JPWO2019103008A1 - Electrode body for all-solid-state battery and its manufacturing method - Google Patents

Electrode body for all-solid-state battery and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JPWO2019103008A1
JPWO2019103008A1 JP2019555316A JP2019555316A JPWO2019103008A1 JP WO2019103008 A1 JPWO2019103008 A1 JP WO2019103008A1 JP 2019555316 A JP2019555316 A JP 2019555316A JP 2019555316 A JP2019555316 A JP 2019555316A JP WO2019103008 A1 JPWO2019103008 A1 JP WO2019103008A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active material
layer
solid electrolyte
material layer
electrolyte layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019555316A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6975392B2 (en
Inventor
健吾 芳賀
健吾 芳賀
英樹 朝立
英樹 朝立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of JPWO2019103008A1 publication Critical patent/JPWO2019103008A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6975392B2 publication Critical patent/JP6975392B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562Solid materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0585Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

より高い圧力によって電極体をプレスした場合であっても固体電解質層の割れを抑制できる全固体電池用の電極体の製造方法と、当該方法により製造された電極体とを提供する。ここに開示される全固体電池の電極体の製造方法は、固体電解質層と、固体電解質層の第一面に接合された第一活物質層と、を含む全固体電池の電極体を製造する方法であって、固体電解質層と第一活物質層との接合面における固体電解質層面積と第一活物質層面積とに差異があるときは、固体電解質層と前記第一活物質層とを重ね合わせること、より小さい面積の固体電解質層または第一活物質層の端部に接し、かつ、差異を埋める領域に、絶縁層を設けること、固体電解質層と第一活物質層と絶縁層とを、固体電解質層と第一活物質層との積層方向に加圧すること、を含む。Provided are a method for producing an electrode body for an all-solid-state battery capable of suppressing cracking of a solid electrolyte layer even when the electrode body is pressed with a higher pressure, and an electrode body manufactured by the method. The method for manufacturing an all-solid-state battery electrode body disclosed herein manufactures an all-solid-state battery electrode body including a solid electrolyte layer and a first active material layer bonded to the first surface of the solid electrolyte layer. In the method, when there is a difference between the solid electrolyte layer area and the first active material layer area at the joint surface between the solid electrolyte layer and the first active material layer, the solid electrolyte layer and the first active material layer are separated. Overlapping, providing an insulating layer in the area that is in contact with the edge of the smaller area solid electrolyte layer or primary active material layer and fills the gap, solid electrolyte layer, primary active material layer and insulating layer Includes pressurizing in the stacking direction of the solid electrolyte layer and the primary active material layer.

Description

本発明は、全固体電池用の電極体とその製造方法に関する。
本出願は、2017年11月21日に出願された日本国特許出願2017−223700号および2018年11月8日に出願された米国特許出願第16/184,109号に基づく優先権を主張しており、その出願の全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。
The present invention relates to an electrode body for an all-solid-state battery and a method for manufacturing the same.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2017-223700 filed on November 21, 2017 and US Patent Application No. 16 / 184,109 filed on November 8, 2018. The entire contents of that application are incorporated herein by reference.

近年、二次電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両駆動用電源および電力貯蔵用電源等として不可欠な存在となっている。中でもリチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、ハイレートでの出力が可能なことから、その普及に伴いさらなる高性能化と信頼性の向上とが望まれている。 In recent years, secondary batteries are indispensable as portable power sources for personal computers, mobile terminals, etc., vehicle drive power sources for electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), plug-in hybrid vehicles (PHV), and power storage power sources. Has become an existence. Among them, lithium-ion batteries have a high energy density and can output at a high rate, and therefore, with their widespread use, further improvement in performance and reliability are desired.

この二次電池については、安全性を高めるために、電解質として可燃性の電解液を用いることなく、セラミックスやイオン伝導性ポリマー等からなる固体電解質を用いた全固体電池の実用化が進められている。全固体電池は、正極活物質層と負極活物質層との間に層状の固体電解質を配置することで、電極体を構成している。これら固体電解質層および正・負の活物質層は、CVD法等によって緻密な薄膜として形成することも可能であるが、コストや生産性等を考慮して、一般的には粉体状(粒子状)の電極構成材料をバインダで結着することで構成されている。 Regarding this secondary battery, in order to improve safety, the practical application of an all-solid-state battery using a solid electrolyte made of ceramics, an ionic conductive polymer, etc., without using a flammable electrolyte as an electrolyte, has been promoted. There is. The all-solid-state battery constitutes an electrode body by arranging a layered solid electrolyte between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. These solid electrolyte layers and positive / negative active material layers can be formed as dense thin films by the CVD method or the like, but are generally in the form of powder (particulates) in consideration of cost and productivity. It is constructed by binding the electrode constituent materials of (shape) with a binder.

特開2015−050149号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-050149 特開2012−038425号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-08425 特開2014−203740号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-203740 特開平09−153354号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-153354

全固体電池には電解液が存在しないことから、固体電解質層と正・負の活物質層との間の界面抵抗が高い。これに加え、粉体状の材料を用いて製造された全固体電池では、固体電解質層および正・負の活物質層内においても粒子間に界面抵抗が発生する。そのため、界面抵抗を低減することを目的として、正極活物質層、固体電解質層および負極活物質層を積層した電極体を液系電池におけるよりも高い圧力で(例えば、面圧で100〜200MPa程度)プレスし、各層の充填密度を高めることが行われている。電極体のプレスに際しては、プレス方向に直交する方向に引張応力が作用し得るため、固体電解質層を介して対向する正極活物質層の端部と負極活物質層の端部とが接触し、短絡が生じる虞がある。そこでこの短絡を防止するために、例えば、一方の活物質層(例えば正極活物質層)の幅を小さく設計することが提案されている。また、固体電解質層または正・負の活物質層の端部を絶縁体で被覆する構成が提案されてもいる(例えば特許文献1〜3)。そして本発明者らは、電極体の各層をさらに高密度化して電池の高性能化を図る目的で、従来よりもさらに高い圧力(例えば、面圧で200MPa超過)で電極体をプレスすることを検討している。しかしながら、より高い圧力でプレスする場合には電極体に短絡が発生しやすくなるという新たな問題が発生することが明らかとなった。 Since there is no electrolytic solution in the all-solid-state battery, the interfacial resistance between the solid electrolyte layer and the positive and negative active material layers is high. In addition to this, in an all-solid-state battery manufactured using a powdery material, interfacial resistance is generated between particles even in the solid electrolyte layer and the positive and negative active material layers. Therefore, for the purpose of reducing the interfacial resistance, the electrode body in which the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode active material layer are laminated is placed at a higher pressure than in a liquid battery (for example, about 100 to 200 MPa in surface pressure). ) Pressing is performed to increase the packing density of each layer. When pressing the electrode body, tensile stress may act in a direction orthogonal to the pressing direction, so that the end of the positive electrode active material layer and the end of the negative electrode active material layer facing each other via the solid electrolyte layer come into contact with each other. A short circuit may occur. Therefore, in order to prevent this short circuit, for example, it has been proposed to design the width of one active material layer (for example, the positive electrode active material layer) to be small. In addition, a configuration has been proposed in which the ends of the solid electrolyte layer or the positive / negative active material layer are covered with an insulator (for example, Patent Documents 1 to 3). Then, the present inventors have stated that the electrode body is pressed at a pressure higher than the conventional one (for example, the surface pressure exceeds 200 MPa) for the purpose of further increasing the density of each layer of the electrode body to improve the performance of the battery. Are considering. However, it has become clear that when pressing at a higher pressure, a new problem arises in which a short circuit is likely to occur in the electrode body.

そこで本発明は、より高い圧力によって電極体をプレスした場合であっても電極体の短絡を抑制できる全固体電池用の電極体の製造方法を提供する。また他の側面において、本発明は、かかる方法により製造される全固体電池用の電極体を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a method for manufacturing an electrode body for an all-solid-state battery, which can suppress a short circuit of the electrode body even when the electrode body is pressed with a higher pressure. In another aspect, it is an object of the present invention to provide an electrode body for an all-solid-state battery manufactured by such a method.

