JP6886822B2 - Manufacturing method of all-solid-state battery - Google Patents

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Description

本発明は全固体電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an all-solid-state battery.

リチウム二次電池は、各種二次電池の中でもエネルギー密度が高いことで知られている。しかし一般に普及しているリチウム二次電池は、電解質に可燃性の有機電解液を用いている。そのため、リチウム二次電池では、液漏れ、短絡、過充電などに対する安全対策が他の電池よりも厳しく求められている。そこで近年、電解質に酸化物系や硫化物系の固体電解質を用いた全固体電池に関する研究開発が盛んに行われている。固体電解質は、固体中でイオン伝導が可能なイオン伝導体を主体として構成される材料であり、従来のリチウム二次電池のように可燃性の有機電解液に起因する各種問題が原理的に発生しない。そして全固体電池は層状の正極(正極層)と層状の負極(負極層)との間に層状の固体電解質(電解質層)が狭持されてなる一体的な焼結体(以下、積層電極体とも言う)に集電体を形成した構造を有している。固体電解質は、焼成によって結晶化することでイオン伝導性を発現し、固体電解質層だけではなく正極層および負極層(以下、総称して電極層とも言う)にも含まれている。すなわち、電極層は、焼成によって結晶化した固体電解質が正極および負極の電極活物質(以下、総称して電極活物質とも言う)の粒子間に介在することでイオン伝導性を発現する。 Lithium secondary batteries are known to have the highest energy density among various secondary batteries. However, widely used lithium secondary batteries use a flammable organic electrolyte as an electrolyte. Therefore, in lithium secondary batteries, safety measures against liquid leakage, short circuit, overcharge, etc. are required more strictly than other batteries. Therefore, in recent years, research and development on an all-solid-state battery using an oxide-based or sulfide-based solid electrolyte as an electrolyte has been actively carried out. The solid electrolyte is a material composed mainly of an ionic conductor capable of ionic conduction in a solid, and in principle, various problems caused by a flammable organic electrolyte solution like a conventional lithium secondary battery occur. do not. An all-solid-state battery is an integral sintered body (hereinafter referred to as a laminated electrode body) in which a layered solid electrolyte (electrolyte layer) is sandwiched between a layered positive electrode (positive electrode layer) and a layered negative electrode (negative electrode layer). It also has a structure in which a current collector is formed. The solid electrolyte exhibits ionic conductivity by crystallizing by firing, and is contained not only in the solid electrolyte layer but also in the positive electrode layer and the negative electrode layer (hereinafter, also collectively referred to as an electrode layer). That is, the electrode layer exhibits ionic conductivity by interposing the solid electrolyte crystallized by firing between the particles of the positive electrode active material and the negative electrode active material (hereinafter, also collectively referred to as the electrode active material).

全固体電池の本体となる上記積層電極体の製造方法としては、周知のグリーンシートを用いた方法が一般的である。グリーンシート法は、積層セラミックチップコンデンサや積層チップインダクタなどの積層チップ部品の製造方法として、すでに確立された技術であることから、全固体電池を確実かつ安価に製造するためにも、グリーンシート法により製造することが好ましい。 As a method for manufacturing the laminated electrode body which is the main body of the all-solid-state battery, a method using a well-known green sheet is common. Since the green sheet method is an already established technology as a method for manufacturing laminated chip components such as multilayer ceramic chip capacitors and multilayer chip inductors, the green sheet method is also used to reliably and inexpensively manufacture all-solid-state batteries. It is preferable to manufacture by.

グリーンシート法を用いて積層電極体を作製するためには、正極活物質と固体電解質を含むスラリー状の正極層材料、負極活物質と固体電解質を含むスラリー状の負極層材料、および固体電解質を含むスラリー状の固体電解質層材料をそれぞれシート状のグリーンシートに成形し、固体電解質層材料からなるグリーンシート(以下、電解質層シートとも言う)を正極層材料からなるグリーンシート(以下、正極層シートとも言う)と負極層材料からなるグリーンシート(以下、負極層シートとも言う)とで挟持して得た積層体を圧着し、その圧着後の積層体を焼成する。それによって焼結体である積層電極体が完成する。 In order to prepare a laminated electrode body using the green sheet method, a slurry-like positive electrode layer material containing a positive electrode active material and a solid electrolyte, a slurry-like negative electrode layer material containing a negative electrode active material and a solid electrolyte, and a solid electrolyte are used. Each of the slurry-like solid electrolyte layer materials contained therein is formed into a sheet-like green sheet, and the green sheet made of the solid electrolyte layer material (hereinafter, also referred to as the electrolyte layer sheet) is the green sheet made of the positive electrode layer material (hereinafter, the positive electrode layer sheet). The laminate obtained by sandwiching it between a green sheet made of a negative electrode layer material (hereinafter, also referred to as a negative electrode layer sheet) is pressure-bonded, and the pressure-bonded laminate is fired. As a result, a laminated electrode body which is a sintered body is completed.

グリーンシートを作製する方法としては、周知のドクターブレード法がある。ドクターブレード法では、無機酸化物などのセラミックス粉体にバインダー(ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール (PVB)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、アクリル、エチルメチルセルロースなど)および溶剤(無水アルコールなど)を混合して得たスラリーを塗布工程あるいは印刷工程により薄板状に成形してグリーンシートを作製する。そして全固体電池ではスラリーに含ませるセラミック粉体として正極活物質、固体電解質、および負極活物質のそれぞれの粉体を用いる。 As a method for producing a green sheet, there is a well-known doctor blade method. In the doctor blade method, a binder (polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinylidene fluoride (PVDF), acrylic, ethyl methyl cellulose, etc.) and a solvent (anhydrous alcohol, etc.) are mixed with ceramic powder such as an inorganic oxide. The slurry thus obtained is formed into a thin plate by a coating step or a printing step to prepare a green sheet. Then, in the all-solid-state battery, each powder of the positive electrode active material, the solid electrolyte, and the negative electrode active material is used as the ceramic powder to be contained in the slurry.

電極活物質としては従来のリチウム二次電池に使用されていた材料を使用することができる。また全固体電池では可燃性の電解液を用いないことから、より高い電位差が得られる電極活物質についても研究されている。固体電解質としては、一般式Liで表されるNASICON型酸化物系の固体電解質があり、当該NASICON型酸化物系の固体電解質としては、以下の特許文献1に記載されている、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO(以下、LAGPとも言う)がよく知られている。また以下の非特許文献1には、本発明の実施例に関連して、リチウム二次電池用の正極活物質としてよく知られているリン酸バナジウムリチウム(Li(PO、以下LVPとも言う)の製造方法について記載されている。そしてLAGPの作製方法としては、金属アルコキシドを原料としたゾルゲル法があり、非特許文献2にはゾルゲル法によるLAGPの作製方法について記載されている。また非特許文献3には全固体電池の概要について記載されている。 As the electrode active material, a material used in a conventional lithium secondary battery can be used. In addition, since the all-solid-state battery does not use a flammable electrolyte, an electrode active material capable of obtaining a higher potential difference is also being studied. The solid electrolyte has the formula Li a X b Y c P d O NASICON type oxide-based solid electrolyte represented by e, as the solid electrolyte of the NASICON type oxide, Patent Document 1 below The described Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (hereinafter, also referred to as LAGP) is well known. Further, in Non-Patent Document 1 below, in relation to the embodiment of the present invention, lithium vanadium phosphate (Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , which is well known as a positive electrode active material for a lithium secondary battery, The manufacturing method of (hereinafter also referred to as LVP) is described. As a method for producing LAGP, there is a sol-gel method using a metal alkoxide as a raw material, and Non-Patent Document 2 describes a method for producing LAGP by the sol-gel method. In addition, Non-Patent Document 3 describes an outline of an all-solid-state battery.

