焼成して積層体を得た。同時焼成は、窒素中で昇温速度200℃/時間で焼成温度840℃まで昇温して、その温度に2時間保持し、焼成後は自然冷却した。同時焼成後の電池外観サイズは、3.2mm×2.5mm×0.65mmであった。
固体電池部分と電子移動促進部分の実効面積を実施例3と同じにし、電子移動促進部分に誘電体層を用いた構造の全固体型二次電池を作製した。誘電体シートを作製し、正極活物質ユニットの作製を変更したこと以外は実施例3と同様にして全固体型二次電池を作製した。
誘電体として、平均粒径は1.0μmであるSiO2−B2O3系ガラス粉末(奥野製薬ガラス製GF5780)を用いた。
上記の誘電体シート上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで集電体ペーストを印刷した。次に、印刷した集電体ペーストを80℃で10分間乾燥し、更にその上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで正極活物質ペーストを再度印刷した。印刷した正極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、次いでPETフィルムを剥離した。このようにして、誘電体シート上に、集電体ペースト、正極活物質ペーストがこの順に印刷・乾燥された正極活物質ユニットのシートを得た。
実施例1のように全固体電池部分と電子移動促進部分とが積層され、それぞれが10組と5組ずつ備え、全固体電池部分の実効面積/電子移動促進部分の実効面積=2であり、全固体電池部分の実効面積は実施例1と同様である全固体型二次電池を作製した。ユニットの作製、及び、積層体の作製を変更したこと以外は実施例1と同様にして全固体型二次電池を作製した。
上記の固体電解質シート上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで正極活物質ペーストを印刷した。次に、印刷した正極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、その上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで集電体ペーストを印刷した。次に、印刷した集電体ペーストを80℃で10分間乾燥し、更にその上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで正極活物質ペーストを再度印刷した。印刷した正極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、次いでPETフィルムを剥離した。このようにして、固体電解質シート上に、正極活物質ペースト、集電体ペースト、正極活物質ペーストがこの順に印刷・乾燥された正極活物質ユニットAのシートを得た。
上記の固体電解質シート上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで正極活物質ペーストを印刷した。次に、印刷した正極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、その上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで集電体ペーストを印刷した。次に、印刷した集電体ペーストを80℃で10分間乾燥し、次いでPETフィルムを剥離した。このようにして、固体電解質シート上に、正極活物質ペースト、集電体ペーストがこの順に印刷・乾燥された正極活物質ユニットBのシートを得た。
上記の固体電解質シート上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで正極活物質ペーストを印刷した。次に、印刷した正極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、その上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで集電体ペーストを印刷した。次に、印刷した集電体ペーストを80℃で10分間乾燥し、更にその上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで正極活物質ペーストを再度印刷した。印刷した正極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、次いでPETフィルムを剥離した。このようにして、固体電解質シート上に、正極活物質ペースト、集電体ペースト、正極活物質ペーストがこの順に印刷・乾燥された正極活物質ユニットCのシートを得た。
上記の固体電解質シート上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで負極活物質ペーストを印刷した。次に、印刷した負極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、その上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで集電体ペーストを印刷した。次に、印刷した集電体ペーストを80℃で10分間乾燥し、次いでPETフィルムを剥離した。このようにして、固体電解質シート上に、負極活物質ペースト、集電体ペーストがこの順に印刷・乾燥された負極活物質ユニットのシートを得た。
上記の固体電解質シート上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで集電体ペーストを印刷した。次に、印刷した集電体ペーストを80℃で10分間乾燥し、更にその上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで負極活物質ペーストを再度印刷した。印刷した負極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、次いでPETフィルムを剥離した。このようにして、固体電解質シート上に、集電体ペースト、負極活物質ペーストがこの順に印刷・乾燥された負極活物質ユニットBのシートを得た。
上記の固体電解質シート上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで負極活物質ペーストを印刷した。次に、印刷した負極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、その上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで集電体ペーストを印刷した。次に、印刷した集電体ペーストを80℃で10分間乾燥し、更にその上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで負極活物質ペーストを再度印刷した。印刷した負極活物質ペーストを80℃で10分間乾燥し、次いでPETフィルムを剥離した。このようにして、固体電解質シート上に、負極活物質ペースト、集電体ペースト、負極活物質ペーストがこの順に印刷・乾燥された負極活物質ユニットCのシートを得た。