本発明者らは、従来の全固体電池の製造におけるプレス工程を詳細に検討して以下の事象を知見した。すなわち、従来の活物質層の寸法を小さくする構成では、固体電解質層の表面に活物質層の有るところと無いところが存在し、電極体に段差が形成されていた。また、特許文献1〜3に開示された構成においても、固体電解質層または活物質層の端部において、絶縁体により被覆された部分と被覆されていない部分とにより段差が形成されていた。また、一見してこのような段差が形成されていない場合でも、電極体をプレスするときや、電池使用時に電極体に圧力が加わったとき等に、固体電解質層に対して面方向で発生する引張応力にムラが生じたり、段差部よって固体電解質層に局所的な応力が加わったりする場合があることを見出した。そしてこのような固体電解質層の応力ムラや局所的な応力の印加は、従来のプレス圧(例えば、面圧で100〜200MPa程度)で製造した電池においては電極体に悪影響を及ぼすに至らなかった。しかしながら、従来よりも高い圧力でプレスする場合には、固体電解質層の応力ムラや局所的な応力の印加が固体電解質層の割れや欠けを誘起し、電極体の短絡につながることを見いだした。 The present inventors have investigated in detail the pressing process in the production of a conventional all-solid-state battery and found the following events. That is, in the conventional configuration in which the size of the active material layer is reduced, there are places where the active material layer is present and where there is no active material layer on the surface of the solid electrolyte layer, and a step is formed in the electrode body. Further, also in the configurations disclosed in Patent Documents 1 to 3, a step is formed at the end of the solid electrolyte layer or the active material layer by a portion coated with an insulator and a portion not covered with the insulator. Further, even when such a step is not formed at first glance, it is generated in the plane direction with respect to the solid electrolyte layer when the electrode body is pressed or when pressure is applied to the electrode body when using a battery. It has been found that the tensile stress may be uneven or a local stress may be applied to the solid electrolyte layer due to the stepped portion. The stress unevenness of the solid electrolyte layer and the application of local stress did not adversely affect the electrode body in the battery manufactured by the conventional press pressure (for example, about 100 to 200 MPa in surface pressure). .. However, when pressing at a higher pressure than before, it has been found that stress unevenness of the solid electrolyte layer and application of local stress induce cracks and chips of the solid electrolyte layer, leading to a short circuit of the electrode body.

ここに開示される全固体電池の電極体の製造方法では、固体電解質層と、前記固体電解質層の第一面に接合された第一活物質層と、を含む全固体電池の電極体を製造する。この製造方法は、上記固体電解質層と上記第一活物質層との接合面における固体電解質層の面積と第一活物質層の面積とに差異があるときは、上記固体電解質層と上記第一活物質層とを重ね合わせること、より小さい面積の上記固体電解質層または上記第一活物質層の端部に接し、かつ、上記差異を埋める領域に、絶縁層を設けること、上記固体電解質層と上記第一活物質層と上記絶縁層とを、上記固体電解質層と上記第一活物質層との積層方向に加圧すること、を含む。 In the method for manufacturing an electrode body of an all-solid-state battery disclosed herein, an electrode body of an all-solid-state battery including a solid electrolyte layer and a first active material layer bonded to the first surface of the solid electrolyte layer is manufactured. To do. In this production method, when there is a difference between the area of the solid electrolyte layer and the area of the first active material layer at the joint surface between the solid electrolyte layer and the first active material layer, the solid electrolyte layer and the first active material layer are used. Overlapping with the active material layer, providing an insulating layer in a region that is in contact with the end of the solid electrolyte layer or the first active material layer having a smaller area and fills the difference, and the solid electrolyte layer. This includes pressing the first active material layer and the insulating layer in the stacking direction of the solid electrolyte layer and the first active material layer.

全固体電池においては、第一活物質層と第二活物質層との短絡を防ぐなどの目的で、固体電解質層を第一活物質層と第二活物質層との少なくとも一方よりも大きく形成することが多い。このような構成では、固体電解質層と第一活物質層との接合面における面積差を埋めるように絶縁層を設けるようにしている。これにより、電極体をプレスする際に、各層の接合面積の差異による応力ムラや局所的な応力の印加を低減して、固体電解質層の割れや賭け、延いては電極体の短絡を抑制することができる。 In an all-solid-state battery, the solid electrolyte layer is formed larger than at least one of the first active material layer and the second active material layer for the purpose of preventing a short circuit between the first active material layer and the second active material layer. I often do it. In such a configuration, an insulating layer is provided so as to fill the area difference at the joint surface between the solid electrolyte layer and the first active material layer. As a result, when the electrode body is pressed, stress unevenness and application of local stress due to the difference in the bonding area of each layer are reduced, and cracking and betting of the solid electrolyte layer and eventually short circuit of the electrode body are suppressed. be able to.

ここに開示される全固体電池の電極体の製造方法の好ましい一態様では、固体電解質層と、上記固体電解質層の第一面に備えられた第一活物質層と、上記固体電解質層の上記第一面とは反対側の第二面に備えられた第二活物質層と、を含む電極体を製造する。この製造方法は、以下の(a)〜(e)の工程を含む。(a)上記第一活物質層を用意すること。(b)上記第一活物質層の第一面と、上記固体電解質層の上記第一面とが接するように、上記固体電解質層を用意すること。なおここで、上記固体電解質層の上記第二面は、周縁の少なくとも一部である周縁部と、上記周縁部を除く積層部と、を含む。(c)上記固体電解質層の上記積層部と接するように、上記第二活物質層を用意すること。(d)上記固体電解質層の上記周縁部と接するように、絶縁層を用意すること。(e)上記第一活物質層、上記固体電解質層、上記第二活物質層および上記絶縁層を含む積層体を、少なくとも上記第二活物質層および上記絶縁層の表面が面一となるまで積層方向に加圧して上記電極体を得ること。 In a preferred embodiment of the method for producing an electrode body of an all-solid-state battery disclosed herein, a solid electrolyte layer, a first active material layer provided on the first surface of the solid electrolyte layer, and the above-mentioned solid electrolyte layer. An electrode body including a second active material layer provided on the second surface opposite to the first surface is manufactured. This manufacturing method includes the following steps (a) to (e). (A) Prepare the first active material layer. (B) The solid electrolyte layer is prepared so that the first surface of the first active material layer and the first surface of the solid electrolyte layer are in contact with each other. Here, the second surface of the solid electrolyte layer includes a peripheral edge portion which is at least a part of the peripheral edge, and a laminated portion excluding the peripheral edge portion. (C) Prepare the second active material layer so as to be in contact with the laminated portion of the solid electrolyte layer. (D) An insulating layer shall be prepared so as to be in contact with the peripheral portion of the solid electrolyte layer. (E) A laminate containing the first active material layer, the solid electrolyte layer, the second active material layer and the insulating layer until at least the surfaces of the second active material layer and the insulating layer are flush with each other. Pressurize in the stacking direction to obtain the above electrode body.