国際公開第2016/157751号International Publication No. 2016/157751

株式会社GSユアサ、”液相法により合成したリン酸バナジウムリチウムを用いたリチウムイオン電池の開発”、[online]、[平成28年12月21日検索]、インターネット<URL:http://www.gs-yuasa.com/jp/technic/vol8/pdf/008_01_016.pdf>GS Yuasa Co., Ltd., "Development of Lithium Ion Battery Using Vanadium Lithium Phosphate Synthesized by Liquid Phase Method", [online], [Search on December 21, 2016], Internet <URL: http: // www .gs-yuasa.com/jp/technic/vol8/pdf/008_01_016.pdf > Masashi Kotobuki, Keigo Hoshina, Yasuhiro Isshiki, Kiyoshi Kanamura、「PREPARATION OF Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 SOLID ELECTROLYTE BY SOL-GEL METHOD」、Phosphorus Research Bulletin 、Vol.25(2011)、 pp.061-063Masashi Kotobuki, Keigo Hoshina, Yasuhiro Isshiki, Kiyoshi Kanamura, "PREPARATION OF Li1.5Al0.5Ge1.5 (PO4) 3 SOLID ELECTROLYTE BY SOL-GEL METHOD", Phosphorus Research Bulletin, Vol.25 (2011), pp.061- 063 大阪府立大学 無機化学研究グループ、”全固体電池の概要”、[online]、[平成28年12月21日検索]、インターネット<URL:http://www.chem.osakafu-u.ac.jp/ohka/ohka2/research/battery_li.pdf>Osaka Prefecture University Inorganic Chemistry Research Group, "Overview of All Solid-State Batteries", [online], [Searched on December 21, 2016], Internet <URL: http://www.chem.osakafu-u.ac.jp /ohka/ohka2/research/battery_li.pdf >

全固体電池に限らず、グリーンシート法によりセラミック部品を作製する場合、グリーンシートを焼成して焼結体であるセラミック部品を得る際、グリーンシート内に含まれるバインダーが残存していると、焼結密度が低下したり、バインダー成分が炭化して内部短絡を発生させたりするという問題がある。そのため、グリーンシート法では、焼成に先立ってグリーンシートを熱処理し、バインダーを除去する脱バインダー工程を行っている。 Not limited to all-solid-state batteries, when ceramic parts are manufactured by the green sheet method, when the green sheet is fired to obtain ceramic parts that are sintered bodies, if the binder contained in the green sheet remains, it is baked. There is a problem that the binding density is lowered and the binder component is carbonized to cause an internal short circuit. Therefore, in the green sheet method, a debinder step of heat-treating the green sheet to remove the binder is performed prior to firing.

しかし、全固体電池の場合、LVPなどの一部の電極活物質では、脱バインダー工程において酸化し、価数が変化するという問題がある。価数が変化すれば、充放電反応に寄与する電子の数が減り、電池の特性が劣化する。電極活物質の酸化を防止するために、不活性ガス雰囲気下で脱バインダー工程を行えば、バインダーが完全に分解されず、残渣が発生する。そして、残渣も内部短絡を発生させる原因となる。したがって、グリーンシート法を用いて全固体電池を作製する際には、脱バインダー工程において、電極活物質の酸化を抑制しつつバインダーを確実に除去する必要がある。 However, in the case of an all-solid-state battery, there is a problem that some electrode active materials such as LVP are oxidized in the debindering step and the valence changes. When the valence changes, the number of electrons contributing to the charge / discharge reaction decreases, and the characteristics of the battery deteriorate. If the debinder step is performed in an inert gas atmosphere in order to prevent oxidation of the electrode active material, the binder is not completely decomposed and a residue is generated. The residue also causes an internal short circuit. Therefore, when manufacturing an all-solid-state battery using the green sheet method, it is necessary to reliably remove the binder while suppressing the oxidation of the electrode active material in the debinder step.

そこで本発明は、脱バインダー工程において、電極活物質の酸化を抑制しつつグリーンシート中のバインダーを確実に除去できる全固体電池の製造方法を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing an all-solid-state battery capable of reliably removing the binder in the green sheet while suppressing the oxidation of the electrode active material in the debinder step.

上記目的を達成するための本発明は、一体的な焼結体で、正極用の電極活物質と固体電解質を含む正極層、固体電解質を含む固体電解質層、および負極用の電極活物質と固体電解質を含む負極層がこの順に積層されてなる積層電極体を備えてリチウム二次電池として動作する全固体電池の製造方法であって、
正極と負極の電極活物質の少なくとも一方に、酸化により価数が変化する電極活物質を用い、
粉体状の前記正極用の電極活物質および前記負極用の電極活物質のそれぞれに、非晶質の前記固体電解質とバインダーを混合してスラリー状の正極層材料およびスラリー状の負極層材料を作製する電極層材料作製ステップと、
粉体状の前記固体電解質とバインダーとを含むスラリー状の固体電解質層材料を作製する固体電解質層材料作製ステップと、
前記固体電解質層材料、前記正極層材料、および前記負極層材料を、それぞれシート状のグリーンシートに作製するグリーンシート作製ステップと、
前記正極層材料からなるグリーンシート、前記固体電解質層材料からなるグリーンシート、および前記負極層材料からなるグリーンシートをこの順に積層して得た積層体を大気雰囲気で熱処理して前記グリーンシート中の前記バインダーを除去する脱バインダーステップと、
前記脱バインダーステップを経た前記積層体を、非酸素雰囲気で焼成して前記積層電極体を作製する焼成ステップと、
を含み、
前記酸化による価数が変化する電極活物質については、当該電極活物質の粒子表面に非晶質の前記固体電解質の被膜をゾルゲル法を用いて形成する電解質膜形成ステップを実行し、前記電極層材料作製ステップでは、当該固体電解質の被膜が形成された電極活物質を用い、
前記電解質膜形成ステップでは、前記固体電解質の原料として用意された水系ストック溶液と有機系ストック溶液との混合溶液に粉体状の前記電極活物質を混合するとともに、当該電極活物質を含んだ前記混合溶液を乾燥して解砕して得た解砕物を熱処理して前記固体電解質をガラス化する、
ことを特徴とする全固体電池の製造方法としている。
The present invention for achieving the above object is an integral sintered body, which is a positive electrode layer containing an electrode active material and a solid electrolyte for a positive electrode, a solid electrolyte layer containing a solid electrolyte, and an electrode active material and a solid for a negative electrode. A method for manufacturing an all-solid-state battery that operates as a lithium secondary battery by providing a laminated electrode body in which negative electrode layers containing an electrolyte are laminated in this order.
An electrode active material whose valence changes due to oxidation is used for at least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material.
A slurry-like positive electrode layer material and a slurry-like negative electrode layer material are prepared by mixing the amorphous solid electrolyte and the binder with each of the powdery electrode active material for the positive electrode and the electrode active material for the negative electrode. The electrode layer material preparation step to be manufactured and
A solid electrolyte layer material preparation step for producing a slurry-like solid electrolyte layer material containing the powder-like solid electrolyte and a binder, and a solid electrolyte layer material preparation step.
A green sheet preparation step of producing the solid electrolyte layer material, the positive electrode layer material, and the negative electrode layer material into a sheet-shaped green sheet, respectively.
A laminate obtained by laminating a green sheet made of the positive electrode layer material, a green sheet made of the solid electrolyte layer material, and a green sheet made of the negative electrode layer material in this order is heat-treated in an atmospheric atmosphere to form the green sheet. A debinder step for removing the binder and
A firing step of calcining the laminated body that has undergone the debinder step in a non-oxygen atmosphere to prepare the laminated electrode body, and a firing step.
Including
For the electrode active material whose valence changes due to oxidation, an electrolyte film forming step of forming an amorphous film of the solid electrolyte on the particle surface of the electrode active material by the solgel method is executed, and the electrode layer is formed. In the material preparation step, the electrode active material on which the film of the solid electrolyte was formed was used.
In the electrolyte film forming step, the electrode active material in powder form is mixed with a mixed solution of an aqueous stock solution and an organic stock solution prepared as a raw material of the solid electrolyte, and the electrode active material is contained. The crushed product obtained by drying and crushing the mixed solution is heat-treated to vitrify the solid electrolyte.
This is a method for manufacturing an all-solid-state battery.

