JP7067455B2 - Manufacturing method of series-stacked all-solid-state battery - Google Patents

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Description

本開示は、直列積層型全固体電池の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing a series laminated all-solid-state battery.

近年、パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される積層型電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の積層型全固体電池の開発が進められている。 In recent years, with the rapid spread of information-related devices such as personal computers, video cameras, and mobile phones, and communication devices, the development of stacked batteries used as a power source thereof has been regarded as important. Further, in the automobile industry and the like, the development of high-output and high-capacity laminated all-solid-state batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is being promoted.

例えば、特許文献1では、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層を有している複数の単位電池が、バイポーラ型又はモノポーラ型で接続されている積層型全固体電池の製造方法が開示されている。 For example, in Patent Document 1, a plurality of unit batteries having a positive electrode current collector layer, a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode active material layer, and a negative electrode current collector layer are bipolar type or monopolar type. A method for manufacturing a connected laminated all-solid-state battery is disclosed.

特許文献2では、正極と負極とをセパレータを介して積層した積層体を有し、積層体のセパレータの周辺部の一部どうしを接着して強固に一体化しており、かつ積層体の外周部を囲むように熱収縮性フィルムを配置している液系の積層型電池が開示されている。 Patent Document 2 has a laminated body in which a positive electrode and a negative electrode are laminated via a separator, and a part of the peripheral portion of the separator of the laminated body is adhered to each other to be firmly integrated, and the outer peripheral portion of the laminated body is formed. A liquid-based laminated battery in which a heat-shrinkable film is arranged so as to surround the battery is disclosed.

また、特許文献3では、位置決め用ガイドを利用して、単位電池を積層してなる燃料電池スタックが開示されている。 Further, Patent Document 3 discloses a fuel cell stack in which unit batteries are stacked by using a positioning guide.

特開2016-136490号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-136490 特開2002-208442号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-208442 特開2003-086232号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-086232

電解液を固体電解質層に替えて電池を全固体化した積層型全固体電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を使用しておらず、よって安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れるため、注目されている。 The laminated all-solid-state battery, in which the electrolyte is replaced with a solid electrolyte layer and the battery is completely solidified, does not use a flammable organic solvent in the battery, which simplifies the safety device and reduces manufacturing costs and production. It is attracting attention because of its excellent sex.

このような積層型全固体電池を製造する際には、通常、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層を積層して、単位電池を形成する。そして、単位電池を直列に又は並列に積層して、電池積層体を形成する。その後、電池積層体を電極端子に接続させ、外装体等に収容させることによって全固体電池を製造する。 When manufacturing such a laminated all-solid-state battery, usually, a positive electrode current collector layer, a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode active material layer, and a negative electrode current collector layer are laminated to form a unit battery. To form. Then, the unit batteries are stacked in series or in parallel to form a battery laminate. After that, an all-solid-state battery is manufactured by connecting the battery laminate to the electrode terminals and accommodating the battery laminate in an exterior body or the like.

しかしながら、電池積層体を外装体の開口部から収容させる際に、電池積層体に含まれる正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、又は負極集電体層の端部からの材料が脱落してしまう可能性がある。特に、外装体内において、電池積層体を、その面方向に対して垂直な方向に移動させる距離が長くなればなるほど、外装体の内壁と電池積層体の端部との接触によって、電池積層体の端部からの材料が脱落しやすくなる。このように材料が脱落すると、この脱落した材料が他の層の端部に付着することによって、短絡が生じる恐れがある。 However, when the battery laminate is accommodated from the opening of the exterior body, the positive electrode current collector layer, the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, the negative electrode active material layer, or the negative electrode current collector layer contained in the battery laminate is used. Material may fall off from the edges. In particular, as the distance for moving the battery laminate in the direction perpendicular to the plane direction becomes longer in the exterior body, the contact between the inner wall of the exterior body and the end portion of the battery laminate causes the battery laminate to come into contact with each other. The material from the edges is likely to fall off. When the material is shed in this way, the shed material may adhere to the ends of the other layers, resulting in a short circuit.

そこで、本開示は、上記事情を鑑みてなされたものであり、電池積層体を外装体内に収容する際に、電池積層体の端部からの材料の脱落を抑制できる直列積層型全固体電池の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and is a series-stacked all-solid-state battery capable of suppressing the material from falling off from the end portion of the battery laminate when the battery laminate is housed in the exterior body. The purpose is to provide a manufacturing method.

本開示の本発明者は、下記の工程(a)~(e)を含む直列積層型全固体電池の製造方法により、上記課題を解決できることを見出した:
(a)電池積層体を収容するための半筒状カートリッジ、前記電池積層体及び前記半筒状カートリッジを収容するための筒状外装体、並びに前記半筒状カートリッジ及び前記筒状外装体を保持するための保持具を提供すること、ここで、前記電池積層体は、直列に接続されている2以上の単位電池を有しており、前記単位電池は、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層をこの順に積層することによって構成されており、かつ前記筒状外装体は、一方の端部が開口端部である;
(b)前記半筒状カートリッジを、前記保持具に斜めの状態で保持し、そして前記保持具に斜めの状態で保持されている前記半筒状カートリッジ内おいて、前記単位電池又は前記単位電池を構成する1又は複数の層を順に積層して、前記電池積層体を形成し、それによって前記半筒状カートリッジに前記電池積層体を収容すること;
(c)前記電池積層体の軸と前記筒状外装体の軸とが直線上に並ぶようにし、前記筒状外装体の下側の開口端部を通して、前記半筒状カートリッジ及び前記電池積層体を、斜めの状態で、前記筒状外装体に挿入すること;
(d)前記筒状外装体が前記保持具に保持されている状態で又は前記筒状外装体を前記保持具から取り外した後で、前記半筒状カートリッジ及び前記電池積層体を収容している前記筒状外装体を回転させて、前記筒状外装体の前記開口端部が上向きになるようにすること;並びに
(e)前記筒状外装体の前記開口端部を通して、前記電池積層体の積層方向の端面に電極端子を接続すること。
The present inventor of the present disclosure has found that the above-mentioned problems can be solved by a method for manufacturing a series-stacked all-solid-state battery including the following steps (a) to (e):
(A) Holds a semi-cylindrical cartridge for accommodating a battery laminate, a tubular exterior body for accommodating the battery laminate and the semi-cylindrical cartridge, and the semi-cylindrical cartridge and the tubular exterior body. Provided to provide a holder for the above, wherein the battery laminate has two or more unit batteries connected in series, wherein the unit battery is a positive electrode collector layer, a positive electrode active material. The layer, the solid electrolyte layer, the negative electrode active material layer, and the negative electrode current collector layer are laminated in this order, and one end of the tubular exterior body is an open end portion;
(B) The unit battery or the unit battery is placed in the semi-cylindrical cartridge which holds the semi-cylindrical cartridge in the holder in an oblique state and is held in the holder in an oblique state. To form the battery laminate by sequentially stacking one or a plurality of layers constituting the above, thereby accommodating the battery laminate in the semi-cylindrical cartridge;
(C) The semi-cylindrical cartridge and the battery laminate are arranged so that the shaft of the battery laminate and the axis of the tubular exterior body are aligned in a straight line, and the shaft of the semi-cylindrical cartridge and the battery laminate are passed through the lower opening end of the tubular exterior body. Is inserted into the tubular exterior body in an oblique state;
(D) The semi-cylindrical cartridge and the battery laminate are housed in a state where the tubular exterior body is held by the holder or after the tubular exterior body is removed from the holder. The tubular exterior is rotated so that the open end of the tubular exterior faces upward; and (e) through the open end of the tubular exterior of the battery laminate. Connect the electrode terminals to the end faces in the stacking direction.

