JP7046185B2 - 固体電池用正極、固体電池用正極の製造方法、および固体電池 - Google Patents
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Description
本発明の固体電池用正極は、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、正極集電体被覆層と、を含む。正極集電体は、正極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺に、正極活物質層が形成されない正極活物質層未形成部を有しており、この正極活物質層未形成部、および正極活物質層未形成部を有する辺の端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層および/または固体電解質で形成された固体電解質層からなる正極集電体被覆層を有する。
本発明の固体電池用正極は、正極集電体上に、正極活物質を含む正極活物質層を有する。本発明に適用できる正極活物質としては、特に限定されるものではなく、固体電池の正極活物質として公知の物質を適用することができる。その組成についても特に制限はなく、固体電解質、導電助剤や結着剤等を含んでいてもよい。
本発明の固体電池用正極に適用できる集電体は、特に限定されるものではなく、固体電池の正極に用いうる公知の集電体を適用することができる。例えば、SUS箔、Al箔等の金属箔が挙げられる。また、発泡金属や導電性カーボンシート(例えば、グラファイトシートやCNTシート)等も挙げられる。
本発明の固体電池用正極における正極集電体は、上記の正極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺に、正極活物質層が形成されない正極活物質層未形成部を有する。すなわち、正極活物質層未形成部には正極活物質層は存在せず、正極集電体がそのままの状態で存在する部分となる。
本発明の固体電池用正極は、上記の正極活物質層未形成部、および正極活物質層未形成部に連結する正極集電体の端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層および/または固体電解質で形成された固体電解質層からなる正極集電体被覆層を有する。
正極集電体被覆層は、絶縁性材料で形成された絶縁層および/または固体電解質で形成された固体電解質層からなる。絶縁層および固体電解質層の両者で構成する場合には、絶縁層を形成した後に、その外側に固体電解質層を形成することが好ましい。
正極集電体上に形成される正極集電体被覆層の厚さは、正極活物質層の厚さと略同一であることが好ましい。正極集電体被覆層の厚さが、正極活物質層の厚さと略同一であれば、正極活物質層の厚みに相当する高さで存在する正極活物質層未形成部の空隙の高さと略同一となる。このため、得られる固体電池用正極の平面度公差および平行度公差を最小にすることが可能となり、その結果、多層化した際の体積が小さくなり、また、より高積層化が可能となることから、高エネルギー化に貢献することができる。また、積層体とした際の幾何公差が小さいことから、製造時の積層プレスにおいて圧力を均一にかけることが可能となる上、クラックの発生を抑制することができる。
本発明の固体電池用正極は、正極集電体に連結する正極タブを有することが好ましい。正極タブは、正極集電体の端部から突出し、正極集電体と正極端子とを接続する役割を果たす。その材料は、特に限定されるものではないが、例えば、正極集電体と同一材料とすることで、溶接が容易なり、接触抵抗を低減することができる。正極タブ材としては、アルミニウムやステンレス等が挙げられ、必要に応じてニッケルメッキ等の表面処理を施してもよい。
正極タブは、少なくとも1部に、絶縁性材料からなる正極タブ被覆層を有することが好ましい。
本発明の固体電池用正極の製造方法は、正極集電体に、正極活物質を含む正極活物質層を形成する正極活物質層形成工程と、正極集電体の正極活物質層を有しない領域に、絶縁性材料で形成された絶縁層および/または固体電解質で形成された固体電解質層からなる正極集電体被覆層を形成する正極集電体被覆層形成工程と、を含む。
正極活物質層形成工程は、正極集電体に、正極活物質を含む正極活物質層を形成する工程である。正極活物質層を形成する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、正極活物質を含む正極合材を調製し、正極合材を正極集電体上に塗布し、乾燥させる方法が挙げられる。塗布する方法についても特に限定されるものではなく、例えば、ドクターブレード法、スプレー塗布、スクリーン印刷等が挙げられる。
正極集電体被覆層形成工程は、正極集電体の正極活物質層を有しない領域に、絶縁性材料で形成された絶縁層および/または固体電解質で形成された固体電解質層からなる正極集電体被覆層を形成する工程である。
本発明の固体電池用正極の製造方法は、正極集電体上に形成された正極活物質層および正極集電体被覆層を有する積層体を、個別に打ち抜いて電極とする、打ち抜き工程を有していてもよい。
本発明の固体電池は、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極と、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極活物質層と、を含む固体電池用負極と、固体電池用正極と固体電池用負極との間に配置された固体電解質層と、を備えており、固体電池用正極は、上記した本発明の固体電池用正極であることを特徴とする。
本発明の固体電池においては、正極活物質層の面積は、負極活物質層の面積以下であることが好ましい。正極活物質層の面積よりも負極活物質層の面積のほうが小さい場合には、端部にLi電析が発生するリスクが高くなるため好ましくない。また、正極活物質層の面積を負極活物質層の面積よりも小さくすることで、得られる固体電池の耐久性を向上させることができる。