前記正極の電極活物質として、リン酸バナジウムリチウム(Li(PO)を用い、前記電解質膜形成ステップでは、粉体状の当該リン酸バナジウムリチウムの粒子表面に前記非晶質の固体電解質膜を形成する全固体電池の製造方法とすることもできる。前記固体電解質は、一般式Li1.5Al0.5Ge1.5(POで表される化合物である全固体電池の製造方法としてもよい。 Lithium vanadium phosphate (Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 ) is used as the electrode active material of the positive electrode, and in the electrolyte film forming step, the amorphous particle surface of the lithium vanadium phosphate in powder form is used. It can also be used as a method for manufacturing an all-solid-state battery that forms a solid electrolyte film. The solid electrolyte may be used as a method for producing an all-solid-state battery which is a compound represented by the general formula Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3.

本発明に係る全固体電池の製造方法によれば、グリーンシート法を用いて全固体電池を構成する積層電極体を作製する際、脱バインダー工程において、電極活物質の酸化を抑制しつつバインダーを確実に除去することができる。それによって優れた電池特性を有する全固体電池が得られる。なお、その他の効果については以下の記載で明らかにする。 According to the method for manufacturing an all-solid-state battery according to the present invention, when a laminated electrode body constituting an all-solid-state battery is produced by using the green sheet method, a binder is used while suppressing oxidation of the electrode active material in the debinder step. It can be reliably removed. Thereby, an all-solid-state battery having excellent battery characteristics can be obtained. Other effects will be clarified in the following description.

本発明の実施例に係る全固体電池の製造方法の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the manufacturing method of the all-solid-state battery which concerns on Example of this invention. 上記実施例に係る全固体電池の製造方法において、正極活物質に固体電解質を被膜する手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of coating a solid electrolyte on a positive electrode active material in the manufacturing method of the all-solid-state battery which concerns on the said Example. 固体電解質の被膜が形成された正極活物質の熱重量特性を示す図である。It is a figure which shows the thermogravimetric characteristic of the positive electrode active material which formed the film of the solid electrolyte. 固体電解質の被膜が形成された正極活物質の酸化温度を示す図である。It is a figure which shows the oxidation temperature of the positive electrode active material which formed the film of a solid electrolyte. 上記実施例の方法で作製した全固体電池の形状とサイズを示す図である。It is a figure which shows the shape and size of the all-solid-state battery produced by the method of the said Example. 上記実施例の方法で作製した全固体電池の充放電特性を示す図である。It is a figure which shows the charge / discharge characteristic of the all-solid-state battery produced by the method of the said Example.

グリーンシート法を用いて実用的な全固体電池を作製するためには、脱バインダー工程に際して電極活物質の酸化を抑制し、かつバインダーを確実に除去することが必要となる。このような要求に対し、本発明の実施例に係る全固体電池の製造方法では、グリーンシート中にセラミック粉体として含ませる電極活物質の粒子表面に非晶質の固体電解質の被膜を形成している。それによって、その被膜が電極活物質と酸素との接触を阻み、電極活物質の酸化を抑制している。そして本発明の実施例に係る全固体電池の製造方法では、その被膜を確実、かつ効果的に形成することができる。 In order to produce a practical all-solid-state battery using the green sheet method, it is necessary to suppress the oxidation of the electrode active material and surely remove the binder during the debinder step. In response to such a requirement, in the method for producing an all-solid-state battery according to the embodiment of the present invention, an amorphous solid electrolyte film is formed on the particle surface of the electrode active material to be contained as ceramic powder in the green sheet. ing. As a result, the coating film prevents contact between the electrode active material and oxygen, and suppresses oxidation of the electrode active material. Then, in the method for producing an all-solid-state battery according to the embodiment of the present invention, the coating film can be formed reliably and effectively.

===全固体電池の製造方法===
本発明の一実施例として、固体電解質にLAGPを用いるとともに、正極活物質にLVPを用い、負極活物質にアナターゼ型の酸化チタン(TiO)を用いた全固体電池の製造方法を挙げる。そして本実施例では、ゾルゲル法によってLAGPの被膜をLVPの粒子表面に形成している。
=== Manufacturing method of all-solid-state battery ===
As an example of the present invention, a method for manufacturing an all-solid-state battery using LAGP as a solid electrolyte, LVP as a positive electrode active material, and anatase-type titanium oxide (TiO 2) as a negative electrode active material will be mentioned. Then, in this embodiment, a LAGP film is formed on the surface of the LVP particles by the sol-gel method.

図1に本実施例の全固体電池の製造法の概略を示した。まず、積層電極体を構成する正極層と負極層と固体電解質層のそれぞれに対応するグリーンシートを個別に作製する。正極層シートについては、ゾルゲル法によって非晶質のLAGPの被膜をLVPの粒子表面に形成するとともに(s1a)、その非晶質のLAGPの被膜が粒子表面に形成された粉体状のLVPと、非晶質からなる粉体状のLAGP(以下、LAGP粉体とも言う)と、バインダーとを含むスラリー状の正極層材料を作製する(s2a)。そして、そのスラリー状の正極層材料をシート状に成形して正極層シートを作製する(s3a)。 FIG. 1 shows an outline of the manufacturing method of the all-solid-state battery of this example. First, green sheets corresponding to each of the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the solid electrolyte layer constituting the laminated electrode body are individually produced. Regarding the positive electrode layer sheet, an amorphous LAGP film was formed on the particle surface of the LVP by the solgel method (s1a), and the amorphous LAGP film was formed on the particle surface with the powdery LVP. , A slurry-like positive electrode layer material containing a powdery LAGP made of amorphous material (hereinafter, also referred to as LAGP powder) and a binder is produced (s2a). Then, the slurry-shaped positive electrode layer material is formed into a sheet to prepare a positive electrode layer sheet (s3a).