本開示の直列積層型全固体電池の製造方法によれば、電池積層体を外装体内に収容する際に、電池積層体の端部からの材料の脱落を抑制することができる。 According to the method for manufacturing a series-stacked all-solid-state battery of the present disclosure, it is possible to prevent the material from falling off from the end portion of the battery laminate when the battery laminate is housed in the exterior body.

図1は、本開示の直列積層型全固体電池の製造方法に含まれる各工程の一形態を示すイメージ図である。FIG. 1 is an image diagram showing one form of each process included in the method for manufacturing a series-stacked all-solid-state battery of the present disclosure. 図2は、本開示にかかる電池積層体の一形態を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing one form of the battery laminate according to the present disclosure.

以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各図において、同一又は相当する部分には同一の参照符号を付し、重複説明は省略する。実施の形態の各構成要素は、全てが必須のものであるとは限らず、一部の構成要素を省略可能な場合もある。ただし、以下の図に示される形態は本開示の例示であり、本開示を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. For convenience of explanation, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts in each figure, and duplicate explanations will be omitted. Not all of the components of the embodiment are essential, and some components may be omitted. However, the form shown in the figure below is an example of the present disclosure and does not limit the present disclosure.

《直列積層型全固体電池の製造方法》
本開示の直列積層型全固体電池の製造方法は、下記工程(a)~(e)を含む:
(a)電池積層体を収容するための半筒状カートリッジ、電池積層体及び半筒状カートリッジを収容するための筒状外装体、並びに半筒状カートリッジ及び筒状外装体を保持するための保持具を提供すること、ここで、電池積層体は、直列に接続されている2以上の単位電池を有しており、単位電池は、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層をこの順に積層することによって構成されており、かつ筒状外装体は、一方の端部が開口端部である;
(b)半筒状カートリッジを、保持具に斜めの状態で保持し、そして保持具に斜めの状態で保持されている半筒状カートリッジ内おいて、単位電池又は単位電池を構成する1又は複数の層を順に積層して、電池積層体を形成し、それによって半筒状カートリッジに電池積層体を収容すること;
(c)電池積層体の軸と筒状外装体の軸とが直線上に並ぶようにし、筒状外装体の下側の開口端部を通して、半筒状カートリッジ及び電池積層体を、斜めの状態で、筒状外装体に挿入すること;
(d)筒状外装体が保持具に保持されている状態で又は筒状外装体を保持具から取り外した後で、半筒状カートリッジ及び電池積層体を収容している筒状外装体を回転させて、筒状外装体の開口端部が上向きになるようにすること;並びに
(e)筒状外装体の開口端部を通して、電池積層体の積層方向の端面に電極端子を接続すること。
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The method for manufacturing a series-stacked all-solid-state battery of the present disclosure includes the following steps (a) to (e):
(A) Semi-cylindrical cartridge for accommodating the battery laminate, tubular exterior body for accommodating the battery laminate and the semi-cylindrical cartridge, and holding for holding the semi-cylindrical cartridge and the tubular exterior body. To provide a tool, where the battery laminate has two or more unit batteries connected in series, the unit battery being a positive electrode collector layer, a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, The negative electrode active material layer and the negative electrode current collector layer are laminated in this order, and one end of the tubular exterior body is an open end;
(B) One or a plurality of semi-cylindrical cartridges constituting the unit battery or the unit battery in the semi-cylindrical cartridge held in the holder in an oblique state and held in the holder in an oblique state. Layers in sequence to form a battery laminate, thereby accommodating the battery laminate in a semi-cylindrical cartridge;
(C) The axis of the battery laminate and the axis of the tubular exterior body are aligned in a straight line, and the semi-cylindrical cartridge and the battery laminate are placed in an oblique state through the lower opening end of the tubular exterior body. Then, insert it into the tubular exterior body;
(D) While the tubular exterior body is held by the holder or after the tubular exterior body is removed from the holder, the tubular exterior body containing the semi-cylindrical cartridge and the battery laminate is rotated. Make sure that the open end of the tubular exterior is facing up; and (e) connect the electrode terminals to the end face of the battery laminate in the stacking direction through the open end of the tubular exterior.

本開示において、「直列積層型全固体電池」とは、2以上の単位電池が直列に積層されている電池積層体を有する全固体電池であり、電池積層体の積層方向の両側の端面に位置する集電体層から充放電することができる全固体電池である。直列積層型全固体電池の例として、バイポーラ型の全固体電池が挙げられるが、これだけには限定されない。 In the present disclosure, the "series laminated all-solid-state battery" is an all-solid-state battery having a battery laminate in which two or more unit batteries are laminated in series, and is located at both end faces in the stacking direction of the battery laminate. It is an all-solid-state battery that can be charged and discharged from the current collector layer. Examples of series-stacked all-solid-state batteries include, but are not limited to, bipolar all-solid-state batteries.

また、「電池積層体の積層方向」とは、電池積層体を構成する単位電池又はその単位電池を構成する各層が積層されている方向、すなわち単位電池又はその単位電池を構成する各層の面方向に垂直な方向を指す。 The "stacking direction of the battery laminate" is the direction in which the unit batteries constituting the battery laminate or the layers constituting the unit battery are laminated, that is, the plane direction of the unit battery or each layer constituting the unit battery. Point in the direction perpendicular to.

〈工程(a)〉
工程(a)では、電池積層体を収容するための半筒状カートリッジ、電池積層体及び半筒状カートリッジを収容するための筒状外装体、並びに半筒状カートリッジ及び筒状外装体を保持するための保持具を提供する。
<Step (a)>
In the step (a), a semi-cylindrical cartridge for accommodating the battery laminate, a tubular exterior body for accommodating the battery laminate and the semi-cylindrical cartridge, and the semi-cylindrical cartridge and the tubular exterior body are held. Provides a retainer for.

例えば、図1は、本開示の直列積層型全固体電池の製造方法に含まれる各工程の一形態を示すイメージ図である。図1(a)は、工程(a)の一形態を示すイメージ図である。 For example, FIG. 1 is an image diagram showing one form of each step included in the method for manufacturing a series-stacked all-solid-state battery of the present disclosure. FIG. 1A is an image diagram showing one form of step (a).

より具体的に、図1(a)では、電池積層体20(図1(b)に示されている)を収容するための半筒状カートリッジ11、電池積層体20及び半筒状カートリッジ11を収容するための筒状外装体12、並びに半筒状カートリッジ11及び筒状外装体12を保持するための保持具30を提供している形態を示している。 More specifically, in FIG. 1A, the semi-cylindrical cartridge 11, the battery laminate 20, and the semi-cylindrical cartridge 11 for accommodating the battery laminate 20 (shown in FIG. 1B) are provided. The embodiment which provides the cylindrical exterior body 12 for accommodating, and the holding tool 30 for holding the semi-cylindrical cartridge 11 and the tubular exterior body 12 is shown.

(電池積層体)
本開示において、電池積層体は、直列に接続されている2以上の単位電池を有しており、単位電池は、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層をこの順に積層することによって構成されている。この詳細に関しては、後述する「直列積層型全固体電池」の項目で説明する。
(Battery laminate)
In the present disclosure, the battery laminate has two or more unit batteries connected in series, and the unit battery includes a positive electrode current collector layer, a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer. And the negative electrode current collector layer is laminated in this order. The details will be described in the section of "series laminated all-solid-state battery" described later.