このような構成によると、第一活物質層、固体電解質層および第二活物質層を積層した状態で一度に加圧することができ、積層体の圧密を簡便に実施することができる。また、積層体において、第二活物質層は固体電解質層よりも小さく形成される。そして固体電解質層の周縁部には、絶縁層が設けられている。そのため、積層体を加圧した場合であっても、第一活物質層の端部と第二活物質層の端部とが接触して短絡することを抑制できる。さらに、積層体の加圧は、少なくとも第二活物質層および絶縁層の厚みが同じになるまで実施する。換言すると、固体電解質層と第二活物質層との間に形成される段差は絶縁層によって埋められる。このことにより、従来と同程度の圧力で圧延したときはもちろんのこと、従来よりも高い圧力で加圧した場合であっても、加圧によるプレス圧を第二活物質層と絶縁層とを介して固体電解質層により均一に伝えることができる。その結果、固体電解質層に発生する引張応力のムラを抑制でき、電極体の製造時およびその後の使用時の両方における固体電解質層の割れを抑制することができる。 According to such a configuration, the first active material layer, the solid electrolyte layer, and the second active material layer can be pressurized at once in a laminated state, and the laminated body can be easily compacted. Further, in the laminated body, the second active material layer is formed smaller than the solid electrolyte layer. An insulating layer is provided on the peripheral edge of the solid electrolyte layer. Therefore, even when the laminate is pressurized, it is possible to prevent the end portion of the first active material layer and the end portion of the second active material layer from coming into contact with each other to cause a short circuit. Further, the pressurization of the laminate is carried out until at least the thicknesses of the second active material layer and the insulating layer are the same. In other words, the step formed between the solid electrolyte layer and the secondary active material layer is filled with the insulating layer. As a result, the pressing pressure due to the pressurization is applied to the second active material layer and the insulating layer not only when rolling at the same pressure as the conventional one but also when the pressure is increased higher than the conventional one. It can be more uniformly transmitted through the solid electrolyte layer. As a result, unevenness of tensile stress generated in the solid electrolyte layer can be suppressed, and cracking of the solid electrolyte layer can be suppressed both during the production of the electrode body and during the subsequent use.

ここに開示される全固体電池用電極体の製造方法の好ましい一態様では、上記第一活物質層、上記固体電解質層および上記第二活物質層は、それぞれ、粉体材料とバインダとを含む。粉体材料とバインダとにより形成される層は、充填密度が低くなりがちであり、また強度が低くなりがちである。したがって、かかる材料を用いて形成される電極体について本技術を適用することで、上記効果が顕著に奏されるために好適である。 In a preferred embodiment of the method for producing an electrode body for an all-solid-state battery disclosed herein, the first active material layer, the solid electrolyte layer, and the second active material layer contain a powder material and a binder, respectively. .. The layer formed by the powder material and the binder tends to have a low packing density and a low strength. Therefore, it is preferable to apply the present technique to an electrode body formed by using such a material because the above effect can be remarkably exhibited.

ここに開示される全固体電池電極体の製造方法の好ましい一態様では、上記第一活物質層、上記固体電解質層および上記第二活物質層は、それぞれ、粉体材料とバインダと分散媒とを含むスラリー(ペースト、サスペンション等を包含する。以下同じ)を供給したのち、上記分散媒を除去することにより用意する。
このような構成によると、電極体を生産性よく低コストで製造することができるために好適である。
In a preferred embodiment of the method for producing an all-solid-state battery electrode body disclosed herein, the first active material layer, the solid electrolyte layer, and the second active material layer are formed of a powder material, a binder, and a dispersion medium, respectively. After supplying a slurry (including paste, suspension, etc., the same applies hereinafter) containing the above-mentioned dispersion medium, the mixture is prepared.
According to such a configuration, the electrode body can be manufactured with high productivity and low cost, which is suitable.

ここに開示される全固体電池電極体の製造方法の好ましい一態様では、上記工程(b)に引き続き、(b’)上記第一活物質層および上記固体電解質層を乾燥させる乾燥工程を含む。
このような構成によると、例えば固体電解質層を形成するスラリーと第二活物質層を形成するスラリーとが交じり合うのを防止することができる。また、乾燥により相対的に堅くなった第一活物質層および固体電解質層に、第二活物質層を積層して加圧することができる。これにより、加圧によるプレス圧を第二活物質層に十分に伝えることができる。ここで、一般に正極活物質は他の材料より高硬度であることから、正極活物質層は圧密され難い。そこで、例えば、第二活物質層を正極活物質層とすることで、相対的に圧密され難い正極活物質層を十分に圧密することができるために好ましい。
A preferred embodiment of the method for producing an all-solid-state battery electrode body disclosed herein includes (b) a drying step of drying the first active material layer and the solid electrolyte layer, following the step (b).
According to such a configuration, for example, it is possible to prevent the slurry forming the solid electrolyte layer and the slurry forming the second active material layer from being mixed with each other. Further, the second active material layer can be laminated and pressurized on the first active material layer and the solid electrolyte layer which have become relatively hard due to drying. As a result, the press pressure due to pressurization can be sufficiently transmitted to the second active material layer. Here, since the positive electrode active material generally has a higher hardness than other materials, the positive electrode active material layer is difficult to be compacted. Therefore, for example, it is preferable to use the second active material layer as the positive electrode active material layer because the positive electrode active material layer, which is relatively difficult to be compacted, can be sufficiently compacted.

ここに開示される全固体電池電極体の製造方法の好ましい一態様では、上記加圧は、上記バインダの軟化点以上の温度に加熱しながら実施する。
このような構成によると、電極体の充填密度をより一層高めることができるために好ましい。例えば、電極体の充填密度を85体積%以上(好ましくは90体積%以上)にまで高めることができ、界面抵抗をより一層低減できるために好ましい。なお、この充填密度は、例えば、ピクノメーター法により測定した値を採用することができる。その他、画像解析法により測定することもできる。
また、各層を積層した状態で加熱しながら加圧することにより、各層に含まれるバインダが各層を接着することができる。これにより、充放電によって電極層が体積変化する場合であっても、各層の密着性を維持することができ、内部抵抗の増大を抑制することができる。
In a preferred embodiment of the method for manufacturing an all-solid-state battery electrode body disclosed herein, the pressurization is performed while heating to a temperature equal to or higher than the softening point of the binder.
According to such a configuration, the packing density of the electrode body can be further increased, which is preferable. For example, the packing density of the electrode body can be increased to 85% by volume or more (preferably 90% by volume or more), and the interfacial resistance can be further reduced, which is preferable. For this packing density, for example, a value measured by a pycnometer method can be adopted. In addition, it can be measured by an image analysis method.
Further, by applying pressure while heating the layers in a laminated state, the binder contained in each layer can bond the layers. As a result, even when the volume of the electrode layer changes due to charging / discharging, the adhesion of each layer can be maintained, and an increase in internal resistance can be suppressed.

ここに開示される全固体電池電極体の製造方法の好ましい一態様では、上記加圧は、面圧200MPa以上の平面プレスによって行うようにする。あるいは、上記加圧は、線圧10kN/cm以上のロール圧延によって行うようにする。
上記構成によると、固体電解質層に発生する引張応力のムラを低減できることから、従来よりも高い圧力で電極体を加圧した場合であっても、固体電解質層の割れを抑制することができる。これにより、電極体の充填密度をより一層高めることができて好ましい。
In a preferred embodiment of the method for manufacturing an all-solid-state battery electrode body disclosed herein, the pressurization is performed by a flat press having a surface pressure of 200 MPa or more. Alternatively, the pressurization is performed by roll rolling with a linear pressure of 10 kN / cm or more.
According to the above configuration, since the unevenness of the tensile stress generated in the solid electrolyte layer can be reduced, cracking of the solid electrolyte layer can be suppressed even when the electrode body is pressurized with a pressure higher than the conventional one. This is preferable because the packing density of the electrode body can be further increased.

ここに開示される全固体電池電極体の製造方法の好ましい一態様では、上記工程(d)において、用意する上記絶縁層のヤング率は、上記第二活物質層の圧縮変形抵抗率の1/10以上である。
このような構成によると、加圧による絶縁層の変形挙動が第二活物質層の変形挙動に好適に追随し、加圧によるプレス圧をより均一に固体電解質層に伝達できるために好ましい。
In a preferred embodiment of the method for manufacturing an all-solid-state battery electrode body disclosed herein, the Young's modulus of the insulating layer prepared in the step (d) is 1 / of the compressive deformation resistivity of the second active material layer. It is 10 or more.
According to such a configuration, the deformation behavior of the insulating layer due to pressurization preferably follows the deformation behavior of the second active material layer, and the press pressure due to pressurization can be more uniformly transmitted to the solid electrolyte layer, which is preferable.