負極層シートについては、非晶質からなる上記のLAGP粉体と粉体状の酸化チタンとバインダーとを含むスラリー状の負極層材料を作製し(s2b)、その負極層材料をシート状に成形して負極層シートを作製する(s3b)。電解質層シートについては、LAGP粉体とバインダーとを含むスラリー状の固体電解質層材料を作製する(s1c、s2c)。そして、その固体電解質層材料をシート状に成形して電解質層シートを作製する(s3c)。 Regarding the negative electrode layer sheet, a slurry-like negative electrode layer material containing the above-mentioned LAGP powder made of amorphous material, powdery titanium oxide, and a binder was prepared (s2b), and the negative electrode layer material was molded into a sheet shape. To prepare a negative electrode layer sheet (s3b). For the electrolyte layer sheet, a slurry-like solid electrolyte layer material containing LAGP powder and a binder is prepared (s1c, s2c). Then, the solid electrolyte layer material is formed into a sheet to prepare an electrolyte layer sheet (s3c).

上記の手順で各層のグリーンシートを作製したならば、正極層シート、電解質層シート、および負極層シートをこの順で積層して得た積層体を圧着する(s4)。次いで、あるいは必要に応じ、その圧着後の積層体を適宜な大きさに裁断し(s5)、所定の平面形状と平面サイズとを有する積層体を得る。 After the green sheet of each layer is produced by the above procedure, the laminated body obtained by laminating the positive electrode layer sheet, the electrolyte layer sheet, and the negative electrode layer sheet in this order is crimped (s4). Then, or if necessary, the crimped laminate is cut to an appropriate size (s5) to obtain a laminate having a predetermined planar shape and planar size.

そして、所定の平面形状と平面サイズの積層体に対して脱バインダー工程を施して積層体を構成する各層のグリーンシート中のバインダーを除去し(s6)、その脱バインダー工程後の積層体を焼成する(s7)。それによって、積層体を構成するグリーンシート中のLAGPが結晶化し、焼結体である積層電極体が得られる。このようにして得られた積層電極体の最上層と最下層に金属箔からなる集電体をスパッタリングなどによって形成すれば全固体電池が完成する(s8)。 Then, a debinder step is performed on the laminate having a predetermined plane shape and plane size to remove the binder in the green sheet of each layer constituting the laminate (s6), and the laminate after the debinder step is fired. (S7). As a result, LAGP in the green sheet constituting the laminated body is crystallized, and a laminated electrode body which is a sintered body is obtained. An all-solid-state battery is completed by forming a current collector made of a metal foil on the uppermost layer and the lowermost layer of the laminated electrode body thus obtained by sputtering or the like (s8).

===LAGP被膜===
<LAGP被膜の形成手順>
次に、ゾルゲル法を用いて正極活物質であるLVPの粒子表面に非晶質のLAGPからなる被膜を形成する手順について説明する。図2に当該手順を示した。まず、LAGPの原料として水系ストック溶液と有機系ストック溶液を用意する。ここでは、LAGPのリン(P)とリチウム(Li)の起源となる原料と溶媒である水(HO)を調合して水系ストック溶液を作製するとともに、LAGPのアルミニウム(Al)とゲルマニウム(Ge)の起源となる金属アルコキシドと溶媒であるアルコールを調合して有機系ストック溶液を作製する(s11a、s11b)。図1に示した例では、水系ストック溶液はLAGPのリチウムの起源となる酢酸リチウム(CHCOOLi)とリンの起源となるリン酸二水素アンモニウム(NHPO)を含んでいる。有機系ストック溶液は、アルミニウムの起源となるアルミニウムトリ−s−ブトキシド(Al(OBt))とゲルマニウムの起源となるゲルマニウム(IV)エトキシド(Ge(OEt))と溶媒であるブタノール(BtOH)を含んでいる。なお水系ストック溶液と有機系ストック溶液は、それぞれの原料が十分に混合するように、原料を調合してから1日間放置してから次のステップ(s12)を実施することとしている。
=== LAGP coating ===
<Procedure for forming LAGP film>
Next, a procedure for forming a film made of amorphous LAGP on the particle surface of LVP, which is a positive electrode active material, using the sol-gel method will be described. The procedure is shown in FIG. First, an aqueous stock solution and an organic stock solution are prepared as raw materials for LAGP. Here, along with making the aqueous stock solution were blended water (H 2 O) as a raw material and a solvent comprising a phosphorus LAGP (P) and the origin of lithium (Li), and aluminum LAGP (Al) Germanium ( A metal alkoxide which is the origin of Ge) and an alcohol as a solvent are mixed to prepare an organic stock solution (s11a, s11b). In the example shown in FIG. 1, the aqueous stock solution contains lithium acetate (CH 3 COOLi), which is the origin of lithium in LAGP, and ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), which is the origin of phosphorus. The organic stock solution consists of aluminum tri-s-butoxide (Al (OBt) 3 ), which is the origin of aluminum, germanium (IV) ethoxydo (Ge (OEt) 4 ), which is the origin of germanium, and butanol (BtOH), which is a solvent. Includes. For the aqueous stock solution and the organic stock solution, the next step (s12) is carried out after the raw materials are mixed and left for one day so that the respective raw materials are sufficiently mixed.

以下の表1に水系ストック溶液および有機系ストック溶液における原料とその配合比の一例を示す。なお表1に示す原料は化学薬品メーカーから製品として提供されている。また表2に原料中の各金属の濃度(mmol)とモル比を示し、表3に水系ストック溶液の溶媒である水(HO)と有機系ストック溶液中の金属アルコキシドのモル比であるHO/Al(OBt)とHO/Ge(OEt)、および水と有機系ストック溶液の溶媒であるブタノール(BtOH)の比であるHO/BtOHを示す。なお、表1〜表3に示した、水系および有機系のストック溶液に関わる各種条件については、上記非特許文献2にも記載されている。 Table 1 below shows an example of raw materials and their compounding ratios in aqueous stock solutions and organic stock solutions. The raw materials shown in Table 1 are provided as products by chemical manufacturers. The Table 2 shows the molar ratio concentration of each metal in the starting material (mmol), is the molar ratio of the metal alkoxide of water (H 2 O) and an organic stock solution is an aqueous solvent stock solution in Table 3 It shows H 2 O / Al (OBt) 3 and H 2 O / Ge (OEt) 4 , and H 2 O / BtOH which is a ratio of water and butanol (BtOH) which is a solvent of an organic stock solution. The various conditions related to the aqueous and organic stock solutions shown in Tables 1 to 3 are also described in Non-Patent Document 2 above.

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上記表1〜表3に示した水系と有機系のストック溶液を調合して1日間放置したならば、その放置後の水系と有機系のストック溶液を混合する(s12)。そして本実施例の全固体電池の製造方法では、水系と有機系のストック溶液の混合溶液に粉体状のLVPを混合する(s13)。すなわち、非晶質のLAGPをゾルゲル法によって生成する前にLAGPの原料と正極活物質とを混合する。なお、この手順s13において正極活物質として混合するLVPは、セラミック材料を扱うメーカーがサンプルあるいは製品として提供しているものを使用することができる。もちろん、上記非特許文献1に記載の方法で作製することもできる。負極活物質として用いる酸化チタンについては製品として提供されている。
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After the water-based and organic stock solutions shown in Tables 1 to 3 above are mixed and left to stand for 1 day, the water-based and organic stock solutions after the standing are mixed (s12). Then, in the method for manufacturing an all-solid-state battery of this example, powdery LVP is mixed with a mixed solution of an aqueous-based and organic-based stock solution (s13). That is, the raw material of LAGP and the positive electrode active material are mixed before the amorphous LAGP is produced by the sol-gel method. As the LVP to be mixed as the positive electrode active material in this procedure s13, those provided as samples or products by manufacturers handling ceramic materials can be used. Of course, it can also be produced by the method described in Non-Patent Document 1. Titanium oxide used as a negative electrode active material is provided as a product.