(半筒状カートリッジ)
半筒状カートリッジは、電池積層体を収容するためのものである。
(Semi-cylindrical cartridge)
The semi-cylindrical cartridge is for accommodating the battery laminate.

本開示において、「半筒状」とは、筒状の部材が縦方向(軸方向)に沿って分割された形状をいい、必ずしも筒状の部材の二分の一の部分の形状を意味する用語ではない。また、「筒状」は、円筒状であってもよく、角筒状であってもよい。 In the present disclosure, the term "semi-cylindrical" means a shape in which a tubular member is divided along a vertical direction (axial direction), and does not necessarily mean a shape of a half portion of the tubular member. is not. Further, the "cylindrical shape" may be a cylindrical shape or a square tubular shape.

半筒状カートリッジの端部は、例えば、図1(a)に示されている半筒状カートリッジ11の両端のように両方共に完全に開放されていてもよく、又は少なくとも一端が部分的に開放されていてもよい。後者の場合、半筒状カートリッジの部分的に開放して端部を通して、電池積層体の積層方向の端面に電極端子を接続できる程度の大きさで開放されてよい。 Both ends of the semi-cylindrical cartridge may be fully open, for example at both ends of the semi-cylindrical cartridge 11 shown in FIG. 1 (a), or at least one end may be partially open. It may have been done. In the latter case, the semi-cylindrical cartridge may be partially opened and opened to such an extent that the electrode terminals can be connected to the end face of the battery laminate in the stacking direction through the end portion.

半筒状カートリッジを構成する材料は、絶縁性のものが好ましい。特に金属製の筒状外装体を用いる場合、筒状外装体と集電体層との短絡を防止できるから好ましい。なお、「絶縁性」とは、電子絶縁性及びイオン絶縁性の両方を指す。 The material constituting the semi-cylindrical cartridge is preferably an insulating material. In particular, when a metal tubular exterior body is used, it is preferable because it can prevent a short circuit between the tubular exterior body and the current collector layer. In addition, "insulation property" refers to both electron insulation property and ion insulation property.

より具体的には、半筒状カートリッジを構成する材料は、例えば、樹脂又はセラミックスであってよい。樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリウレタン、テフロン(登録商標)、アクリル、ポリフェニルスルホン、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ピーク、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリアミドイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、又はポリフッ化ビニリデン等が挙げられるが、これらに限定されない。また、セラミックスとしては、例えば、アルミナ、シリカ、又はジルコニア等が挙げられるが、これらに限定されない。 More specifically, the material constituting the semi-cylindrical cartridge may be, for example, resin or ceramics. Examples of the resin include polypropylene, polyethylene, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyurethane, Teflon (registered trademark), acrylic, polyphenylsulfone, polysulfone, polyarylate, polyetherimide, peak, polyphenylene sulfide (PPS), polyamideimide, and the like. Examples thereof include, but are not limited to, polytetrafluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene, polyvinylidene fluoride and the like. Further, examples of the ceramics include, but are not limited to, alumina, silica, zirconia and the like.

(筒状外装体)
筒状外装体は、電池積層体及び半筒状カートリッジを収容するためのものである。
(Cylindrical exterior)
The tubular exterior body is for accommodating a battery laminate and a semi-cylindrical cartridge.

筒状外装体は、一方の端部が開口端部である。例えば、図1(a)に示されている筒状外装体12は、一方の端部12aが開口端部である。 One end of the tubular exterior body is an open end. For example, in the tubular exterior body 12 shown in FIG. 1A, one end 12a is an open end.

筒状外装体の開口端部は、後述する工程(c)では、半筒状カートリッジ及び電池積層体を筒状外装体に挿入する際の通り道になる。そして、後述する工程(e)では、この開口端部を通して、電池積層体の積層方向の端面に電極端子を接続することができる。 The open end of the tubular exterior body serves as a path for inserting the semi-cylindrical cartridge and the battery laminate into the tubular exterior body in the step (c) described later. Then, in the step (e) described later, the electrode terminals can be connected to the end faces of the battery laminate in the stacking direction through the open end portion.

なお、本開示において、「開口」の状態は、全部開放されている状態であってもよく、部分的に開放されている状態であってもよい。 In the present disclosure, the state of "opening" may be a state of being completely open or a state of being partially open.

また、筒状外装体の開口端部以外のもう一方の端部は、開口端部であってもよく、例えば電極端子等の必要な部品で封をしている端部であってもよい。このもう一方の端部が開口端部である場合、後述する工程(c)での半筒状カートリッジ及び電池積層体を筒状外装体に挿入して、回転される前までに、例えば電極端子等の必要な部品で封をすることができる。 Further, the other end of the tubular exterior body other than the open end may be an open end, or may be an end sealed with a necessary component such as an electrode terminal. When the other end is an open end, the semi-cylindrical cartridge and the battery laminate in the step (c) described later are inserted into the tubular exterior body, and before being rotated, for example, an electrode terminal. It can be sealed with necessary parts such as.

筒状外装体を構成する材料は、特に限定されず、例えば金属又は繊維強化プラスチックであってもよい。金属としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等適当な剛性を有する材料が挙げられるが、これらに限定されない。繊維強化プラスチックとしては、例えば、炭素繊維強化プラスチック、ボロン繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチック、ポリエチレン繊維強化プラスチック、ザイロン強化プラスチック等が挙げられるが、これらに限定されない。 The material constituting the tubular exterior body is not particularly limited, and may be, for example, metal or fiber reinforced plastic. Examples of the metal include, but are not limited to, materials having appropriate rigidity such as aluminum, aluminum alloy, and stainless steel. Examples of the fiber reinforced plastic include, but are not limited to, carbon fiber reinforced plastic, boron fiber reinforced plastic, aramid fiber reinforced plastic, polyethylene fiber reinforced plastic, and Zylon reinforced plastic.

筒状外装体は、その内壁に、絶縁層を更に有していてもよい。絶縁層は、特に限定されず、例えば絶縁性フィルム層又は絶縁性樹脂層であってもよい。特に金属製の筒状外装体を用いる場合、その内壁に絶縁層を更に有している態様は、筒状外装体と集電体層との短絡を防止できるから好ましい。なお、絶縁層の代わりに、絶縁性のカートリッジを用いること、又は電池積層体の各層の端部に対して絶縁処理を行うことで、短絡を防止することも可能である。 The tubular exterior body may further have an insulating layer on its inner wall. The insulating layer is not particularly limited, and may be, for example, an insulating film layer or an insulating resin layer. In particular, when a metal tubular exterior body is used, an embodiment having an insulating layer on the inner wall thereof is preferable because it can prevent a short circuit between the tubular exterior body and the current collector layer. It is also possible to prevent a short circuit by using an insulating cartridge instead of the insulating layer or by performing an insulating treatment on the end of each layer of the battery laminate.

(保持具)
保持具は、半筒状カートリッジ及び筒状外装体を保持できるものであれば、特に限定されず、いかなる態様であってよい。
(Holder)
The holder is not particularly limited as long as it can hold the semi-cylindrical cartridge and the tubular exterior body, and may be in any embodiment.