ここに開示される全固体電池電極体の製造方法の好ましい一態様では、上記工程(d)において、少なくとも光硬化性樹脂組成物を含む絶縁性組成物を上記周縁部に供給し、硬化光を照射することにより、光硬化性樹脂を含む上記絶縁層を用意する。
このような構成によると、絶縁層の用意に要する時間を短縮できるために好ましい。
In a preferred embodiment of the method for producing an all-solid-state battery electrode body disclosed herein, in the step (d), an insulating composition containing at least a photocurable resin composition is supplied to the peripheral portion to emit curing light. By irradiating, the above insulating layer containing a photocurable resin is prepared.
Such a configuration is preferable because the time required for preparing the insulating layer can be shortened.

ここに開示される全固体電池電極体の製造方法の好ましい一態様では、上記絶縁性組成物は、多孔質セラミック粉体、セラミック中空粒子、セラミック粒子の中空凝集体、多孔質樹脂粒子、中空樹脂粒子、絶縁性繊維状フィラーからなる群から選択される少なくとも1種を含む。
このような構成によると、紫外線硬化樹脂からなる絶縁層の圧縮挙動を所望の値に調整することができるために好ましい。
In a preferred embodiment of the method for producing an all-solid-state battery electrode body disclosed herein, the insulating composition comprises porous ceramic powder, ceramic hollow particles, hollow aggregates of ceramic particles, porous resin particles, and hollow resin. Includes at least one selected from the group consisting of particles, insulating fibrous fillers.
According to such a configuration, the compression behavior of the insulating layer made of the ultraviolet curable resin can be adjusted to a desired value, which is preferable.

ここに開示される全固体電池電極体の製造方法の好ましい一態様では、上記絶縁層は、上記絶縁性セラミック粒子と上記バインダと分散媒とを含むスラリーを供給したのち、上記分散媒を除去することにより用意する。例えば、絶縁層は、アルミナおよび固体電解質材料の少なくとも一つを含むことが好ましい。
このような構成によると、加圧による変形挙動が第二活物質層と類似の絶縁層を形成できるために好ましい。
In a preferred embodiment of the method for producing an all-solid-state battery electrode body disclosed herein, the insulating layer supplies a slurry containing the insulating ceramic particles, the binder and the dispersion medium, and then removes the dispersion medium. Prepare by. For example, the insulating layer preferably contains at least one of alumina and a solid electrolyte material.
According to such a configuration, the deformation behavior due to pressurization is preferable because an insulating layer similar to the second active material layer can be formed.

ここに開示される全固体電池電極体の製造方法の好ましい一態様では、上記工程(a)において、上記第一活物質層は集電体の両面に用意する。
上記構成によると、集電体の両方の面に、第一活物質層、固体電解質層および第二活物質層からなる積層体を一組ずつ形成することができる。このことにより、二組の積層体を集電体と共に一度に加圧して、より高容量の電極体を簡便に得ることができるために好ましい。
In a preferred embodiment of the method for manufacturing an all-solid-state battery electrode body disclosed herein, the first active material layer is prepared on both sides of the current collector in the step (a).
According to the above configuration, one set of laminates including the first active material layer, the solid electrolyte layer and the second active material layer can be formed on both surfaces of the current collector. This is preferable because two sets of laminated bodies can be pressurized together with the current collector at one time to easily obtain a higher capacity electrode body.

他の側面において、ここに開示される技術は、全固体電池用の電極体を提供する。この電極体は、固体電解質層と、第一活物質層と、第二活物質層と、絶縁層と、を含む。ここで、上記固体電解質層は、第一面と、上記第一面とは反対側の第二面とを有し、上記第二面は、上記固体電解質層の周縁の少なくとも一部である周縁部と、上記周縁部を除く積層部と、を含む。また、上記第一活物質層は、上記第一面に備えられ、上記第二活物質層は、上記積層部に備えられ、上記絶縁層は、上記周縁部に備えられる。そして、上記第二活物質層および上記絶縁層の上記第二面とは反対側の表面は面一である。
このような構成によると、電極体の充填密度を高めた場合であっても、製造時から使用時において固体電解質層に割れが発生し難いものとして実現されるために好ましい。
In another aspect, the techniques disclosed herein provide electrodes for all-solid-state batteries. This electrode body includes a solid electrolyte layer, a first active material layer, a second active material layer, and an insulating layer. Here, the solid electrolyte layer has a first surface and a second surface opposite to the first surface, and the second surface is a peripheral edge that is at least a part of the peripheral edge of the solid electrolyte layer. A portion and a laminated portion excluding the peripheral portion are included. Further, the first active material layer is provided on the first surface, the second active material layer is provided on the laminated portion, and the insulating layer is provided on the peripheral portion. The surfaces of the second active material layer and the insulating layer on the opposite side of the second surface are flush with each other.
According to such a configuration, even when the packing density of the electrode body is increased, it is preferable because the solid electrolyte layer is less likely to be cracked from the time of manufacture to the time of use.

図1は、本発明の一実施形態に係る全固体電池の電極体の製造工程のフロー図である。FIG. 1 is a flow chart of a manufacturing process of an electrode body of an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係る全固体電池の電極体の製造工程を模式的に示す(A)平面図と、(B)側面図である。FIG. 2 is a plan view (A) and a side view (B) schematically showing a manufacturing process of an electrode body of an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention. 図3(a)〜(e)は、図2(A)のIIIa線〜IIIe線に沿った断面模式図である。3 (a) to 3 (e) are schematic cross-sectional views taken along the lines IIIa to IIIe of FIG. 2 (A). 図4は、従来法による圧延後の電極体の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the electrode body after rolling by the conventional method. 図5は、他の実施形態について説明する(A)圧延前の電極体と(B)圧延後の電極体の断面模式図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of (A) an electrode body before rolling and (B) an electrode body after rolling, which describes another embodiment. 図6は、所定条件の圧延を行ったときの正極活物質層および絶縁層の圧延状態について、正極活物質層に対する絶縁層の厚みと弾性率とに関してCAE解析した結果の一例を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing an example of the results of CAE analysis regarding the thickness and elastic modulus of the insulating layer with respect to the positive electrode active material layer with respect to the rolled state of the positive electrode active material layer and the insulating layer when rolling under predetermined conditions. ..

以下、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない全固体電池用電極体の一般的な構成等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。なお本明細書において「A〜B」のように表す数値範囲は、「A以上B以下」を意味する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described. It should be noted that matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention (for example, general configurations of electrode bodies for all-solid-state batteries that do not characterize the present invention) are described. It can be grasped as a design matter of a person skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in the present specification and common general technical knowledge in the art. Further, in the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each figure do not reflect the actual dimensional relationships. The numerical range represented by "A to B" in the present specification means "A or more and B or less".

[第一実施形態]
図1は、一実施形態に係る全固体電池の電極体1の製造方法を示すフロー図である。電極体1の製造方法は、工程(a)〜(e)と工程(b’)とを含んでいる。また、図2は、本実施形態における電極体1の製造工程を示す模式図である。図2(A)は、電極体の製造の様子を上方から見た平面図を示しており、図2(B)は側方から見た側面図を示している。図中の矢印X,Y,Zはそれぞれ互いに直交する3方向を示し、Xは長手方向(搬送方向)を、Yは幅方向を、Zは厚み方向(上下方向)を示す。図3は、工程(a)〜(e)で用意される製造途中の電極体1の断面模式図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a flow chart showing a method of manufacturing the electrode body 1 of the all-solid-state battery according to the embodiment. The method for manufacturing the electrode body 1 includes steps (a) to (e) and steps (b'). Further, FIG. 2 is a schematic view showing a manufacturing process of the electrode body 1 in the present embodiment. FIG. 2 (A) shows a plan view of the manufacturing of the electrode body as viewed from above, and FIG. 2 (B) shows a side view of the electrode body as viewed from the side. In the figure, arrows X, Y, and Z indicate three directions orthogonal to each other, X indicates a longitudinal direction (transportation direction), Y indicates a width direction, and Z indicates a thickness direction (vertical direction). FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the electrode body 1 in the process of being manufactured prepared in steps (a) to (e).