次に、粉体状のLVPが加えられた水系と有機系のストック溶液の混合溶液を乾燥する。ここでは、まず、混合溶液が入った容器をホットプレート上で例えば100℃の温度で加熱しながら溶媒が蒸発するまで攪拌する(s14)。それによってゲル化した化合物が得られる。なおゲル化は水系と有機系のストック溶液の混合直後から進行する。さらにそのゲル化した化合物の溶媒を確実に除去するために、当該化合物を110℃の温度で真空乾燥機内に置いて乾燥させる(s15)。ここでは1晩程度(例えば、8h〜12h)の時間を掛けて乾燥させた。 Next, the mixed solution of the aqueous stock solution to which the powdery LVP is added and the organic stock solution is dried. Here, first, the container containing the mixed solution is heated on a hot plate at a temperature of, for example, 100 ° C. and stirred until the solvent evaporates (s14). This gives a gelled compound. Gelation proceeds immediately after mixing the aqueous and organic stock solutions. Further, in order to reliably remove the solvent of the gelled compound, the compound is placed in a vacuum dryer at a temperature of 110 ° C. and dried (s15). Here, it was dried for about one night (for example, 8h to 12h).

そして、その乾燥させた化合物の凝集粉をメノウ乳鉢を用いて解砕し(s16)、その解砕物を熱処理する(s17)。それによってLAGPがガラス化し、LVPの粒子表面に非晶質のLAGPの被膜が形成される。ここでは、電気炉を用いて窒素雰囲気で100℃/hの昇温速度で500℃まで加熱し、その500℃の温度を2時間維持してガラス化した。なお、LVPの粒子表面に形成された非晶質のLAGPの被膜とは別に、固体電解質層材料や負極層材料に含ませるLAGP粉体、および正極層材料を作製する際にLAGPの被膜が形成された正極活物質と混合するLAGP粉体については、図2におけるLVPの混合工程s13を省略した手順で別途作製することができる。もちろん、LAGP粉体は、例えば、上記特許文献1に記載されている方法など、他の方法で作製してもよい。 Then, the dried agglutinated powder of the compound is crushed using an agate mortar (s16), and the crushed product is heat-treated (s17). As a result, LAGP is vitrified, and an amorphous LAGP film is formed on the particle surface of LVP. Here, using an electric furnace, the mixture was heated to 500 ° C. at a heating rate of 100 ° C./h in a nitrogen atmosphere, and the temperature of 500 ° C. was maintained for 2 hours for vitrification. In addition to the amorphous LAGP film formed on the surface of the LVP particles, the LAGP film to be contained in the solid electrolyte layer material and the negative electrode layer material, and the LAGP film are formed when the positive electrode layer material is produced. The LAGP powder to be mixed with the positive electrode active material can be separately produced by a procedure omitting the LVP mixing step s13 in FIG. Of course, the LAGP powder may be produced by another method, for example, the method described in Patent Document 1 above.

いずれにしても、本実施例に係る固体電解質の製造方法では、LAGPが十分に流動性のある原料溶液の状態にある段階で粉体状のLVPと混合される。そのため、原料溶液は、LVPの粒子表面を均一に覆った状態でガラス化させることができる。すなわち、LVPの粒子表面に非晶質のLAGPの被膜が確実に、かつ効果的に形成される。 In any case, in the method for producing a solid electrolyte according to the present embodiment, LAGP is mixed with powdered LVP at the stage where it is in the state of a sufficiently fluid raw material solution. Therefore, the raw material solution can be vitrified with the surface of the LVP particles uniformly covered. That is, an amorphous LAGP film is surely and effectively formed on the surface of the LVP particles.

<LVPの酸化について>
上記手順によってLAGPが被膜されたLVPを用いて全固体電池を作製する前に、図2に示した手順でLAGPの被膜が形成された粉体状のLVP(以下、被膜付きLVPとも言う)の特性を調べた。ここでは、図2におけるLVP混合手順s13で、平均粒子径が0.76μmの粉体状のLVPを用いるとともに、その粉体状のLVPに対し、被膜として形成されるLAGPの割合(wt%:以下、被膜量とも言う)が異なる各種被膜付きLVPをサンプルとして作製した。なお被膜量は、図2における手順s12によって得られる混合溶液の量と手順s13において混合するLVPの量とにより調整することができる。そして、各サンプルの熱重量(TG)特性を熱重量分析装置を用いて調べた。
<About oxidation of LVP>
Before manufacturing an all-solid-state battery using an LVP coated with LAGP by the above procedure, a powdery LVP (hereinafter, also referred to as a coated LVP) having a LAGP film formed by the procedure shown in FIG. 2 The characteristics were investigated. Here, in the LVP mixing procedure s13 in FIG. 2, a powdery LVP having an average particle diameter of 0.76 μm is used, and the ratio of LAGP formed as a film to the powdery LVP (wt%:: LVPs with various coatings having different coating amounts) were prepared as samples. The amount of the coating film can be adjusted by the amount of the mixed solution obtained by the procedure s12 in FIG. 2 and the amount of the LVP mixed in the procedure s13. Then, the thermogravimetric (TG) characteristics of each sample were examined using a thermogravimetric analyzer.

以下の表4に各サンプルにおけるLAGPの割合を示した。 Table 4 below shows the percentage of LAGP in each sample.

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図3は、表4に示したサンプル1〜3のTG特性を示す図であり、各サンプルのTG特性を示す曲線101〜103は、温度を高くするのに伴ってTGが徐々に減少し、LVPの酸化が始まる温度でTGが極小値となり、その極小値となる温度を超えるとTGが急激に上昇に転じる。そして、LAGPを含まないサンプル1に対し、LAGPの被膜を形成したサンプル2、3では、酸化温度が高温側にシフトしていることが分かる。図4に、図3の結果に基づくLAGPの被膜量とLVPの酸化開始温度との関係を示した。LAGPの被膜量とLVPの酸化開始温度は、ほぼ比例関係にあり、被膜量が多いほど酸化温度が高くなっている。したがって、LVPにLAGPの被膜を形成することで、脱バインダー工程において、バインダーを確実除去するためにより高い温度で熱処理を行ってもLVPの酸化が発生し難い。
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FIG. 3 is a diagram showing the TG characteristics of the samples 1 to 3 shown in Table 4, and in the curves 101 to 103 showing the TG characteristics of each sample, the TG gradually decreases as the temperature is raised. The TG reaches a minimum value at the temperature at which the oxidation of LVP begins, and when the temperature exceeds the minimum value, the TG suddenly starts to rise. Then, it can be seen that the oxidation temperature of Samples 2 and 3 in which the LAGP film is formed shifts to the high temperature side with respect to Sample 1 which does not contain LAGP. FIG. 4 shows the relationship between the coating amount of LAGP and the oxidation start temperature of LVP based on the result of FIG. The coating amount of LAGP and the oxidation start temperature of LVP are in a substantially proportional relationship, and the larger the coating amount, the higher the oxidation temperature. Therefore, by forming the LAGP film on the LVP, oxidation of the LVP is unlikely to occur even if the heat treatment is performed at a higher temperature in order to reliably remove the binder in the debinder step.