また、保持具は、半筒状カートリッジ及び筒状外装体を保持している状態で回転可能なものであってよい。 Further, the holder may be rotatable while holding the semi-cylindrical cartridge and the tubular exterior body.

例えば、図1(a)に示されている保持具30は、半筒状カートリッジ11及び筒状外装体12を保持することができる。この場合、保持具30は、半筒状カートリッジ11及び筒状外装体12の接続の保持箇所30aにおいて、回転可能である。 For example, the holder 30 shown in FIG. 1 (a) can hold the semi-cylindrical cartridge 11 and the tubular exterior body 12. In this case, the holder 30 is rotatable at the holding portion 30a of the connection between the semi-cylindrical cartridge 11 and the tubular exterior body 12.

〈工程(b)〉
工程(b)では、半筒状カートリッジを、保持具に斜めの状態で保持し、そして保持具に斜めの状態で保持されている半筒状カートリッジ内おいて、単位電池又は単位電池を構成する1又は複数の層を順に積層して、電池積層体を形成し、それによって半筒状カートリッジに電池積層体を収容する。
<Step (b)>
In the step (b), the semi-cylindrical cartridge is held in the holder in an oblique state, and is placed in the semi-cylindrical cartridge held in the holder in an oblique state to form a unit battery or a unit battery. One or a plurality of layers are laminated in order to form a battery laminate, whereby the battery laminate is housed in a semi-cylindrical cartridge.

図1(b)は、工程(b)の一形態を示すイメージ図である。図1(b)では、半筒状カートリッジ11を、保持具30に斜めの状態で保持し、そして保持具30に斜めの状態で保持されている半筒状カートリッジ11内おいて、単位電池を構成する複数の層を順に積層して、電池積層体20を形成し、それによって半筒状カートリッジ11に電池積層体20を収容する態様が示されている。 FIG. 1B is an image diagram showing one form of step (b). In FIG. 1B, the semi-cylindrical cartridge 11 is held in the holder 30 in an oblique state, and the unit battery is placed in the semi-cylindrical cartridge 11 held in the holder 30 in an oblique state. An embodiment is shown in which a plurality of constituent layers are sequentially laminated to form a battery laminate 20, whereby the battery laminate 20 is housed in a semi-cylindrical cartridge 11.

このように、工程(b)では、単位電池又は単位電池を構成する1又は複数の層を順に積層して、半筒状カートリッジ内に電池積層体を形成することによって、電池積層体を構成する層の端部と半筒状カートリッジとの摩擦による材料の脱落を抑制することができる。 As described above, in the step (b), the unit battery or one or a plurality of layers constituting the unit battery are sequentially laminated to form the battery laminate in the semi-cylindrical cartridge, thereby forming the battery laminate. It is possible to prevent the material from falling off due to friction between the end of the layer and the semi-cylindrical cartridge.

また、半筒状カートリッジが斜めの状態で保持されているため、単位電池又は単位電池を構成する1又は複数の層を順に積層する際に、各層の自重で積層の位置を揃え易い。 Further, since the semi-cylindrical cartridge is held in an oblique state, when stacking one or a plurality of layers constituting the unit battery or the unit battery in order, it is easy to align the stacking positions by the weight of each layer.

本開示において、「斜めの状態」とは、そのものの長手方向が水平方向と平行でも垂直でもない方向の状態を指し、そのもの長手方向が水平方向との間の角度が0°超90°未満である。 In the present disclosure, the "oblique state" refers to a state in which the longitudinal direction of the object is neither parallel nor perpendicular to the horizontal direction, and the angle between the longitudinal direction of the object and the horizontal direction is more than 0 ° and less than 90 °. be.

例えば、半筒状カートリッジの斜めの状態とは、半筒状カートリッジの長手方向(軸方向)が、水平方向と平行でも垂直でもない方向の状態を指し、半筒状カートリッジの長手方向と水平方向との間の角度が0°超90°未満である。この角度は、より具体的には例えば0°超、15°以上、30°以上、45°以上、60°以上、又は75°以上であってよく、また90°未満、75°以下、60°以下、45°以下、30°以下、又は15°以下であってよい。 For example, the oblique state of the semi-cylindrical cartridge means that the longitudinal direction (axial direction) of the semi-cylindrical cartridge is neither parallel nor vertical to the horizontal direction, and the longitudinal direction and the horizontal direction of the semi-cylindrical cartridge. The angle between and is greater than 0 ° and less than 90 °. More specifically, this angle may be, for example, more than 0 °, 15 ° or more, 30 ° or more, 45 ° or more, 60 ° or more, or 75 ° or more, and less than 90 °, 75 ° or less, 60 °. Hereinafter, it may be 45 ° or less, 30 ° or less, or 15 ° or less.

なお、工程(b)の後であって、工程(c)の前に、半筒状カートリッジからの露出している電池積層体の部分に、対になる1つ又は複数の半筒状カートリッジを用いて被せてよい。これによって、電池積層体が2つの半筒状カートリッジによって収容されるため、工程(c)で、これを筒状外装体に挿入する際に、電池積層体の端部は、完全に保護され、材料の脱落の心配が抑制される。 After the step (b) and before the step (c), one or a plurality of paired semi-cylindrical cartridges are placed on the exposed battery laminate portion from the semi-cylindrical cartridge. You may use and cover it. As a result, the battery laminate is housed by the two semi-cylindrical cartridges, so that when the battery laminate is inserted into the tubular exterior in step (c), the ends of the battery laminate are completely protected. The worry of material falling off is suppressed.

また、単位電池を構成する層のうちの活物質層及び固体電解質層は、それぞれの構成材料を圧粉成形(プレス成形)することによって、形成することができる。 Further, the active material layer and the solid electrolyte layer among the layers constituting the unit battery can be formed by powder forming (press forming) each constituent material.

例えば、正極活物質、並びに必要に応じて用いる固体電解質、導電助剤、及びバインダー等の全固体電池の正極活物質層に用いられる添加剤を含む構成材料を、圧粉成形することによって、正極活物質層を形成することができる。また、負極活物質、並びに必要に応じて用いる固体電解質、導電助剤、及びバインダー等の全固体電池の負極活物質層に用いられる添加剤を含む構成材料を、圧粉成形することによって、負極活物質層を形成することができる。また、固体電解質、並びに必要に応じて用いる導電助剤及びバインダー等の全固体電池の固体電解質層に用いられる添加剤を含む構成材料を、圧粉成形することによって、固体電解質層を形成することができる。 For example, a positive electrode is formed by compacting a constituent material containing a positive electrode active material and an additive used for the positive electrode active material layer of an all-solid-state battery such as a solid electrolyte, a conductive auxiliary agent, and a binder, which are used as needed. An active material layer can be formed. Further, the negative electrode is formed by powder molding a constituent material containing a negative electrode active material and an additive used for the negative electrode active material layer of an all-solid-state battery such as a solid electrolyte, a conductive auxiliary agent, and a binder, which are used as needed. An active material layer can be formed. Further, a solid electrolyte layer is formed by powder molding a constituent material containing a solid electrolyte and additives used for the solid electrolyte layer of an all-solid-state battery such as a conductive auxiliary agent and a binder used as needed. Can be done.

〈工程(c)〉
工程(c)では、電池積層体の軸と筒状外装体の軸とが直線上に並ぶようにし、筒状外装体の下側の開口端部を通して、半筒状カートリッジ及び電池積層体を、斜めの状態で、筒状外装体に挿入する。
<Step (c)>
In the step (c), the axis of the battery laminate and the axis of the tubular exterior body are aligned in a straight line, and the semi-cylindrical cartridge and the battery laminate are inserted through the lower opening end of the tubular exterior body. Insert it into the tubular exterior body at an angle.