図2のS1,S2,S3,S4は、いずれもスラリー塗工装置を示す。スラリー塗工装置S1,S2,S3,S4は、搬送方向Xの上流側から順に、スラリー塗工装置S1、スラリー塗工装置S2、スラリー塗工装置S3、スラリー塗工装置S4の順に設けられている。スラリー塗工装置の構成は特に制限されず、例えば、グラビアコーター、スリットコーター、ダイコーター、コンマコーター、ディップコーター、ブレードコーター等の公知の各種の塗布装置であり得る。本実施形態のスラリー塗工装置S1,S2,S3,S4は、ダイコーターである。図中のDは乾燥機を示す。乾燥機の構成も特に制限されず、例えば、加熱乾燥器、送風乾燥機、赤外線乾燥機、凍結乾燥器等であり得る。また、図中のPは圧延装置を示し、本実施形態の圧延装置Pはホットロール圧延機である。図中のCは、カッター、レーザー切断機等の切断装置を示す。 S1, S2, S3, and S4 in FIG. 2 all indicate a slurry coating apparatus. The slurry coating devices S1, S2, S3, and S4 are provided in the order of the slurry coating device S1, the slurry coating device S2, the slurry coating device S3, and the slurry coating device S4 in this order from the upstream side in the transport direction X. There is. The configuration of the slurry coating device is not particularly limited, and may be, for example, various known coating devices such as a gravure coater, a slit coater, a die coater, a comma coater, a dip coater, and a blade coater. The slurry coating devices S1, S2, S3, and S4 of the present embodiment are die coaters. D in the figure indicates a dryer. The configuration of the dryer is also not particularly limited, and may be, for example, a heat dryer, a blower dryer, an infrared dryer, a freeze dryer, or the like. Further, P in the figure indicates a rolling apparatus, and the rolling apparatus P of the present embodiment is a hot roll rolling mill. C in the figure indicates a cutting device such as a cutter and a laser cutting machine.

そして本実施形態で製造する電極体1は、典型的な構成として、固体電解質層10と、第一活物質層20と、第二活物質層30と、を含む。第一活物質層20は、固体電解質層10の第一面11に備えられる。第二活物質層30は、固体電解質層10の第一面11とは反対側の第二面12に備えられる。これら第一活物質層20、固体電解質層10および第二活物質層30は、集電体24の両方の面に備えられる。そこでまず、各構成要素の構成材料について以下に簡単に説明する。 The electrode body 1 manufactured in the present embodiment includes, as a typical configuration, a solid electrolyte layer 10, a first active material layer 20, and a second active material layer 30. The first active material layer 20 is provided on the first surface 11 of the solid electrolyte layer 10. The second active material layer 30 is provided on the second surface 12 of the solid electrolyte layer 10 opposite to the first surface 11. The first active material layer 20, the solid electrolyte layer 10, and the second active material layer 30 are provided on both surfaces of the current collector 24. Therefore, first, the constituent materials of each component will be briefly described below.

固体電解質層10は、固体電解質材料を主体として含む。固体電解質層10は、典型的には、粉体状の固体電解質材料とバインダとを含む。粉体状の固体電解質材料は、バインダによって互いに結着されると共に、バインダによって他の層と固着される。固体電解質材料としては、全固体電池の固体電解質として利用可能な各種の材料を用いることができる。
なお、本明細書において「主体とする」とは、当該成分が50質量%以上含まれることを意味し、好ましくは60質量%以上、より好ましくは70質量%以上(例えば80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上)であり得る。
The solid electrolyte layer 10 mainly contains a solid electrolyte material. The solid electrolyte layer 10 typically contains a powdered solid electrolyte material and a binder. The powdered solid electrolyte material is bound to each other by a binder and is fixed to another layer by a binder. As the solid electrolyte material, various materials that can be used as the solid electrolyte of the all-solid-state battery can be used.
In the present specification, "mainly" means that the component is contained in an amount of 50% by mass or more, preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more (for example, 80% by mass or more, 90). Mass% or more, 95% by mass or more).

固体電解質材料としては、例えば、リチウムイオン伝導性を有する各種の化合物を好適に用いることができる。このような固体電解質材料としては、具体的には、例えば、Li2S−SiS2、LiI−Li2S−SiS2、LiI−Li2S−P25、LiI−Li2S−B23、Li3PO4−Li2S−Si2S、Li3PO4−Li2S−SiS2、LiPO4−Li2S−SiS、LiI−Li2S−P25、LiI−Li3PO4−P25、LiI−Li3PS4−LiBr、Li2S−P25、Li2S−P25−LiI−LiBrおよびLi2S−P25−GeS2等の非晶質硫化物、Li2O−B23−P25、Li2O−SiO2、Li2O−B23、およびLi2O−B23−ZnO等の非晶質酸化物、Li10GeP212等の結晶質硫化物、Li1.3Al0.3Ti0.7(PO43、Li1+x+y xTi2-xSiy3-y12(Aは、AlまたはGa、0≦x≦0.4、0<y≦0.6)、[(A 1/2Li1/21-zz]TiO3(Aは、La、Pr、Nd、またはSm、CはSrまたはBa、0≦z≦0.5)、Li5La3Ta212、Li7La3Zr212、Li6BaLa2Ta212、およびLi3.6Si0.60.44等の結晶質酸化物、Li3PO(4-3/2w)w(w<1)等の結晶質酸窒化物、Li3N等の結晶質窒化物、ならびに、LiI、LiI−Al23、およびLi3N−LiI−LiOH等の結晶質ヨウ化物等が例示される。なかでも優れたリチウムイオン伝導性を有する点で非晶質硫化物を好ましく用いることができる。固体電解質粉体の平均粒子径は特に限定されるものではないが、例えば、平均粒子径(D50)が約0.1μm以上が適切であり、0.4μm以上が好ましい。また、固体電解質粉体は、体積平均粒子径は、例えば50μm以下であり、5μm以下が好ましい。なお、固体電解質としては、リチウム塩を含むポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリフッ化ビニリデン、またはポリアクリロニトリル等の半固体のポリマー電解質も使用することができる。
なお、本明細書における平均粒子径は、レーザー回折・光散乱式の粒度分布計を用いて測定した体積基準の粒度分布における、累積50%に相当する粒子径である。その他、電子顕微鏡(例えば走査型電子顕微鏡:SEM)等を用いて測定した値を採用することもできる。
As the solid electrolyte material, for example, various compounds having lithium ion conductivity can be preferably used. Such solid electrolyte material, specifically, for example, Li 2 S-SiS 2, LiI-Li 2 S-SiS 2, LiI-Li 2 S-P 2 S 5, LiI-Li 2 S-B 2 S 3, Li 3 PO 4 -Li 2 S-Si 2 S, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2, LiPO 4 -Li 2 S-SiS, LiI-Li 2 S-P 2 O 5, LiI -Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , LiI-Li 3 PS 4- LiBr, Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 -Li I-Li Br and Li 2 SP 2 S 5 Amorphous sulfides such as −GeS 2 , Li 2 O−B 2 O 3 −P 2 O 5 , Li 2 O−SiO 2 , Li 2 O−B 2 O 3 , and Li 2 O−B 2 O 3 Amorphous oxides such as −ZnO, crystalline sulfides such as Li 10 GeP 2 S 12 , Li 1.3 Al 0.3 Ti 0.7 (PO 4 ) 3 , Li 1 + x + y A 1 x Ti 2-x Si y P 3-y O 12 (A 1 is Al or Ga, 0 ≦ x ≦ 0.4, 0 <y ≦ 0.6), [(A 2 1/2 Li 1/2 ) 1-z C z ] TiO 3 (A 2 is La, Pr, Nd, or Sm, C is Sr or Ba, 0 ≦ z ≦ 0.5), Li 5 La 3 Ta 2 O 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li Crystalline oxides such as 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 and Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4 , crystalline acid nitrides such as Li 3 PO (4-3 / 2w) N w (w <1), Li crystalline nitride such as 3 N, and, LiI, LiI-Al 2 O 3, and Li 3 crystalline iodide such as N-LiI-LiOH and the like. Among them, amorphous sulfide can be preferably used because it has excellent lithium ion conductivity. The average particle size of the solid electrolyte powder is not particularly limited, but for example, an average particle size (D 50 ) of about 0.1 μm or more is appropriate, and 0.4 μm or more is preferable. The volume average particle size of the solid electrolyte powder is, for example, 50 μm or less, preferably 5 μm or less. As the solid electrolyte, a semi-solid polymer electrolyte such as polyethylene oxide containing a lithium salt, polypropylene oxide, polyvinylidene fluoride, or polyacrylonitrile can also be used.
The average particle size in the present specification is a particle size corresponding to a cumulative total of 50% in a volume-based particle size distribution measured using a laser diffraction / light scattering type particle size distribution meter. In addition, values measured using an electron microscope (for example, a scanning electron microscope: SEM) or the like can also be adopted.

