JPH01107448A

JPH01107448A - 平面積層型固体電解質電池

Info

Publication number: JPH01107448A
Application number: JP62263459A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Kondo; 繁雄近藤; Tadashi Tonomura; 正外邨; Kazunori Takada; 和典高田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-10-19
Filing date: 1987-10-19
Publication date: 1989-04-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は平面積層型固体電解質電池の製造方法に関する
もので、さらに詳しくは、同一平面上に設置する電池電
極の構成材料と構成方法に関し、平面積層型固体電解質
電池の製造の合理化に際し、使用されるものである。

従来の技術固体電解質を使用した電気化学セル、特に固体電解質電
池の開発が最近盛んになって来ている。

なかでもイオン導電性固体電解質として、例えば、ｘ　
−Ｌ　ｉ　４Ｇ　ｅ　０４−　（１−ｘ　）　Ｌ　ｉ　
３０４を使用し、負極としてリチウム金属を、正極とし
てＴ　Ｉ　Ｓ　２を使用した固体リチウム二次電池ある
いはＲｂＣｕ４Ｉ２Ｌ、Ｃ１３＋工を固体電解質として
使用し、負極として銅金属を、正極としてＴ　Ｉ　Ｓ　
２を使用した固体二次電池の開発が盛んである。こうし
た固体二次電池の作成に関しては、大きく分けて二つの
方法が知られている。即ち、蒸着・スパッタ等、薄膜製
造装置を使用して作成する方法とプレス機械により加圧
成型して作成する方法がある。

一例として、固体リチウム二次電池の詳細な製造方法に
ついて述べる。

該電池に使用する固体電解質の作成に際しては、純度の
高いＬ１２ＣＯ３と５ｌｏ２さらにｖ２ｏ６粉末を所定
の含有量となるよう秤量し、有機溶媒中（例えば、ｎ−
ヘキサンを使用する。）に分散し、これらを充分に混合
する。然る後、有機溶媒を分離乾燥した後、５ｏｏｔ：
で加熱し、Ｃ０２が発生しなくなるまで、これらを熱分
解させる（通常、約１時間焼成加熱すると炭酸ガスの発
生は止まる。）その後、７００℃で約４０時間焼成する
と固溶体が得られる。これを冷却した後、粉砕し、数μ
の微粉末とする。更に、該微粉末を金型を用い、数ｔｏ
ｎ／＋−の圧力で所望の大きさ、厚さに加圧成型し、更
に１０００℃で約１時間焼成し固体電解質として使用す
る。こうして得た固体電解質の片面に正極物質として丁
ｌＳ２を用い、該活物質と固体電解質との混合物を加圧
成型して得た成型体を、もう一方の面に負極活物質であ
るリチウム金属を圧着して電池素子が構成される。又、
これら固体電解質電池の作成は、乾燥気体雰囲気中で行
う必要がある。以上の様に固体電解質電池の作成に際は
、極めて作業能率が悪く生産性に欠けるものであった。

このような問題を解決する為に、発明者らは固体電解質
および電極材料に弾性を有する結着材を用いた電解質シ
ートおよび電極シート更に、これらを使用したシート状
電池について提案した。

しかし、これらを使用し、電池を積層する場合、電池の
電極に極性が存在すると、電池の製造課程において正、
負電極の短絡に、特に注意する必要が存在する。

又、電池を平面積層するに際しては、通常の場合は第２
図に示した様に同一平面からなる絶縁性の基板（図中１
）上に設置したリード電極（図中２）上に正ＩＦＭ（図
中４）あるいは負極（図中３）のいずれかを設置すると
、負極（図中３）と正極（図中４′）を接続する為のリ
ード電極（図中６）にＡ点で段差を与え接続し、電池素
子を構成させる。

その際、当然、固体電解質層（図中６）は各々の電極間
に介在させ用いられるものである。然る後、全体をエポ
キシ樹脂等で電池をパッシベーション（図中９）し平面
積層型電池が作成されていた（（図中７．８は各々、正
極、負極端子を示す）。

発明が解決しようとする問題点本発明は、平面積層型固体電解質電池において、より正
極と負極の接続の信頼性を高める為にリード電極に段差
を与えずに、同一平面上で接続すると第１図に示した様
に隣り合わせに正極、負極を設置する必要があった。

同一平面基板上に種類の異なる電極を構成すると、特に
スクリーン印刷法、塗布法等により、電極を構成するに
あたっては、正極、負極材料の短絡に注意を払わなくて
はならない事、また正極。