図1(c)は、工程(c)の一形態を示すイメージ図である。図1(c)では、電池積層体20の軸と筒状外装体12の軸とが直線上に並ぶようにし、筒状外装体12の下側の開口端部12aを通して、半筒状カートリッジ11及び電池積層体20を、斜めの状態で、筒状外装体12に挿入した態様が示されている。 FIG. 1 (c) is an image diagram showing one form of step (c). In FIG. 1 (c), the shaft of the battery laminate 20 and the shaft of the tubular exterior body 12 are arranged in a straight line, and the semi-cylindrical cartridge 11 is passed through the lower opening end portion 12a of the tubular exterior body 12. The mode in which the battery laminate 20 is inserted into the tubular exterior body 12 in an oblique state is shown.

ここで、「電池積層体の軸」とは、電池積層体の積層方向の中心軸を指す。また、「筒状外装体の軸」とは、筒状外装体の長手方向の中心軸を指す。 Here, the "axis of the battery laminate" refers to the central axis in the stacking direction of the battery laminate. Further, the "axis of the tubular exterior body" refers to the central axis in the longitudinal direction of the tubular exterior body.

また、挿入手段は、特に限定されず、半筒状カートリッジ及び電池積層体を押し込むよう行ってよい。 Further, the insertion means is not particularly limited, and the semi-cylindrical cartridge and the battery laminate may be pushed in.

例えば、図1(c)に示されているように、押し込み棒31によって、半筒状カートリッジ及び電池積層体を筒状外装体に押し込むように挿入している。 For example, as shown in FIG. 1 (c), the semi-cylindrical cartridge and the battery laminate are inserted into the tubular exterior body by the push rod 31.

このように、工程(c)では、半筒状カートリッジに電池積層体が収容されている状態で、半筒状カートリッジ及び電池積層体を筒状外装体に挿入することによって、電池積層体端部と筒状外装体との摩擦を防止することができる。したがって、摩擦による電池積層体の端部からの材料の脱落を抑制できると共に、摩擦による筒状外装体の汚れを防止できる。 As described above, in the step (c), the battery laminate end portion is inserted by inserting the semi-cylindrical cartridge and the battery laminate into the tubular exterior body while the battery laminate is housed in the semi-cylindrical cartridge. And friction with the tubular exterior body can be prevented. Therefore, it is possible to suppress the material from falling off from the end portion of the battery laminate due to friction, and it is possible to prevent the tubular exterior body from being contaminated due to friction.

〈工程(d)〉
工程(d)では、筒状外装体が保持具に保持されている状態で又は筒状外装体を保持具から取り外した後で、半筒状カートリッジ及び電池積層体を収容している筒状外装体を回転させて、筒状外装体の開口端部が上向きになるようにする。
<Step (d)>
In step (d), the tubular exterior body contains the semi-cylindrical cartridge and the battery laminate while the tubular exterior body is held by the holder or after the tubular exterior body is removed from the holder. Rotate the body so that the open end of the tubular exterior is facing up.

図1(d)は、工程(d)の一形態を示すイメージ図である。図1(d)では、筒状外装体12が保持具30に保持されている状態で、半筒状カートリッジ11及び電池積層体20を収容している筒状外装体12を回転させて、筒状外装体12の開口端部12aが上向きになるようにする態様が示されている。 FIG. 1D is an image diagram showing one form of step (d). In FIG. 1D, in a state where the tubular exterior body 12 is held by the holder 30, the cylindrical exterior body 12 accommodating the semi-cylindrical cartridge 11 and the battery laminate 20 is rotated to form a cylinder. An aspect is shown in which the open end portion 12a of the outer body 12 is directed upward.

また、上述した工程(c)で、半筒状カートリッジ及び電池積層体を筒状外装体に挿入した後、電池積層体を電極端子等に押し当てた状態で、半筒状カートリッジ及び電池積層体を収容している筒状外装体を回転させることが好ましい。 Further, in the step (c) described above, after the semi-cylindrical cartridge and the battery laminate are inserted into the tubular exterior body, the semi-cylindrical cartridge and the battery laminate are pressed against the electrode terminals and the like. It is preferable to rotate the tubular exterior body that houses the battery.

筒状外装体を回転させる方向は、特に限定されず、筒状外装体の斜めの状態に合わせて、筒状外装体の開口端部が最も早く上向きになるように回転させることが好ましい。例えば、正面からみたとき、筒状外装体の開口端部が左斜め下に向いている場合、筒状外装体を時計回りに回転させてよく、筒状外装体の開口端部が右斜め下に向いている場合、筒状外装体を反時計回りに回転させてよい。 The direction in which the tubular exterior body is rotated is not particularly limited, and it is preferable to rotate the tubular exterior body so that the open end portion of the tubular exterior body faces upward most quickly according to the oblique state of the tubular exterior body. For example, when viewed from the front, if the open end of the tubular exterior is facing diagonally downward to the left, the tubular exterior may be rotated clockwise and the open end of the tubular exterior is diagonally downward to the right. If facing, the tubular exterior may be rotated counterclockwise.

筒状外装体を回転させた後、上述した工程(c)の挿入手段に用いたもの、例えば図1(c)に示されている押し込み棒31、を取り外して、必要な部品で筒状外装体を密閉することが好ましい。 After rotating the tubular exterior body, the one used for the insertion means in the above-mentioned step (c), for example, the push rod 31 shown in FIG. 1 (c), is removed, and the tubular exterior body is made of necessary parts. It is preferable to seal the body.

〈工程(e)〉
工程(e)では、筒状外装体の開口端部を通して、電池積層体の積層方向の端面に電極端子を接続する。
<Process (e)>
In the step (e), the electrode terminals are connected to the end face of the battery laminate in the stacking direction through the open end of the tubular exterior body.

図1(e)は、工程(e)の一形態を示すイメージ図である。図1(e)では、筒状外装体12の開口端部12aを通して、電池積層体20の積層方向の端面に電極端子14を接続する態様が示されている。 FIG. 1 (e) is an image diagram showing one form of the step (e). FIG. 1 (e) shows an embodiment in which the electrode terminal 14 is connected to the end face of the battery laminate 20 in the stacking direction through the open end portion 12a of the tubular exterior body 12.

なお、電極端子を接続する前に、必要に応じてその他部品を取り付けてもよい。例えば、図1(e)に示されているように、電極端子14を接続する前に、電極プレート16、及び金属バネ等の導電性の弾性体15等を取り付けてよい。 If necessary, other parts may be attached before connecting the electrode terminals. For example, as shown in FIG. 1 (e), an electrode plate 16, a conductive elastic body 15 such as a metal spring, or the like may be attached before connecting the electrode terminal 14.

電極端子を接続することによって、電池積層体で発生した電力を外部に取り出すことができる。 By connecting the electrode terminals, the electric power generated by the battery laminate can be taken out to the outside.

また、電極端子としては、集電体層としての機能も有するものを用いることができる。この場合、電池積層体の積層方向の端面に位置するのは、集電体層ではなく、正極活物質層又は負極活物質層であり、これらの活物質層に、集電体層としての機能も有する電極端子を接続するようにしてもよい。 Further, as the electrode terminal, one having a function as a current collector layer can be used. In this case, it is not the current collector layer but the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer that is located at the end face in the stacking direction of the battery laminate, and these active material layers function as the current collector layer. You may connect the electrode terminal which also has.