第一活物質層20と第二活物質層30とは、例えば、いずれか一方を正極活物質層により構成し、他方を負極活物質層により構成することができる。正極活物質層は、正極活物質材料を主体として含む。負極活物質層は、負極活物質材料を主体として含む。正・負の活物質層は、典型的には、粉体状の活物質粒子とバインダとを含む。正・負の活物質層は、活物質粒子がバインダによって互いに結着されると共に、このバインダによって集電体24または他の層と固着される。 The first active material layer 20 and the second active material layer 30 can be composed of, for example, one of the positive electrode active material layer and the other of the negative electrode active material layer. The positive electrode active material layer mainly contains the positive electrode active material. The negative electrode active material layer mainly contains the negative electrode active material. The positive and negative active material layers typically include powdered active material particles and a binder. In the positive and negative active material layers, the active material particles are bound to each other by a binder, and the active material particles are fixed to the current collector 24 or another layer by the binder.

正極活物質および負極活物質としては、全固体電池の電極活物質として利用可能な各種の材料を用いることができる。例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出することができる各種の化合物を好適に用いることができる。これら正極活物質と負極活物質とに明確な制限はなく、2種類の活物質材料の充放電電位を比較して、充放電電位が相対的に貴な電位を示すものを正極に、卑な電位を示すものを負極に用いることができる。このような活物質材料としては、例えば、コバルト酸リチウム(例えば、LiCoO)、ニッケル酸リチウム(例えば、LiNiO)、Li1+xCo1/3Ni1/3Mn1/3(xは0≦x<1を満たす)等の層状岩塩型リチウム遷移金属酸化物、マンガン酸リチウム(例えば、LiMn)、Li1+xMn2-x-y y(Mは、Al、Mg、Ti、Co、Fe、Ni、およびZnから選ばれる1種以上の金属元素であり、x,yは独立して0≦x,y≦1を満たす)で表される組成の異種元素置換Li−Mnスピネル等のスピネル型リチウム遷移金属酸化物、チタン酸リチウム(例えば、LixTiOy、x,yは独立して0≦x,y≦1を満たす)、リン酸金属リチウム(例えば、LiMPO、MはFe、Mn、Co、またはNi)、酸化バナジウム(例えば、V25)および酸化モリブデン(例えば、MoO)等の酸化物、硫化チタン(例えば、TiS2)、グラファイトおよびハードカーボン等の炭素材料、リチウムコバルト窒化物(例えば、LiCoN)、リチウムシリコン酸化物(例えば、LixSiyz、x,y,zは独立して0≦x,y,z≦1を満たす)、リチウム金属(Li)、シリコン(Si)およびスズ(Sn)ならびにこれらの酸化物(例えば、SiO、SnO)、リチウム合金(例えば、LiM、Mは、C、Sn、Si、Al、Ge、Sb、またはP)、リチウム貯蔵性金属間化合物(例えば、MgxやM Sb、MはSn、Ge、またはSb、MはIn、Cu、またはMn)、ならびに、これらの誘導体や複合体が挙げられる。活物質粒子の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、例えば0.1μm以上であり、0.5μm以上であってよい。一方、体積平均粒子径は、例えば50μm以下であり、5μm以下であってもよい。活物質粒子を造粒粉体の形態に加工して用いる場合は、一次粒子としての活物質粒子の平均粒子径が上記範囲にあると好ましい。As the positive electrode active material and the negative electrode active material, various materials that can be used as the electrode active material of the all-solid-state battery can be used. For example, various compounds capable of occluding and releasing lithium ions can be preferably used. There is no clear limitation on these positive electrode active materials and negative electrode active materials, and the charge / discharge potentials of the two types of active material are compared, and the one whose charge / discharge potential shows a relatively noble potential is used as the positive electrode. Those showing an electric potential can be used for the negative electrode. Examples of such active material materials include lithium cobaltate (for example, LiCoO 2 ), lithium nickelate (for example, LiNiO 2 ), and Li 1 + x Co 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 (for example, LiCoO 2 ). Layered rock salt type lithium transition metal oxide such as x satisfies 0 ≦ x <1, lithium manganate (for example, LiMn 2 O 4 ), Li 1 + x Mn 2-xy M 1 y O 4 (M 1 is , Al, Mg, Ti, Co, Fe, Ni, and Zn, which are one or more metal elements, and x and y independently satisfy 0 ≦ x, y ≦ 1). Spinel-type lithium transition metal oxides such as dissimilar element-substituted Li-Mn spinels, lithium titanates (for example, Li x TiO y and x, y independently satisfy 0 ≦ x, y ≦ 1), lithium metal phosphates. Oxides such as (eg, LiM 2 PO 4 , M 2 is Fe, Mn, Co, or Ni), vanadium oxide (eg V 2 O 5 ) and molybdenum oxide (eg MoO 3 ), titanium sulfide (eg MoO 3 ). TiS 2 ), carbon materials such as graphite and hard carbon, lithium cobalt nitride (eg LiCoN), lithium silicon oxide (eg Li x S y O z , x, y, z are independently 0 ≦ x, Lithium metal (Li), silicon (Si) and tin (Sn) and their oxides (eg, SiO, SnO 2 ), lithium alloys (eg, LiM 3 , M 3) C, Sn, Si, Al, Ge, Sb, or P), lithium-storing metal-to-metal compounds (eg, Mg x M 4 and M 5 y Sb, M 4 are Sn, Ge, or Sb, M 5 are In, Cu or Mn), as well as derivatives and complexes thereof. The average particle size of the active material particles is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 μm or more, and may be 0.5 μm or more. On the other hand, the volume average particle diameter is, for example, 50 μm or less, and may be 5 μm or less. When the active material particles are processed into the form of granulated powder and used, it is preferable that the average particle size of the active material particles as the primary particles is in the above range.

また、第一活物質層20および第二活物質層30は、層内でのリチウムイオン伝導性を高めるために、活物質材料の一部を上記の固体電解質材料に置き換えてもよい。この場合、活物質層20、30に含有させる固体電解質材料の割合は、活物質材料と固体電解質材料の合計を100質量%としたとき、例えば、60質量%以下とすることができ、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましい。また、固体電解質材料の割合は、10質量%以上が適切であり、20質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましい。そして第一活物質層20および第二活物質層30は、活物質材料と固体電解質材料とを主体として構成される。 Further, in the first active material layer 20 and the second active material layer 30, a part of the active material material may be replaced with the above-mentioned solid electrolyte material in order to enhance the lithium ion conductivity in the layer. In this case, the ratio of the solid electrolyte material contained in the active material layers 20 and 30 can be, for example, 60% by mass or less, and 50% by mass, when the total of the active material and the solid electrolyte material is 100% by mass. % Or less is preferable, and 40% by mass or less is more preferable. The proportion of the solid electrolyte material is preferably 10% by mass or more, preferably 20% by mass or more, and more preferably 30% by mass or more. The first active material layer 20 and the second active material layer 30 are mainly composed of an active material material and a solid electrolyte material.