負極の設置の２工程を経なければならないと言う問題を
有していた。

問題点を解決するための手段同一平面基板上に隣り合わせに存在する正極。

負極の活物質として同一の化学組成からなる材料（シェ
ブレル相化合物）を用い、平面積層型固体電解質電池を
作成する。然る後、素電池を充電し電池とする。

作　　　用正極、負極が同一化学組成の電極活物質からなる為、各
々の電極間には電位が生じず、また電極又は電極材料の
取シ扱い、特に正、負極の短絡に注意を払う必要が無く
なり、電池容量が一定した電池を提供する事が出来る。

更に、−度のプロセスで同一平面上に正極、負極を構成
させることが出来ると同時に正極、負極を接続させる電
極リードを段差を与えずに設置する事が出来る。

実施例以下、本発明内容について更に詳細に説明する。

本発明に使用される正極又は負極は同一化学組成の活物
質粉末単体と絶縁性高分子弾性１体あるいは同一化学組
成の活物質粉末単体と固体電解質粉末と絶縁性高分子弾
性体からなり、予め絶縁性高分子弾性体を特定の溶剤に
溶解させた高分子溶液に固体電解質粉末と電極活物質粉
末を混合し、ボ−／レミル等で充分混練し、得られた混
合物をアプリケータパー、スクリーン印刷等で平面基板
上に設けられたリード電極上に塗布した後、溶剤を乾燥
させる事によって作成する。

本発明に用いられる固体電解質層は、銀イオン、銅イオ
ン、リチウムイオン、プロトン等、−価の陽イオン伝導
性無機質固体電解質、あるいはフッ化物イオン、塩化物
イオン、臭化物イオン等、−価の陰イオン伝導性無機質
固体電解質の粉体と絶縁性高分子弾性体とからなり、特
に、ＲｂＣｕ４工、ｘＣ１３＋８（ｘ　；　０．２−０
．６）　、ＲｂＡｇ４Ｉ、　、０．４Ｌｉ４Ｓｉ０２−
０　、６Ｌ１３■０４等がイオン伝導性が優れており本
目的には好ましい固体電解質である。

また、電極および固体電解質形成時に用いる絶縁性高分
子弾性体としては、例えば１．４−ポリブタジェン、天
然ゴム、ポリイソプレン、ＳＢＲ。

ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ＥＰＭ、ウレタンゴム、ポリエステ
ル系ゴム、クロロプレンゴム、エピクロルヒドリンゴム
、シリコーンゴム、スチレン−ブタジェン−スチレンブ
ロック共重合体（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−ス
チレンブロック共Ｉ！合体（Ｓ　Ｉ　Ｓ　）、スチレン
−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）
、ブチルゴム、ホヌファゼンゴム、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリエチレオキシド、ポリプロピレンオキ
シド、ポリスチレン、塩化ビニール、エチレン−酢酸エ
チル共重合体、１．２−ポリブタジェン、エポキシ樹脂
、フェノール樹脂、環化ポリブタジェン、環化ポリイソ
プレン、ポリメタクリル酸メチル、ブチラール樹脂、フ
ッ素樹脂およびこれらの混合物が挙げられるが、電極と
の接着性および電気化学的安定性の点からＳＢＳ　、　
Ｓ　Ｉ　Ｓ　、　５ＥＢＳ、１．２−ポリブタジェン、
シリコーンゴム、ブチラール樹脂、フッ素樹脂等の可塑
性を有するものが好ましい。

固体電解質粉体と電極活物質あるいは固体電解質粉体単
独を絶縁性高分子弾性体中に均一に分散させ、電極層あ
るいは固体電解質層にする方法としては、例えば、電極
層は銅シユブレル粉末または銀シェブレル粉末からなる
電極活物質と各々の活物質に対応する固体電解質粉末と
して銀イオンまたは銅イオン伝導性の固体電解質粉末と
の混合物を体積分率で６６〜９６俤、絶縁性高分子弾性
体を体積分率で６〜４５％を芳香族炭化水素溶剤、ハロ
ゲン化炭化水素溶剤およびエステル系溶剤から選ばれる
少なくとも１種の溶剤に溶解した中に混合する事により
達成される。

こうして、得られた混合物を第１図に示したように各電
極リード（図中２）と固体電解質層（図中６）上に順次
塗布し乾燥することにより、電極層の厚さが１０〜２５
０μｍの電極を作ることが出来る。

又、固体電解質層を作成するには銀イオンまたは銅イオ
ン伝導性の固体電解質粉末単独を体積分率で５６〜９５
％、絶縁性高分子弾性体を体積分率で５〜４５％を芳香
族炭化水素溶剤、ハロゲン化炭化水素溶剤およびエステ
ル系溶剤から選ばれる少なくとも１種の溶剤に溶解した
中に混合し、得られた混合物を各電極上に塗布し乾燥す
ることにより、硬度が６６〜ｓｅ　（ＡＳＴＭ　　Ａ硬
度）で厚さが１０〜２６０μｍの固体電解質層を作るこ
とが出来る。