また、工程(e)の前、途中、又は後に、プレス工程をさらに含むことが好ましい。プレス工程は、電池積層体の積層方向に電池積層体をプレスする工程である。 Further, it is preferable to further include a pressing step before, during, or after the step (e). The pressing step is a step of pressing the battery laminate in the stacking direction of the battery laminate.

この場合、例えば図1(e)に示されている電池積層体20において、工程(e)の前、途中、又は後に、積層方向にそって、かつ電極端子13が接続されている端面に向けて、電池積層体20をプレスしてよい(図示せず)。 In this case, for example, in the battery laminate 20 shown in FIG. 1 (e), before, during, or after the step (e), along the stacking direction and toward the end face to which the electrode terminal 13 is connected. The battery laminate 20 may be pressed (not shown).

このように、本開示の方法によって、製造時における材料の脱落を抑制できる直列積層型全固体電池を製造することができる。 As described above, according to the method of the present disclosure, it is possible to manufacture a series-stacked all-solid-state battery capable of suppressing the material from falling off during manufacturing.

《直列積層型全固体電池》
上述した方法によって製造される本開示の全固体電池は、単位電池を2以上直列に積層してなる電池積層体を有する。
<< Series-stacked all-solid-state battery >>
The all-solid-state battery of the present disclosure manufactured by the above-mentioned method has a battery laminate in which two or more unit batteries are laminated in series.

ここで、単位電池は、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層をこの順に積層することによって構成されている。 Here, the unit battery is configured by laminating a positive electrode current collector layer, a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode active material layer, and a negative electrode current collector layer in this order.

図2は、本開示にかかる電池積層体の一形態を示す概略断面図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing one form of the battery laminate according to the present disclosure.

図2に示されている電池積層体10は、3つの単位電池6a、6b及び6cを直列に積層してなる。また、単位電池6aは、正極/負極集電体層1a、負極活物質層2a、固体電解質層3a、正極活物質層4a、及び正極/負極集電体層5aをこの順に積層することによって構成されている。単位電池6bは、正極/負極集電体層1b、負極活物質層2b、固体電解質層3b、正極活物質層4b、及び正極/負極集電体層5bをこの順に積層することによって構成されている。単位電池6cは、正極/負極集電体層1c、負極活物質層2c、固体電解質層3c、正極活物質層4c、及び正極/負極集電体層5cをこの順に積層することによって構成されている。 The battery laminate 10 shown in FIG. 2 is formed by laminating three unit batteries 6a, 6b and 6c in series. Further, the unit battery 6a is configured by laminating a positive electrode / negative electrode current collector layer 1a, a negative electrode active material layer 2a, a solid electrolyte layer 3a, a positive electrode active material layer 4a, and a positive electrode / negative electrode current collector layer 5a in this order. Has been done. The unit battery 6b is configured by laminating a positive electrode / negative electrode current collector layer 1b, a negative electrode active material layer 2b, a solid electrolyte layer 3b, a positive electrode active material layer 4b, and a positive electrode / negative electrode current collector layer 5b in this order. There is. The unit battery 6c is configured by laminating a positive electrode / negative electrode current collector layer 1c, a negative electrode active material layer 2c, a solid electrolyte layer 3c, a positive electrode active material layer 4c, and a positive electrode / negative electrode current collector layer 5c in this order. There is.

2以上の単位電池を直列に積層する際に、積層方向に隣接する2つの単位電池は、正極及び負極集電体層の両方として用いられる正極/負極集電体層を共有してもよい。 When two or more unit batteries are stacked in series, the two unit batteries adjacent to each other in the stacking direction may share a positive electrode / negative electrode current collector layer used as both a positive electrode and a negative electrode current collector layer.

すなわち、電池積層体は、積層方向において、負極集電体層(又は正極/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/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(又は正極/負極集電体層)を、この順で積層して電池積層体を形成することができる。この場合において、「正極/負極集電体層」は、正極及び負極集電体層の両方として用いられるため、本開示でいう「正極集電体層」又は「負極集電体層」のいずれにも当てはまる。 That is, in the stacking direction, the battery laminate has a negative electrode current collector layer (or positive electrode / negative electrode current collector layer), a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, a positive electrode / negative electrode current collector layer, and a negative electrode. The active material layer, the solid electrolyte layer, the positive electrode active material layer, and the positive electrode current collector layer (or the positive electrode / negative electrode current collector layer) can be laminated in this order to form a battery laminate. In this case, since the "positive electrode / negative electrode current collector layer" is used as both the positive electrode and the negative electrode current collector layer, either the "positive electrode current collector layer" or the "negative electrode current collector layer" referred to in the present disclosure. Also applies.

例えば、図2に示されているように、単位電池6aと単位電池6bは、正極/負極集電体層5a(1b)を共有しており、単位電池6bと単位電池6cは、正極/負極集電体層5b(1c)を共有している。 For example, as shown in FIG. 2, the unit battery 6a and the unit battery 6b share a positive electrode / negative electrode current collector layer 5a (1b), and the unit battery 6b and the unit battery 6c share a positive electrode / negative electrode. The current collector layer 5b (1c) is shared.

なお、各々の単位電池の間にかような正極/負極集電体を共有しなくてもよく、その場合、隣接する活物質層に合わせて正極集電体層及び負極集電体層を設け、これらが互いに電気的に接触するようにすることができる(図示せず)。 It is not necessary to share such a positive electrode / negative electrode current collector between the unit batteries, and in that case, a positive electrode current collector layer and a negative electrode current collector layer are provided in accordance with the adjacent active material layer. , These can be brought into electrical contact with each other (not shown).

本開示において、電池積層体が、積層方向に拘束されていることができる。これによって、充放電の際に、全固体電池積層体の各層の内部及び各層の間における、イオン及び電子の伝導性を改良して、電池反応をより促進することができる。 In the present disclosure, the battery laminate can be constrained in the stacking direction. Thereby, at the time of charging / discharging, the conductivity of ions and electrons can be improved inside each layer of the all-solid-state battery laminate and between each layer, and the battery reaction can be further promoted.

また、電池積層体の形状は、特に限定されず、例えば、コイン型、ラミネート型、円柱型及び角型等であってもよい。 The shape of the battery laminate is not particularly limited, and may be, for example, a coin type, a laminated type, a cylindrical type, a square type, or the like.

単位電池を構成する各層の構成材料の具体例は、以下のように説明する。なお、本開示を容易に理解するために、全固体リチウムイオン二次電池に用いられる単位電池を例として説明するが、本開示の全固体電池は、リチウムイオン二次電池に限定されず、幅広く適用できる。 Specific examples of the constituent materials of each layer constituting the unit battery will be described as follows. In order to easily understand the present disclosure, a unit battery used for the all-solid-state lithium-ion secondary battery will be described as an example, but the all-solid-state battery of the present disclosure is not limited to the lithium-ion secondary battery and is widely used. Applicable.

(正極集電体層)
正極集電体層に用いられる導電性材料は、特に限定されず、全固体電池に使用できるものを適宜採用されうる。例えば、正極集電体層に用いられる導電性材料は、SUS、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、又はカーボン等であってよいが、これらに限定されない。
(Positive current collector layer)
The conductive material used for the positive electrode current collector layer is not particularly limited, and any material that can be used for an all-solid-state battery can be appropriately adopted. For example, the conductive material used for the positive electrode current collector layer may be, but is not limited to, SUS, aluminum, copper, nickel, iron, titanium, carbon, or the like.