実施例1と同様に作製した。
固体電解質シートを10枚積み重ね、負極活物質ユニットA、正極活物質ユニットC、負極活物質ユニットB、正極活物質ユニットB、負極活物質ユニットC、正極活物質ユニットA、負極活物質ユニットA、正極活物質ユニットC、負極活物質ユニットB、正極活物質ユニットB、負極活物質ユニットC、正極活物質ユニットA、負極活物質ユニットA、正極活物質ユニットC、負極活物質ユニットB、集電体ユニットの順で積み重ね、印刷された面を下にして積み重ねた。このとき、正極活物質ユニットの正極集電体ペースト層、及び、集電体ユニットの集電体ペースト層が一の端面にのみ延出し、負極活物質ユニットの負極集電体ペースト層が他の面にのみ延出するように、各ユニットをずらして積み重ねた。そして、固体電解質シートを10枚積み重ねた。その後、これを温度80℃で圧力1000kgf/cm2(98MPa)で成形し、次いで切断して積層ブロックを作製した。その後、積層ブロックを同時焼成して積層体を得た。同時焼成は、窒素中で昇温速度200℃/時間で焼成温度840℃まで昇温して、その温度に2時間保持し、焼成後は自然冷却した。同時焼成後の電池外観サイズは、3.2mm×2.5mm×0.5mmであった。
実施例1のように全固体電池部分と電子移動促進部分とが積層され、それぞれが10組と3組である全固体電池部分の実効面積は実施例1と同じで、全固体電池部分の実効面積/電子移動促進部分の実効面積=3.33である全固体型二次電池を作製した。積層体の作製を変更したこと以外は実施例6と同様にして全固体型二次電池を作製した。
固体電解質シートを10枚積み重ね、負極活物質ユニットA、正極活物質ユニットC、負極活物質ユニットC、正極活物質ユニットA、負極活物質ユニットA、正極活物質ユニットC、負極活物質ユニットC、正極活物質ユニットB、負極活物質ユニットB、正極活物質ユニットC、負極活物質ユニットC、正極活物質ユニットA、負極活物質ユニットA、正極活物質ユニットC、負極活物質ユニットBの順で積み重ね、印刷された面を下にして積み重ねた。このとき、正極活物質ユニットの正極集電体ペースト層、及び、集電体ユニットの集電体ペースト層が一の端面にのみ延出し、負極活物質ユニットの負極集電体ペースト層が他の面にのみ延出するように、各ユニットをずらして積み重ねた。そして、固体電解質シートを10枚積み重ねた。その後、これを温度80℃で圧力1000kgf/cm2(98MPa)で成形し、次いで切断して積層ブロックを作製した。その後、積層ブロックを同時焼成して積層体を得た。同時焼成は、窒素中で昇温速度200℃/時間で焼成温度840℃まで昇温して、その温度に2時間保持し、焼成後は自然冷却した。同時焼成後の電池外観サイズは、3.2mm×2.5mm×0.47mmであった。
従来の全固体型二次電池を作製した。実施例1と全固体電池部分の実効面積が同じ全固体型二次電池を作製するため、積層体の作製を変更したこと以外は実施例5と同様にして全固体型二次電池を作製した。
固体電解質シートを10枚積み重ね、正極活物質ユニットCを1枚と負極活物質ユニットCを1枚、印刷された面を下にして積み重ねた。このとき、1枚目の正極活物質ユニットCの集電体ペースト層が一の端面にのみ延出し、2枚目の負極活物質ユニットCの集電体ペースト層が他の面にのみ延出するように、各ユニットをずらして積み重ねた。このようにして、正極活物質ユニットCと負極活物質ユニットCを交互に10枚ずつ積み重ねた。そして、固体電解質シートを10枚積み重ねた。その後、これを温度80℃で圧力1000kgf/cm2(98MPa)で成形し、次いで切断して積層ブロックを作製した。その後、積層ブロックを同時焼成して積層体を得た。同時焼成は、窒素中で昇温速度200℃/時間で焼成温度840℃まで昇温して、その温度に2時間保持し、焼成後は自然冷却した。同時焼成後の電池外観サイズは、3.2mm×2.5mm×0.4mmであった。
それぞれの作製した全固体型二次電池の端子電極をバネ付けピンで固定するタイプの治具に取り付け、放電レート特性の評価を行った。
1 正極集電体層
2 正極活物質層
3 固体電解質層
4 負極活物質層
5 負極集電体層
11 電子移動促進部分
6 集電体層
7 誘電体層または固体電解質層
8 集電体層
20 全固体型二次電池素子
21 正極集電体層
22 正極活物質層
23 固体電解質層
24 負極活物質層
25 全固体電池部分の負極集電体層と電子移動促進部分の集電体層と同一である共通集電体層
26 誘電体層または固体電解質層
27 全固体電池部分の正極集電体層と電子移動促進部分の集電体層と同一である共通集電体層
30 全固体型二次電池素子
31 集電体層
32 正極活物質層
33 固体電解質層
34 負極活物質層
35 全固体電池部分の負極集電体層と電子移動促進部分の集電体層と同一である共通集電体層
36 誘電体層または固体電解質層
37 全固体電池部分の正極集電体層
40 全固体型二次電池素子
41 全固体電池部分の正極集電体層と電子移動促進部分の集電体層と同一である共通集電体層
42 正極活物質層
43 固体電解質層
44 負極活物質層
45 全固体電池部分の負極集電体層と電子移動促進部分の集電体層と同一である共通集電体層
50 全固体電池部分の実効面積
51 正極集電体層
52 正極活物質層
53 固体電解質層
54 負極活物質層
55 負極集電体層
60 電子移動促進部分の実効面積
61 集電体層
62 誘電体または固体電解質層
63 集電体層
100 全固体型二次電池
101 正極集電体層
102 正極活物質層
103 固体電解質層
104 負極活物質層
105 固体電池部分の負極集電体層と電子移動促進部分の集電体層と同一である共通集電体層
106 誘電体層または固体電解質層
107 固体電池部分の正極集電体層と電子移動促進部分の集電体層と同一である共通集電体層
108 最外装固体電解質層
109 端子電極
Claims (3)
- 正極集電体層と、正極活物質層と、固体電解質層と、負極活物質層と、負極集電体層の順に積層された全固体電池部分、と
集電体層と、固体電解質層と、集電体層の順に積層された電子移動促進部分、
を含み、
前記正極集電体層または前記負極集電体層の少なくとも1つと、電子移動促進部分に含まれる少なくとも1つの前記集電体層とが同一である共通集電体層を少なくとも1つ含むこと、
を特徴とする全固体型二次電池。 - 前記共通集電体層は、
一面に前記正極活物質層または前記負極活物質層が積層され、他面には前記電子移動促進部分に含まれる前記固体電解質層が積層されていること、
を特徴とする、請求項1に記載の全固体型二次電池。 - 前記全固体電池部分と前記電子移動促進部分のそれぞれの実効面積の割合は、
全固体電池部分の実効面積/電子移動促進部分の実効面積が2以下であることを特徴とする、請求項1〜2のいずれか一項に記載の全固体型二次電池。
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