<全固体電池の充放電特性>
図3、図4に示したLVPの酸化開始温度を考慮し、実際に図1に示した手順に準拠した手順で全固体電池を作製し、その全固体電池の充放電特性を調べた。なお全固体電池を作製する際の正極層材料には、被膜量が30wt%の電解質被膜LVPを含ませた。そして、図2に示した手順における正極層および負極層のグリーンシートを作製する工程(s1a〜s1cおよびs2b、s3b)では、粉体状の電解質被膜LVPおよび酸化チタンのそれぞれに導電助剤、バインダー、可塑剤、分散剤、アルコールを加えて混合し、スラリー状の正極層材料と負極層材料を作製した。
<Charging / discharging characteristics of all-solid-state batteries>
Considering the oxidation start temperature of LVP shown in FIGS. 3 and 4, an all-solid-state battery was actually manufactured by a procedure based on the procedure shown in FIG. 1, and the charge / discharge characteristics of the all-solid-state battery were examined. The positive electrode layer material used in producing the all-solid-state battery contained an electrolyte coating LVP having a coating amount of 30 wt%. Then, in the steps (s1a to s1c and s2b, s3b) for producing the green sheets of the positive electrode layer and the negative electrode layer in the procedure shown in FIG. 2, a conductive aid and a binder are applied to the powdery electrolyte coating LVP and titanium oxide, respectively. , Plasticizer, dispersant, and alcohol were added and mixed to prepare a slurry positive electrode layer material and a negative electrode layer material.

具体的には、粉体状の被膜付きLVPや酸化チタンとLAGP粉体とを、例えば50:50の質量比で混合した粉体材料に、バインダーを、例えば、20wt%〜30wt%で添加する。さらに、溶媒としてエタノールなどの無水アルコールを上記粉体材料に対し、例えば、30wt%〜50wt%で添加する。そして、粉体材料とバインダーと溶媒との混合物をボールミルで所定時間(例えば、20h)混合する。それによってスラリー状の正極層材料および負極層材料が得られる。なお、固体電解質層材料については、非晶質のLAGP粉体とバインダーと可塑剤、およびアルコールを上記の割合で混合すれば得られる。 Specifically, a binder is added at, for example, 20 wt% to 30 wt% to a powder material obtained by mixing LVP with a powdery coating or titanium oxide and LAGP powder at a mass ratio of, for example, 50:50. .. Further, anhydrous alcohol such as ethanol is added to the powder material as a solvent in an amount of, for example, 30 wt% to 50 wt%. Then, the mixture of the powder material, the binder and the solvent is mixed in a ball mill for a predetermined time (for example, 20 hours). As a result, a slurry-like positive electrode layer material and a negative electrode layer material can be obtained. The solid electrolyte layer material can be obtained by mixing amorphous LAGP powder, a binder, a plasticizer, and alcohol in the above proportions.

次に、上述した手順で得たスラリー状の正極層材料、負極層材料、および固体電解質層材料を、それぞれPETフィルム上に塗工してシート状に成形したものを100℃の温度で30minの時間で乾燥させることで、正極層シート、負極層シート、および電解質層シートが得られる。なお、各層のグリーンシートは、それぞれに所定の厚さに調整される。1回の塗工で所望の厚さが得られない場合には、複数回塗工して所望の厚さとなるように調整する。 Next, the slurry-like positive electrode layer material, negative electrode layer material, and solid electrolyte layer material obtained in the above procedure were each coated on a PET film and formed into a sheet, which was formed into a sheet at a temperature of 100 ° C. for 30 minutes. By drying over time, a positive electrode layer sheet, a negative electrode layer sheet, and an electrolyte layer sheet can be obtained. The green sheet of each layer is adjusted to a predetermined thickness. If the desired thickness cannot be obtained by one coating, the desired thickness is adjusted by applying the coating multiple times.

次に、正極層と負極層の間に固体電解質層が狭持されるように各層のグリーンシートを積層して得た積層体を圧着する。ここでは、放電特性を調べるためのサンプルとして全固体電池を作製することから、各層のグリーンシートを積層する前に、各層のグリーンシートを所定のサイズに裁断し、その裁断した各層のグリーンシートを積層したものを圧力100Kg/cm、温度60℃、時間30minの条件にて圧着した。そしてその圧着後の積層体を、脱バインダー工程により、大気雰囲気中で400℃、10hの条件で熱処理するとともに、脱バインダー工程を得た積層体を酸素を含まない窒素雰囲気で、600℃、2hの条件で焼成することで、焼結体である積層電極体を得た。そして、積層電極体の最上層と最下層の表面にスパッタリングや蒸着によって金の薄膜を形成することで集電体を形成し、全固体電池を完成させた。 Next, the laminate obtained by laminating the green sheets of each layer is pressure-bonded so that the solid electrolyte layer is sandwiched between the positive electrode layer and the negative electrode layer. Here, since an all-solid-state battery is produced as a sample for examining the discharge characteristics, the green sheet of each layer is cut to a predetermined size before laminating the green sheet of each layer, and the cut green sheet of each layer is cut. The laminated product was pressure-bonded under the conditions of a pressure of 100 kg / cm 2 , a temperature of 60 ° C., and a time of 30 min. Then, the laminated body after the pressure bonding is heat-treated in an air atmosphere at 400 ° C. for 10 hours by a debindering step, and the laminated body obtained by the debindering step is heat-treated in a nitrogen atmosphere containing no oxygen at 600 ° C. By firing under the conditions of (1), a laminated electrode body which is a sintered body was obtained. Then, a current collector was formed by forming a thin gold film on the surfaces of the uppermost layer and the lowermost layer of the laminated electrode body by sputtering or thin film deposition, and an all-solid-state battery was completed.