正極集電体層の形状として、特に限定されず、例えば、箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができる。これらの中で、箔状が好ましい。 The shape of the positive electrode current collector layer is not particularly limited, and examples thereof include a foil shape, a plate shape, and a mesh shape. Of these, foil-like is preferable.

(正極活物質層)
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含み、好ましくは後述する固体電解質をさらに含む。そのほか、使用用途や使用目的等に合わせて、例えば、導電助剤又はバインダー等の全固体電池の正極活物質層に用いられる添加剤を含むことができる。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer contains at least a positive electrode active material, and preferably further contains a solid electrolyte described later. In addition, an additive used for the positive electrode active material layer of an all-solid-state battery such as a conductive auxiliary agent or a binder can be included according to the intended use and purpose of use.

正極活物質の材料として、特に限定されない。例えば、正極活物質は、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMn)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、Li1+xMn2-x-y(Mは、Al、Mg、Co、Fe、Ni、及びZnから選ばれる1種以上の金属元素)で表される組成の異種元素置換Li-Mnスピネル等であってよいが、これらに限定されない。 The material of the positive electrode active material is not particularly limited. For example, the positive electrode active material is lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li 1 + x. Different element substitution Li-Mn spinel having a composition represented by Mn 2- xy My O 4 (M is one or more metal elements selected from Al, Mg, Co, Fe, Ni, and Zn) and the like. However, it is not limited to these.

導電助剤としては、特に限定されない。例えば、導電助剤は、VGCF(気相成長法炭素繊維、Vapor Grown Carbon Fiber)及びカーボンナノ繊維等の炭素材並びに金属材等であってよいが、これらに限定されない。 The conductive auxiliary agent is not particularly limited. For example, the conductive auxiliary agent may be, but is not limited to, a carbon material such as VGCF (vapor grown carbon fiber) and carbon nanofibers, and a metal material.

バインダーとしては、特に限定されない。例えば、バインダーは、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ブタジエンゴム(BR)若しくはスチレンブタジエンゴム(SBR)等の材料、又はこれらの組合せであってよいが、これらに限定されない。 The binder is not particularly limited. For example, the binder may be, but is not limited to, a material such as polyvinylidene fluoride (PVdF), carboxymethyl cellulose (CMC), butadiene rubber (BR) or styrene butadiene rubber (SBR), or a combination thereof.

(固体電解質層)
固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含む。固体電解質として、特に限定されず、全固体電池の固体電解質として利用可能な材料を用いることができる。例えば、固体電解質は、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、又はポリマー電解質等であってよいが、これらに限定されない。
(Solid electrolyte layer)
The solid electrolyte layer contains at least a solid electrolyte. The solid electrolyte is not particularly limited, and a material that can be used as a solid electrolyte for an all-solid-state battery can be used. For example, the solid electrolyte may be, but is not limited to, a sulfide solid electrolyte, an oxide solid electrolyte, a polymer electrolyte, or the like.

硫化物固体電解質の例として、硫化物系非晶質固体電解質、硫化物系結晶質固体電解質、又はアルジロダイト型固体電解質等が挙げられるが、これらに限定されない。具体的な硫化物固体電解質の例として、LiS-P系(Li11、LiPS、Li等)、LiS-SiS、LiI-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiBr-LiS-P、LiS-P-GeS(Li13GeP16、Li10GeP12等)、LiI-LiS-P、LiI-LiPO-P、Li7-xPS6-xCl等;又はこれらの組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されない。 Examples of the sulfide solid electrolyte include, but are not limited to, a sulfide-based amorphous solid electrolyte, a sulfide-based crystalline solid electrolyte, and an argylodite-type solid electrolyte. As specific examples of sulfide solid electrolytes, Li 2 SP 2 S 5 series (Li 7 P 3 S 11 , Li 3 PS 4 , Li 8 P 2 S 9 , etc.), Li 2 S-SiS 2 , Li I -Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 SP 2 S 5 , LiI-LiBr-Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 -GeS 2 (Li 13 GeP 3 S 16 ) , Li 10 GeP 2 S 12 , etc.), LiI-Li 2 SP 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 7-x PS 6-x Cl x , etc .; or a combination thereof. It can be mentioned, but is not limited to these.

酸化物固体電解質の例として、LiLaZr12、Li7-xLaZr1-xNb12、Li7-3xLaZrAl12、Li3xLa2/3-xTiO、Li1+xAlTi2-x(PO、Li1+xAlGe2-x(PO、LiPO、又はLi3+xPO4-x(LiPON)等が挙げられるが、これらに限定されない。 Examples of solid oxide electrolytes are Li 7 La 3 Zr 2 O 12, Li 7-x La 3 Zr 1-x Nb x O 12, Li 7-3 x La 3 Zr 2 Al x O 12 , Li 3 x La 2 / 3-x TiO 3 , Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 , Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 , Li 3 PO 4 or Li 3 + x PO 4-x N x (LiPON ), Etc., but are not limited to these.

(ポリマー電解質)
ポリマー電解質としては、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、及びこれらの共重合体等が挙げられるが、これらに限定されない。
(Polymer electrolyte)
Examples of the polymer electrolyte include, but are not limited to, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof.

固体電解質は、ガラスであっても、結晶化ガラス(ガラスセラミック)であってもよい。また、固体電解質層は、上述した固体電解質以外に、必要に応じてバインダー等を含んでもよい。具体例として、上述の「正極活物質層」で列挙された「バインダー」と同様であり、ここでは説明を省略する。 The solid electrolyte may be glass or crystallized glass (glass ceramic). Further, the solid electrolyte layer may contain a binder or the like, if necessary, in addition to the above-mentioned solid electrolyte. As a specific example, it is the same as the "binder" listed in the above-mentioned "positive electrode active material layer", and the description thereof is omitted here.

(負極活物質層)
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含み、好ましくは上述した固体電解質をさらに含む。そのほか、使用用途や使用目的等に合わせて、例えば、導電助剤又はバインダー等の全固体電池の負極活物質層に用いられる添加剤を含むことができる。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer contains at least the negative electrode active material, and preferably further contains the above-mentioned solid electrolyte. In addition, an additive used for the negative electrode active material layer of an all-solid-state battery such as a conductive auxiliary agent or a binder can be included according to the intended use and purpose of use.

負極活物質の材料として、特に限定されず、リチウムイオン等の金属イオンを吸蔵及び放出可能であることが好ましい。例えば、負極活物質は、合金系負極活物質又は炭素材料等であってよいが、これらに限定されない。 The material of the negative electrode active material is not particularly limited, and it is preferable that metal ions such as lithium ions can be occluded and released. For example, the negative electrode active material may be an alloy-based negative electrode active material, a carbon material, or the like, but is not limited thereto.