なお、より電位の高い正極活物質層に硫化物からなる固体電解質を含有させる場合、正極活物質と固体電解質との界面に高抵抗の反応層が形成されて、界面抵抗が高くなる虞がある。したがって、このような事象を抑制するために、正極活物質粒子はリチウムイオン伝導性を有する結晶性酸化物で被覆しておくことが好ましい。正極活物質を被覆するリチウムイオン伝導性酸化物としては、例えば、一般式LixAOy(Aは、B、C、Al、Si、P、S、Ti、Zr、Nb、Mo、TaまたはWであり、xおよびyは正の数である。)で表される酸化物を挙げることができる。具体的には、Li3BO3、LiBO2、Li2CO3、LiAlO2、Li4SiO4、Li2SiO3、Li3PO4、Li2SO4、Li2TiO3、Li4Ti512、Li2Ti25、Li2ZrO3、LiNbO3、Li2MoO4、Li2WO4等を例示することができる。また、リチウムイオン伝導性酸化物は、例えばLi4SiO4−Li3BO3、Li4SiO4−Li3PO4等のように、上記リチウムイオン伝導性酸化物の任意の組み合わせからなる複合酸化物であってもよい。When a solid electrolyte composed of sulfide is contained in the positive electrode active material layer having a higher potential, a high resistance reaction layer may be formed at the interface between the positive electrode active material and the solid electrolyte, and the interface resistance may increase. .. Therefore, in order to suppress such an event, it is preferable that the positive electrode active material particles are coated with a crystalline oxide having lithium ion conductivity. Examples of the lithium-ion conductive oxide covering the positive electrode active material, for example, the general formula LixA 3 Oy (A 3 is, B, C, Al, Si , P, S, Ti, Zr, Nb, Mo, Ta or W And x and y are positive numbers.). Specifically, Li 3 BO 3 , Li BO 2 , Li 2 CO 3 , LiAlO 2 , Li 4 SiO 4 , Li 2 SiO 3 , Li 3 PO 4 , Li 2 SO 4 , Li 2 TiO 3 , Li 4 Ti 5 Examples thereof include O 12 , Li 2 Ti 2 O 5 , Li 2 ZrO 3 , LiNbO 3 , Li 2 MoO 4 , and Li 2 WO 4 . Further, the lithium ion conductive oxide include Li 4 SiO 4 -Li 3 BO 3 , Li 4 SiO 4 -Li 3 as PO 4 or the like, a composite oxide composed of any combination of the lithium-ion conductive oxide It may be a thing.

正極活物質粒子の表面をイオン伝導性酸化物で被覆する場合、イオン伝導性酸化物は、正極活物質の少なくとも一部を被覆していればよく、正極活物質粒子の表面の全体を被覆していてもよい。正極活物質粒子を被覆するイオン伝導性酸化物の厚さは、例えば、0.1nm以上が好ましく、1nm以上がより好ましい。また、イオン伝導性酸化物の厚さは、例えば、100nm以下であることが好ましく、20nm以下がより好ましい。なお、イオン伝導性酸化物の厚さは、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)等の電子顕微鏡を用いて測定することができる。 When the surface of the positive electrode active material particles is coated with the ionic conductive oxide, the ionic conductive oxide need only cover at least a part of the positive electrode active material, and covers the entire surface of the positive electrode active material particles. You may be. The thickness of the ionic conductive oxide that coats the positive electrode active material particles is, for example, preferably 0.1 nm or more, and more preferably 1 nm or more. The thickness of the ionic conductive oxide is, for example, preferably 100 nm or less, more preferably 20 nm or less. The thickness of the ionic conductive oxide can be measured using, for example, an electron microscope such as a transmission electron microscope (TEM).

第一活物質層20および第二活物質層30は、必要に応じて電子伝導性を高めるための導電材を含んでもよい。導電材は特に制限されるものではなく、例えば、黒鉛や、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)等のカーボンブラック、気相成長カーボン繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、その他の炭素材料を好適に用いることができる。このような導電材は、電極活物質層の総量を100質量%としたとき、例えば、1質量%以上であり、1質量%〜12質量%の範囲内であってもよく、2質量%〜10質量%の範囲内であってもよい。 The first active material layer 20 and the second active material layer 30 may contain a conductive material for enhancing electron conductivity, if necessary. The conductive material is not particularly limited, and for example, graphite, carbon black such as acetylene black (AB) and Ketjen black (KB), vapor-grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotube, carbon nanofiber, and the like. Carbon material can be preferably used. When the total amount of the electrode active material layer is 100% by mass, such a conductive material may be, for example, 1% by mass or more, and may be in the range of 1% by mass to 12% by mass, and 2% by mass to It may be in the range of 10% by mass.

上記バインダは特に制限されるものではなく、結着性を有する各種の有機化合物を用いることができる。このようなバインダとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリエチレン、セルロース樹脂、アクリル樹脂、ビニル樹脂、ニトリルゴム、ポリブタジエンゴム、ブチルゴム、ポリスチレン、スチレンブタジエンゴム、スチレンブタジエンラテックス、多硫化ゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素ゴム等が挙げられる。これらはいずれか1種を単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。 The binder is not particularly limited, and various organic compounds having binding properties can be used. Examples of such a binder include polytetrafluoroethylene, polytrifluoroethylene, polyethylene, cellulose resin, acrylic resin, vinyl resin, nitrile rubber, polybutadiene rubber, butyl rubber, polystyrene, styrene butadiene rubber, styrene butadiene latex, and polysulfide. Examples thereof include rubber, acrylonitrile butadiene rubber, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride (PVDF), and fluororubber. Any one of these can be used alone or in combination of two or more.

また、集電体24としては、電子伝導性に優れ、使用する活物質の充放電電位において変質し難い各種の材料を用いることができる。このような材料としては、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、およびこれらの合金(例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼)、ならびにカーボン等を挙げることができる。集電体24の形状は、例えば、箔状、板状、メッシュ状等とすることができる。集電体24の厚みは電極体の寸法等にもよるため特に制限されないが、例えば、5μm以上500μm以下が好ましく、10μm以上100μm以下程度がより好ましい。 Further, as the current collector 24, various materials having excellent electron conductivity and which are hard to change in quality at the charge / discharge potential of the active material to be used can be used. Examples of such a material include aluminum, copper, nickel, iron, titanium, alloys thereof (for example, aluminum alloy and stainless steel), carbon and the like. The shape of the current collector 24 can be, for example, a foil shape, a plate shape, a mesh shape, or the like. The thickness of the current collector 24 is not particularly limited because it depends on the dimensions of the electrode body and the like, but is preferably 5 μm or more and 500 μm or less, and more preferably 10 μm or more and 100 μm or less.