この様にして作製した電池素子にリード端子（７，８）
を露出させた状態で、全体をエポキシ樹脂あるいはゴム
系材料等の封じ材料で気液密状態にして電池を作製する
。

以下、本発明を実施例を用い説明するが、本発明は、こ
れら実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕固体電解質層として、ＲｂＣｕ４工１．５Ｃ１３，５を
用い、該固体電解質の粉末（粒径２００メツシユ以下）
ｔ−予め、スチレン−ブタジェン−スチレンブロック共
重合体（日本合成ゴム社製Ｔ　Ｒ−２０００）をトルエ
ン中に溶解させた高分子溶液に体積分率でｓｏ％となる
よう混合し、ボールミルにて充分混練し、得られた混合
物を電極基板上にスクリーン印刷法により印刷し、乾燥
空気中にてトルエンを蒸発させ、固体電解質層（第１図
中６）を得た。

一方、正極及び負極としては、銅シユブレル（Ｃｕ　２
　Ｍ　ｏ　ａ　Ｓ　ｓ　）を正極及び負極活物質として
用い、該電極活物質粉末と前記固体電解質粉末を重量比
で９０　：　１０の割合で混合したものを高分子溶液に
体積分率で９０％となるよう混合し、ボールミルにて充
分混練し、得られた混合物をスラリー状にしたものを電
極リード上（第１図中）にスクリーン印刷法によυ塗布
し溶媒を蒸発させる事により作製した。

これらの電解質層あるいは電極層を第１図の電池構成と
同様に構成した後、正極と負極の接続にカーボンペース
ト（第１図中６）をスクリーン印刷法で塗布し、１３０
℃で乾燥雰囲気中または不活性ガス雰囲気中で硬化させ
、電極リードを形成した。こうして作成した電池素子を
エポキシ樹脂でバッシベーシッンし電池を完成させた。

作成した電池（ＳＯ個）は総て約１００ｍＶ前後の開路
電圧を示し、該電池を充電する（　１　ｍＡ。

１時間）事によシ約３．６ｖの開路電圧を示し、その放
電（１ｍＡ、定電流放電）効率は９８％を示した。又、
電池作成に関する良品率は９６％と云う高歩留ｔ、６で
電池を作成する事が出来た。

一方、本発明の効果を確かめる為の実験として、正極と
負極を別々の組成のシェブレル相化合物層（Ｃｕ２Ｍｏ
６Ｓ８．Ｃｕ４Ｍｏ６Ｓ８）を使用して第２図構成の電
池を作成した。作成した電池（５０個）の開路電圧は７
２０　ｍＶ〜３４０　ｍＶの種々の開路電圧を示し、そ
の電池を充電（１ｍＡ、　１時間）した後、放電（１ｍ
Ａ、定電流放電）すると、その放電効率は９８％〜４５
％が得られ、極めてバラツキの多い状態であった。

〔実施例２〕電極の構成材料が（Ｃｕ４Ｍｏ６Ｓ８）を用いた以外、
実施例１と全く同様にして電池を作成した。結果は実施
例１と同様１００％の歩留まりを示した。

〔実施例３〕電極の構成材料がＡｑ工Ｍｏ６Ｓ８（ｘは正数で、ここ
では２．１を使用した）を用い、固体電解質材料として
ＲｂＡｑ４Ｉ　６を用いた以外、実施例１と全く同様に
して電池を作成した。結果は実施例１と同様１００％の
歩留まりを示した。

発明の効果以上、本発明の固体電解質電池の平面積層方法は、歩留
まりの高い電池生産が可能となり、また量産性に富む事
から極めて工業的価値の高いものとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は電池を平面積層した場合の概略構成図であシ、
本発明の積層電池の概略構成図、第２図は従来電池の平
面積層電池の概略構成図である。２．６・・・・・・電極リード、３・・・・・・負極、
４・・・・・・正極、６・・・・・・固体電解質層。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図第　２　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）同一平面上に複数個の固体電解質電池を設置し、
電池を直列に接合するに際し、同一平面にある正極、負
極を構成する電池の活物質が同一化学組成からなる化合
物を使用したことを特徴とする平面積層型固体電解質電
池。
（２）電池の正極、負極の活物質が同一組成からなる化
合物としてシェブレル相化合物を用い、前記シェブレル
相化合物が銅シェブレル相化合物、銀シェブレル相化合
物を用いた事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
平面積層型固体電解質電池。
（３）同一平面上に複数個の固体電解質電池を設置し、
電池を直列に接合するに際し、同一平面にある正極、負
極を接続する電極リードを同一平面に設置した事を特徴
とする特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の平面
積層型固体電解質電池。