図5は、作製した全固体電池における積層電極体1の形状やサイズを示す図であり、図5(A)は積層電極体1における各層(2〜4)の積層方向から見たときの平面図であり、図5(B)は積層電極体1を積層方向に対して直交する方向から見たときの側面図である。図5(A)に示したように、積層電極体1の平面形状は矩形であり、図5(B)にも示したように、互いに対面する同じサイズの正極層2と負極層3の間に正極層2と負極層3よりも大きな平面サイズを有する固体電解質層4が狭持されている。また、固体電解質層4は、正極層2と負極層3の平面領域を包含するように配置されている。正極層2と負極層3は、1辺の幅w1が13.5mmの正方形状の平面形状を有し、固体電解質層4は、1辺の幅w2が15.0mmの正方形状となっている。そして、正極層2と負極層3の厚さt1は0.04mmであり、固体電解質層4の厚さt2は0.09mmである。なお、焼結前の積層体における正極層シートと負極層シートは、全固体電池を作製する機会ごとに若干の差があったものの、総じて2〜5mgの質量を有していた。 FIG. 5 is a diagram showing the shape and size of the laminated electrode body 1 in the manufactured all-solid-state battery, and FIG. 5 (A) is a plan view when each layer (2 to 4) in the laminated electrode body 1 is viewed from the stacking direction. FIG. 5B is a side view of the laminated electrode body 1 when viewed from a direction orthogonal to the stacking direction. As shown in FIG. 5 (A), the planar shape of the laminated electrode body 1 is rectangular, and as shown in FIG. 5 (B), between the positive electrode layer 2 and the negative electrode layer 3 of the same size facing each other. A solid electrolyte layer 4 having a plane size larger than that of the positive electrode layer 2 and the negative electrode layer 3 is sandwiched therein. Further, the solid electrolyte layer 4 is arranged so as to include the plane regions of the positive electrode layer 2 and the negative electrode layer 3. The positive electrode layer 2 and the negative electrode layer 3 have a square planar shape with a side width w1 of 13.5 mm, and the solid electrolyte layer 4 has a square shape with a side width w2 of 15.0 mm. .. The thickness t1 of the positive electrode layer 2 and the negative electrode layer 3 is 0.04 mm, and the thickness t2 of the solid electrolyte layer 4 is 0.09 mm. The positive electrode layer sheet and the negative electrode layer sheet in the laminated body before sintering generally had a mass of 2 to 5 mg, although there was a slight difference depending on the opportunity to manufacture the all-solid-state battery.

<充放電特性>
上記の手順で作製した全固体電池(以下、実施電池とも言う)の充放電特性を調べた。また、実施電池に対する比較例として、形状とサイズを実施電池と同じとしつつ、正極層にLAGPが被膜されていないLVPを用いた全固体電池(以下、比較電池とも言う)の充放電特性も調べた。ここでは、実施電池と比較電池とについて、所定の条件で充電および放電したときの充電時間と充電時の電流との関係、および放電時間と放電時の電流との関係から充電容量および放電容量を求めた。そして、充電容量および放電容量を全固体電池の質量で割った単位質量当たりの容量(mAh/g)と電池電圧との関係を充電特性および放電特性とした。
<Charging / discharging characteristics>
The charge / discharge characteristics of the all-solid-state battery (hereinafter, also referred to as the implementation battery) produced by the above procedure were investigated. In addition, as a comparative example with respect to the implementation battery, the charge / discharge characteristics of an all-solid-state battery (hereinafter, also referred to as a comparison battery) using LVP in which the positive electrode layer is not coated with LAGP while having the same shape and size as the implementation battery are also investigated. It was. Here, regarding the implementation battery and the comparison battery, the charge capacity and the discharge capacity are determined from the relationship between the charge time and the current during charge when charged and discharged under predetermined conditions, and the relationship between the discharge time and the current during discharge. I asked. Then, the relationship between the capacity per unit mass (mAh / g) obtained by dividing the charge capacity and the discharge capacity by the mass of the all-solid-state battery and the battery voltage was defined as the charge characteristic and the discharge characteristic.

なお、充電手順については、電池電圧が2.8Vになるまで8μAで定電流充電したのち、2.8Vからは定電圧で充電した。放電手順については、先の手順で充電した実施電池と比較電池について、電池電圧が2.8Vから0.5Vになるまで8μAで定電流放電させた。 Regarding the charging procedure, the battery was charged at a constant current of 8 μA until the battery voltage reached 2.8 V, and then charged at a constant voltage from 2.8 V. Regarding the discharge procedure, the implementation battery and the comparison battery charged in the previous procedure were discharged at a constant current of 8 μA until the battery voltage changed from 2.8 V to 0.5 V.

図6に実施電池と比較電池の充放電特性を示した。ここでは、実施電池と比較電池を複数個(例えば10個)ずつ作製し、各個体の充放電特性を平均したときの特性を示した。そして、図6(A)は比較電池の充放電特性を示しており、図6(B)は実施電池の充放電特性を示している。図6に示したように、比較電池に対して実施電池の放電容量が1.5倍程度大きくなっている。これは、実施電池では、脱バインダー工程におけるLVPの酸化が効果的に抑制されてLVPの価数が減少しなかったため、より多くのLiイオンが充放電反応に寄与したためと考えることができる。 FIG. 6 shows the charge / discharge characteristics of the implementation battery and the comparative battery. Here, a plurality of (for example, 10) batteries for implementation and comparison batteries were prepared, and the characteristics when the charge / discharge characteristics of each individual were averaged were shown. Then, FIG. 6A shows the charge / discharge characteristics of the comparative battery, and FIG. 6B shows the charge / discharge characteristics of the implementation battery. As shown in FIG. 6, the discharge capacity of the implementation battery is about 1.5 times larger than that of the comparative battery. It can be considered that this is because in the implementation battery, the oxidation of LVP in the debindering step was effectively suppressed and the valence of LVP did not decrease, so that more Li ions contributed to the charge / discharge reaction.

なお、本発明の実施例に係る全固体電池の製造方法では、グリーンシートの積層体を焼成して焼結体である積層電極体を作製する際、粉体状のLVPの粒子表面に形成されているLAGPの被膜と、LVPの粒子間に介在する粉体状のLAGPとが接触した状態で結晶化する。そのため、LVPの粒子間に確実にイオン伝導経路が形成され、電極層のイオン導電性を高めることも期待できる。 In the method for manufacturing an all-solid-state battery according to the embodiment of the present invention, when a laminated body of green sheets is fired to produce a laminated electrode body which is a sintered body, it is formed on the particle surface of powdery LVP. The coating of LAGP and the powdery LAGP interposed between the particles of LVP are crystallized in contact with each other. Therefore, it can be expected that an ionic conduction path is surely formed between the LVP particles and the ionic conductivity of the electrode layer is enhanced.

===その他の実施例===
上記実施例では、有機系ストック溶液の溶媒にブタノールを使用していたが、金属アルコキシドの溶媒として機能するのであれば、当然のことながら、他のアルコールでもよい。
=== Other Examples ===
In the above embodiment, butanol was used as the solvent of the organic stock solution, but of course, other alcohols may be used as long as they function as the solvent of the metal alkoxide.

正極活物質は、LVPに限らない。負極活物質についても酸化チタンに限定されない。もちろん固体電解質もLAGPに限定されない。いずれにしても、脱バインダー工程時に酸化して価数が変化する可能性がある電極活物質にゾルゲル法を応用して固体電解質の被膜を形成すればよい。 The positive electrode active material is not limited to LVP. The negative electrode active material is not limited to titanium oxide. Of course, the solid electrolyte is not limited to LAGP. In any case, the sol-gel method may be applied to the electrode active material which may be oxidized during the debindering step to change the valence to form a film of a solid electrolyte.

上記実施例では、500℃の温度でLAGPをガラス化していたが、もちろんこの温度に限定されない。一般的には、ゾルゲル法によってLAGPを作製する場合では、400℃以上600℃以下の温度の熱処理でLAGPが非晶質となることが知られている。いずれにしても焼成温度よりも低い温度で非晶質のLAGPが生成される温度であればよい。 In the above embodiment, LAGP was vitrified at a temperature of 500 ° C., but of course, the temperature is not limited to this. Generally, when LAGP is produced by the sol-gel method, it is known that LAGP becomes amorphous by heat treatment at a temperature of 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. In any case, the temperature may be any temperature at which amorphous LAGP is produced at a temperature lower than the firing temperature.