本発明の固体電池においては、固体電池用正極の面積と、固体電池用負極の面積と、固体電解質層の面積とは、略同一であることが好ましい。固体電池の積層体を構成する全ての層の面積を略同一とすることにより、固体電池を形成する際の積層工程において、位置ずれの発生を抑制することができる。また、積層体を一体化するための積層プレス工程においても、クラックの発生を抑制することができる。
本発明の固体電池を構成する固体電池用負極は、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極活物質層と、を含む。
本発明の固体電池を構成する固体電池用負極に適用できる負極活物質としては、特に限定されるものではなく、固体電池の負極活物質として公知の物質を適用することができる。その組成についても特に制限はなく、固体電解質、導電助剤や結着剤等を含んでいてもよい。
発明の固体電池を構成する固体電池用負極に適用できる集電体は、特に限定されるものではなく、固体電池の負極に用いうる公知の集電体を適用することができる。例えば、SUS箔、Cu箔等の金属箔が挙げられる。
本発明の固体電池を構成する固体電池用負極における負極集電体は、負極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺に、負極活物質層が形成されない負極活物質層未形成部を有し、負極活物質層未形成部、および負極活物質層未形成部に連結する端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層および/または固体電解質で形成された固体電解質層からなる負極集電体被覆層を有することが好ましい。
負極集電体被覆層の厚さは、負極活物質層の厚さと略同一とすることが好ましい。負極集電体被覆層の厚さが、負極活物質層の厚さと略同一であれば、負極活物質層の厚みに相当する高さで存在する負極活物質層未形成部の空隙の高さと略同一となる。したがって、得られる固体電池用正極の平面度公差および平行度公差を最小にすることが可能となり、その結果、多層化した際の体積が小さくなり、高エネルギー化に貢献することができる。また、積層体とした際の幾何公差が小さいことから、製造時の積層プレスにおいて圧力を均一にかけることが可能となる上、クラックの発生を抑制することができる。
本発明の固体電池を構成する固体電解質層は、固体電池用正極と固体電池用負極との間のイオン伝導が可能な状態であれば、厚みや形状等は特に限定されるものではない。また、製造方法も特に限定されるものではない。
本発明の固体電池は、例えばモジュール化して、各種の装置に用いることができる。本発明の固体電池は、携帯機器はもちろんのこと、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の電源として、好適に用いることができる。
10 固体電池用負極
11 負極活物質層
12 負極集電体および負極タブ
13 負極タブ被覆層
20 固体電池用正極
21 正極活物質層
22 正極タブ
23 正極タブ被覆層
24 正極集電体被覆層
25 正極集電体
26 正極活物質層未形成部
30 固体電解質層
41 サポートプレート
42 絶縁フィルム
Claims (8)
- 正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極であって、
前記正極集電体は、前記正極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺に、前記正極活物質層が形成されない正極活物質層未形成部を有し、
前記正極活物質層未形成部、および前記正極活物質層未形成部に連結する前記正極集電体の端面に、固体電解質で形成された固体電解質層を含む正極集電体被覆層を有し、
前記正極集電体上に形成される前記正極集電体被覆層の厚さは、前記正極活物質層の厚さと略同一である、固体電池用正極。 - 前記固体電池用正極は、前記正極集電体に連結する正極タブを有し、
前記正極タブは、少なくとも1部に、絶縁性材料からなる正極タブ被覆層を有する、請求項1に記載の固体電池用正極。 - 正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極の製造方法であって、
前記正極集電体に、正極活物質を含む正極活物質層を形成する正極活物質層形成工程と、
前記正極集電体の端面を含む前記正極活物質層を有しない領域に、固体電解質で形成された固体電解質層で構成される正極集電体被覆層を形成する正極集電体被覆層形成工程と、を含み、
前記正極集電体上に形成される前記正極集電体被覆層の厚さは、前記正極活物質層の厚さと略同一となるように形成される、固体電池用正極の製造方法。 - 正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層と、を含む固体電池用正極と、
負極集電体と、前記負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極活物質層と、を含む固体電池用負極と、
前記固体電池用正極と前記固体電池用負極との間に配置された固体電解質層と、を備える固体電池であり、
前記固体電池用正極は、請求項1または2に記載の固体電池用正極である、固体電池。 - 前記正極活物質層の面積は、前記負極活物質層の面積以下である、請求項4に記載の固体電池。
- 前記固体電池用正極の面積と、前記固体電池用負極の面積と、前記固体電解質層の面積とは、略同一である、請求項4または5に記載の固体電池。
- 前記負極集電体は、前記負極活物質層を有する面の外周部の少なくとも一辺に、前記負極活物質層が形成されない負極活物質層未形成部を有し、
前記負極活物質層未形成部、および前記負極活物質層未形成部に連結する端面に、絶縁性材料で形成された絶縁層および/または固体電解質で形成された固体電解質層からなる負極集電体被覆層を有する、請求項4~6いずれかに記載の固体電池。 - 前記負極集電体被覆層の厚さは、前記負極活物質層の厚さと略同一である、請求項7に記載の固体電池。
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