合金系負極活物質として、特に限定されず、例えば、Si合金系負極活物質、又はSn合金系負極活物質等が挙げられる。Si合金系負極活物質には、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素炭化物、ケイ素窒化物、又はこれらの固溶体等がある。また、Si合金系負極活物質には、ケイ素以外の元素、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Sn、Ti等を含むことができる。Sn合金系負極活物質には、スズ、スズ酸化物、スズ窒化物、又はこれらの固溶体等がある。また、Sn合金系負極活物質には、スズ以外の元素、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Ti、Si等を含むことができる。これらの中で、Si合金系負極活物質が好ましい。 The alloy-based negative electrode active material is not particularly limited, and examples thereof include a Si alloy-based negative electrode active material and a Sn alloy-based negative electrode active material. Examples of the Si alloy-based negative electrode active material include silicon, silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride, and a solid solution thereof. Further, the Si alloy-based negative electrode active material may contain elements other than silicon, for example, Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Cu, Zn, Ge, In, Sn, Ti and the like. Sn alloy-based negative electrode active materials include tin, tin oxide, tin nitride, and solid solutions thereof. Further, the Sn alloy-based negative electrode active material may contain elements other than tin, for example, Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Cu, Zn, Ge, In, Ti, Si and the like. Among these, a Si alloy-based negative electrode active material is preferable.

炭素材料として、特に限定されず、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、又はグラファイト等が挙げられる。 The carbon material is not particularly limited, and examples thereof include hard carbon, soft carbon, graphite, and the like.

負極活物質層に用いられる固体電解質、導電助剤、バインダー等その他の添加剤については、上述した「正極活物質層」及び「固体電解質層」の項目で説明したものを適宜採用することができる。 As the solid electrolyte, the conductive auxiliary agent, the binder and other additives used for the negative electrode active material layer, those described in the above-mentioned "Positive electrode active material layer" and "Solid electrolyte layer" can be appropriately adopted. ..

(負極集電体層)
負極集電体層に用いられる導電性材料は、特に限定されず、全固体電池に使用できるものを適宜採用されうる。例えば、負極集電体層に用いられる導電性材料は、SUS、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、又はカーボン等であってよいが、これらに限定されない。
(Negative electrode current collector layer)
The conductive material used for the negative electrode current collector layer is not particularly limited, and any material that can be used for an all-solid-state battery can be appropriately adopted. For example, the conductive material used for the negative electrode current collector layer may be, but is not limited to, SUS, aluminum, copper, nickel, iron, titanium, carbon, or the like.

負極集電体層の形状として、特に限定されず、例えば、箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができる。これらの中で、箔状が好ましい。 The shape of the negative electrode current collector layer is not particularly limited, and examples thereof include a foil shape, a plate shape, and a mesh shape. Of these, foil-like is preferable.

なお、負極活物質層の大きさは、正極活物質層の大きさと同じであってもよく、異なっていてもよいが、充電時に正極活物質層から放出された金属イオンを負極活物質層に確実かつスムーズに移動できる観点から、負極活物質層の大きさは、正極活物質層の大きさよりも大きく設定されることが好ましい。 The size of the negative electrode active material layer may be the same as or different from the size of the positive electrode active material layer, but the metal ions released from the positive electrode active material layer during charging are used as the negative electrode active material layer. From the viewpoint of reliable and smooth movement, the size of the negative electrode active material layer is preferably set to be larger than the size of the positive electrode active material layer.

また、正極集電体層、負極集電体層又は正極/負極集電体層の大きさは、固体電解質層の大きさと同じように設定されてもよい(図示せず)。 Further, the size of the positive electrode current collector layer, the negative electrode current collector layer, or the positive electrode / negative electrode current collector layer may be set to be the same as the size of the solid electrolyte layer (not shown).

1a、5a、1b、5b、1c、5c 正極/負極集電体層
2a、2b、2c、2d、2e 負極活物質層
3a、3b、3c、3d、3e 固体電解質層
4a、4b、4c、4d、4e 正極活物質層
6a、6b、6c 単位電池
10、20 電池積層体
11 半筒状カートリッジ
12 筒状外装体
13、14 電極端子
15 弾性体
16 電極プレート
30 保持具
31 押し込み棒
1a, 5a, 1b, 5b, 1c, 5c Positive / Negative Electrode Collector Layer 2a, 2b, 2c, 2d, 2e Negative Electrode Active Material Layer 3a, 3b, 3c, 3d, 3e Solid Electrode Layer 4a, 4b, 4c, 4d 4e Positive electrode active material layer 6a, 6b, 6c Unit battery 10, 20 Battery laminate 11 Semi-cylindrical cartridge 12 Cylindrical exterior 13, 14 Electrode terminal 15 Electrode terminal 16 Electrode plate 30 Holder 31 Push rod

Claims (1)

下記工程(a)~(e)を含む、直列積層型全固体電池の製造方法:
(a)電池積層体を収容するための半筒状カートリッジ、前記電池積層体及び前記半筒状カートリッジを収容するための筒状外装体、並びに前記半筒状カートリッジ及び前記筒状外装体を保持するための保持具を提供すること、ここで、前記電池積層体は、直列に接続されている2以上の単位電池を有しており、前記単位電池は、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層をこの順に積層することによって構成されており、かつ前記筒状外装体は、一方の端部が開口端部である;
(b)前記半筒状カートリッジを、前記保持具に斜めの状態で保持し、そして前記保持具に斜めの状態で保持されている前記半筒状カートリッジ内おいて、前記単位電池又は前記単位電池を構成する1又は複数の層を順に積層して、前記電池積層体を形成し、それによって前記半筒状カートリッジに前記電池積層体を収容すること;
(c)前記電池積層体の軸と前記筒状外装体の軸とが直線上に並ぶようにし、前記筒状外装体の下側の開口端部を通して、前記半筒状カートリッジ及び前記電池積層体を、斜めの状態で、前記筒状外装体に挿入すること;
(d)前記筒状外装体が前記保持具に保持されている状態で又は前記筒状外装体を前記保持具から取り外した後で、前記半筒状カートリッジ及び前記電池積層体を収容している前記筒状外装体を回転させて、前記筒状外装体の前記開口端部が上向きになるようにすること;並びに
(e)前記筒状外装体の前記開口端部を通して、前記電池積層体の積層方向の端面に電極端子を接続すること。
A method for manufacturing a series-stacked all-solid-state battery, which comprises the following steps (a) to (e):
(A) Holds a semi-cylindrical cartridge for accommodating a battery laminate, a tubular exterior body for accommodating the battery laminate and the semi-cylindrical cartridge, and the semi-cylindrical cartridge and the tubular exterior body. Provided to provide a holder for the above, wherein the battery laminate has two or more unit batteries connected in series, wherein the unit battery is a positive electrode collector layer, a positive electrode active material. The layer, the solid electrolyte layer, the negative electrode active material layer, and the negative electrode current collector layer are laminated in this order, and one end of the tubular exterior body is an open end portion;
(B) The unit battery or the unit battery is placed in the semi-cylindrical cartridge which holds the semi-cylindrical cartridge in the holder in an oblique state and is held in the holder in an oblique state. To form the battery laminate by sequentially stacking one or a plurality of layers constituting the above, thereby accommodating the battery laminate in the semi-cylindrical cartridge;
(C) The semi-cylindrical cartridge and the battery laminate are arranged so that the shaft of the battery laminate and the axis of the tubular exterior body are aligned in a straight line, and the shaft of the semi-cylindrical cartridge and the battery laminate are passed through the lower opening end of the tubular exterior body. Is inserted into the tubular exterior body in an oblique state;
(D) The semi-cylindrical cartridge and the battery laminate are housed in a state where the tubular exterior body is held by the holder or after the tubular exterior body is removed from the holder. The tubular exterior is rotated so that the open end of the tubular exterior faces upward; and (e) through the open end of the tubular exterior of the battery laminate. Connect the electrode terminals to the end faces in the stacking direction.
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