LVPは、電極活物質に固体電解質の700℃以上の温度で焼成するとLAGPと反応して正極層におけるイオン伝導性などが劣化する可能性があることから、上記実施例では、焼成温度を600℃としていた。もちろんLAGPとの反応温度がより高い電極活物質を用いるのであれば、600℃よりも高い温度で焼成することができる。 When LVP is fired on an electrode active material at a temperature of 700 ° C. or higher of a solid electrolyte, it may react with LAGP and deteriorate ionic conductivity in the positive electrode layer. Therefore, in the above embodiment, the firing temperature is 600 ° C. Was supposed to be. Of course, if an electrode active material having a higher reaction temperature with LAGP is used, firing can be performed at a temperature higher than 600 ° C.

1 積層電極体、2 正極層、3 負極層、4 固体電解質層、
s1a 非晶質のLAGP被膜をLVPに形成する工程、
s1c 非晶質のLAGPを作製する工程、s2a 正極層材料作製工程、
s2b 負極層材料作製工程、s2c 固体電解質層作製工程、
s3a〜s3c グリーンシート作製工程、s4 積層・圧着工程、s5 裁断工程、
s6 脱バインダー工程、s7 焼成工程、s8 集電体形成工程、
s11a 水系ストック溶液の調合工程、s11b 有機系ストック溶液の調合工程、
s12 水系ストック溶液と有機系ストック溶液の混合工程、s13 LVP混合工程、s14 乾燥(ゲル化)工程、s15 真空乾燥工程、s16 解砕工程、
s17 熱処理(ガラス化)工程
1 laminated electrode body, 2 positive electrode layer, 3 negative electrode layer, 4 solid electrolyte layer,
s1a Step of forming an amorphous LAGP film on LVP,
s1c Amorphous LAGP manufacturing process, s2a Positive electrode layer material manufacturing process,
s2b Negative electrode layer material manufacturing process, s2c solid electrolyte layer manufacturing process,
s3a to s3c green sheet manufacturing process, s4 laminating / crimping process, s5 cutting process,
s6 debinder step, s7 firing step, s8 current collector forming step,
s11a Aqueous stock solution preparation step, s11b Organic stock solution preparation step,
s12 Water-based stock solution and organic stock solution mixing step, s13 LVP mixing step, s14 drying (gelling) step, s15 vacuum drying step, s16 crushing step,
s17 Heat treatment (vitrification) process

Claims (3)

一体的な焼結体で、正極用の電極活物質と固体電解質を含む正極層、固体電解質を含む固体電解質層、および負極用の電極活物質と固体電解質を含む負極層がこの順に積層されてなる積層電極体を備えてリチウム二次電池として動作する全固体電池の製造方法であって、
正極と負極の電極活物質の少なくとも一方に、酸化により価数が変化する電極活物質を用い、
粉体状の前記正極用の電極活物質および前記負極用の電極活物質のそれぞれに、非晶質の前記固体電解質とバインダーを混合してスラリー状の正極層材料およびスラリー状の負極層材料を作製する電極層材料作製ステップと、
粉体状の前記固体電解質とバインダーとを含むスラリー状の固体電解質層材料を作製する固体電解質層材料作製ステップと、
前記固体電解質層材料、前記正極層材料、および前記負極層材料を、それぞれシート状のグリーンシートに作製するグリーンシート作製ステップと、
前記正極層材料からなるグリーンシート、前記固体電解質層材料からなるグリーンシート、および前記負極層材料からなるグリーンシートをこの順に積層して得た積層体を大気雰囲気で熱処理して前記グリーンシート中の前記バインダーを除去する脱バインダーステップと、
前記脱バインダーステップを経た前記積層体を、非酸素雰囲気で焼成して前記積層電極体を作製する焼成ステップと、
を含み、
前記酸化による価数が変化する電極活物質については、当該電極活物質の粒子表面に非晶質の前記固体電解質の被膜をゾルゲル法を用いて形成する電解質膜形成ステップを実行し、前記電極層材料作製ステップでは、当該固体電解質の被膜が形成された電極活物質を用い、
前記電解質膜形成ステップでは、前記固体電解質の原料として用意された水系ストック溶液と有機系ストック溶液との混合溶液に粉体状の前記電極活物質を混合するとともに、当該電極活物質を含んだ前記混合溶液を乾燥して解砕して得た解砕物を熱処理して前記固体電解質をガラス化する、
ことを特徴とする全固体電池の製造方法。
In an integral sintered body, a positive electrode layer containing an electrode active material for a positive electrode and a solid electrolyte, a solid electrolyte layer containing a solid electrolyte, and a negative electrode layer containing an electrode active material for a negative electrode and a solid electrolyte are laminated in this order. It is a method of manufacturing an all-solid-state battery that operates as a lithium secondary battery by having a laminated electrode body.
An electrode active material whose valence changes due to oxidation is used for at least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material.
A slurry-like positive electrode layer material and a slurry-like negative electrode layer material are prepared by mixing the amorphous solid electrolyte and the binder with each of the powdery electrode active material for the positive electrode and the electrode active material for the negative electrode. The electrode layer material preparation step to be manufactured and
A solid electrolyte layer material preparation step for producing a slurry-like solid electrolyte layer material containing the powder-like solid electrolyte and a binder, and a solid electrolyte layer material preparation step.
A green sheet preparation step of producing the solid electrolyte layer material, the positive electrode layer material, and the negative electrode layer material into a sheet-shaped green sheet, respectively.
A laminate obtained by laminating a green sheet made of the positive electrode layer material, a green sheet made of the solid electrolyte layer material, and a green sheet made of the negative electrode layer material in this order is heat-treated in an atmospheric atmosphere to form the green sheet. A debinder step for removing the binder and
A firing step of calcining the laminated body that has undergone the debinder step in a non-oxygen atmosphere to prepare the laminated electrode body, and a firing step.
Including
For the electrode active material whose valence changes due to oxidation, an electrolyte film forming step of forming an amorphous film of the solid electrolyte on the particle surface of the electrode active material by the solgel method is executed, and the electrode layer is formed. In the material preparation step, the electrode active material on which the film of the solid electrolyte was formed was used.
In the electrolyte film forming step, the electrode active material in powder form is mixed with a mixed solution of an aqueous stock solution and an organic stock solution prepared as a raw material of the solid electrolyte, and the electrode active material is contained. The crushed product obtained by drying and crushing the mixed solution is heat-treated to vitrify the solid electrolyte.
A method for manufacturing an all-solid-state battery.
請求項1において、
前記正極の電極活物質として、リン酸バナジウムリチウム(Li(PO)を用い、
前記電解質膜形成ステップでは、粉体状の当該リン酸バナジウムリチウムの粒子表面に前記非晶質の固体電解質膜を形成する、
ことを特徴とする全固体電池の製造方法。
In claim 1,
Lithium vanadium phosphate (Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 ) was used as the electrode active material for the positive electrode.
In the electrolyte membrane forming step, the amorphous solid electrolyte membrane is formed on the surface of the powdery lithium vanadium phosphate particles.
A method for manufacturing an all-solid-state battery.
請求項1または2において、前記固体電解質は、一般式Li1.5Al0.5Ge1.5(POで表される化合物であることを特徴とする全固体電池の製造方法。 The method for producing an all-solid-state battery according to claim 1 or 2, wherein the solid electrolyte is a compound represented by the general formula Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3.
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