次に、各工程について説明する。
a.第一活物質層の用意
工程(a)では、第一活物質層20を用意する。第一活物質層20は、集電体24の片面または両面に用意する。本実施形態では、図3(a)に示すように、第一活物質層20を集電体24の両面に形成する。第一活物質層の製造手法としては、比較的低コストで生産性に優れるとの観点から、塗布法を好ましく採用することができる。塗布法では、第一活物質層用スラリーを調製し、このスラリーを集電体24に供給して、第一活物質層20を形成する。第一活物質層用スラリーは、少なくとも粉体状の活物質粒子とバインダとを分散媒に分散させることで用意することができる。ここで、分散媒としては、使用するバインダを好適に溶解または分散させることが可能な水系溶媒または非水系容媒(有機溶剤)を用いることができる。このような水系分散媒としては、例えば、水、水を主体とした低級アルコールの混合溶媒等が挙げられる。非水系分散媒としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸ブチル等のエステル系溶剤や、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、ヘプタン等の炭化水素系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、テレピネオール等が好適例として挙げられる。分散媒ば、例えばバインダを溶解させたバインダ溶液や、バインダを分散させたバインダ分散液等の形態で使用してもよい。また、塗布法に用いるスラリーは、必要に応じてスラリーの粘性を調整するための粘度調整剤等を含んでもよい。粘度調整剤は特に制限されるものではなく、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の有機化合物を好適に用いることができる。スラリーにおける固形分濃度は特に制限されず、例えば、50質量%以上が適切であり、60質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましい。スラリー供給性の観点から、スラリーの固形分濃度は、例えば80質量%以下とするとよい。
Next, each step will be described.
a. Preparation of the first active material layer In the step (a), the first active material layer 20 is prepared. The first active material layer 20 is prepared on one side or both sides of the current collector 24. In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the first active material layer 20 is formed on both sides of the current collector 24. As a method for producing the first active material layer, a coating method can be preferably adopted from the viewpoint of relatively low cost and excellent productivity. In the coating method, a slurry for the first active material layer is prepared, and this slurry is supplied to the current collector 24 to form the first active material layer 20. The slurry for the first active material layer can be prepared by dispersing at least powdery active material particles and a binder in a dispersion medium. Here, as the dispersion medium, an aqueous solvent or a non-aqueous solvent (organic solvent) capable of suitably dissolving or dispersing the binder to be used can be used. Examples of such an aqueous dispersion medium include water and a mixed solvent of a lower alcohol mainly composed of water. Examples of the non-aqueous dispersion medium include ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl butyrate, ethyl butyrate and butyl butyrate, hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, cyclohexane and heptane, acetone and methyl ethyl ketone. Preferable examples include a ketone solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), telepineol and the like. The dispersion medium may be used in the form of, for example, a binder solution in which a binder is dissolved, a binder dispersion solution in which a binder is dispersed, or the like. Further, the slurry used in the coating method may contain a viscosity adjusting agent or the like for adjusting the viscosity of the slurry, if necessary. The viscosity modifier is not particularly limited, and for example, an organic compound such as carboxymethyl cellulose (CMC) can be preferably used. The solid content concentration in the slurry is not particularly limited, and for example, 50% by mass or more is appropriate, 60% by mass or more is preferable, and 70% by mass or more is more preferable. From the viewpoint of slurry supply, the solid content concentration of the slurry may be, for example, 80% by mass or less.

本実施形態における第一活物質層20は、例えば、負極活物質層である。負極活物質としては平均粒子径が4μmのシリコン(Si)粉体を、固体電解質としては平均粒子径が1μmのLiI−Li3PS4−LiBrを、導電材としてはABを用い、これらをバインダ溶液中にフィルミックス分散装置を用いて分散させることで負極用スラリーを調製することができる。バインダ溶液は、バインダとしてのPVDFを5質量%の濃度で酪酸ブチルに溶解させることで調製した。なお、使用したPVDFの軟化点は、134〜169℃の範囲にある。また、集電体24としては、厚みが約15μmで、引張強度が25℃で500N/mm以上の銅箔を用いた。The first active material layer 20 in the present embodiment is, for example, a negative electrode active material layer. Silicon (Si) powder with an average particle size of 4 μm is used as the negative electrode active material, LiI-Li 3 PS 4- LiBr with an average particle size of 1 μm is used as the solid electrolyte, and AB is used as the conductive material. A slurry for a negative electrode can be prepared by dispersing the particles in a solution using a fill mix disperser. The binder solution was prepared by dissolving PVDF as a binder in butyl butyrate at a concentration of 5% by mass. The softening point of the PVDF used is in the range of 134 to 169 ° C. Further, as the current collector 24, a copper foil having a thickness of about 15 μm and a tensile strength of 500 N / mm 2 or more at 25 ° C. was used.

図2に示すように、集電体24は、例えば、長尺箔状の集電体24がロールに巻き取られた集電体ロール100の形態で用意される。この集電体ロール100から、図示しない搬送手段によって集電体24を繰り出し、搬送方向Xに沿って連続的に搬送する。そして、搬送経路上に設けられたスラリー塗工装置S1によって、搬送されている集電体24の両面に第一活物質層用スラリーを塗布する。なお、集電体24の長手方向Xに直交する幅方向Yの両端には、第一活物質層用スラリーが供給されずに集電体24が露出した活物質層非形成部分24aが設けられている。この活物質層非形成部分24aを利用して、引き続き集電体24の搬送が行われる。また、所望の電極体1の寸法に応じて、スラリー塗工装置S1は、第一活物質層用スラリーを集電体24に間欠塗工することができる。その結果、長手方向Xで隣り合う2つの第一活物質層20の間には、幅方向Yに亘って集電体24が露出した活物質層非形成部分24bが設けられる(図2(A)参照)。これにより、集電体24の表面に、長手方向Xおよび幅方向Yで所望の寸法を備える第一活物質層20を用意することができる。ここで、第一活物質層20の表面のうち、集電体24に接していない側の表面を第一面21とする。 As shown in FIG. 2, the current collector 24 is prepared, for example, in the form of a current collector roll 100 in which a long foil-shaped current collector 24 is wound around a roll. The current collector 24 is unwound from the current collector roll 100 by a transport means (not shown), and is continuously transported along the transport direction X. Then, the slurry for the first active material layer is applied to both surfaces of the current collector 24 being transported by the slurry coating device S1 provided on the transport path. Both ends of the width direction Y orthogonal to the longitudinal direction X of the current collector 24 are provided with active material layer non-forming portions 24a in which the current collector 24 is exposed without supplying the slurry for the first active material layer. ing. The current collector 24 is continuously transported by utilizing the active material layer non-forming portion 24a. Further, the slurry coating device S1 can intermittently coat the current collector 24 with the slurry for the first active material layer according to the desired dimensions of the electrode body 1. As a result, between the two first active material layers 20 adjacent to each other in the longitudinal direction X, an active material layer non-forming portion 24b in which the current collector 24 is exposed is provided over the width direction Y (FIG. 2 (A). )reference). Thereby, the first active material layer 20 having desired dimensions in the longitudinal direction X and the width direction Y can be prepared on the surface of the current collector 24. Here, of the surfaces of the first active material layer 20, the surface on the side not in contact with the current collector 24 is referred to as the first surface 21.

b.固体電解質層の用意
工程(b)では、第一活物質層20の第一面21と、固体電解質層10の第一面11とが接するように、固体電解質層10を用意する。ここで、固体電解質層10の表面のうち、第一活物質層20に接する側の表面を第一面11とし、第一活物質層20に接していない側の表面を第二面12とする。本実施形態において、固体電解質層10は、集電体24の両面に形成された二つの第一活物質層20の第一面21にそれぞれ形成する。本実施形態における固体電解質層10は、第一活物質層20と同様に、塗布法によって形成する。
b. Preparation of Solid Electrolyte Layer In step (b), the solid electrolyte layer 10 is prepared so that the first surface 21 of the first active material layer 20 and the first surface 11 of the solid electrolyte layer 10 are in contact with each other. Here, among the surfaces of the solid electrolyte layer 10, the surface on the side in contact with the first active material layer 20 is referred to as the first surface 11, and the surface on the side not in contact with the first active material layer 20 is referred to as the second surface 12. .. In the present embodiment, the solid electrolyte layer 10 is formed on the first surface 21 of the two first active material layers 20 formed on both sides of the current collector 24. The solid electrolyte layer 10 in the present embodiment is formed by a coating method in the same manner as the first active material layer 20.

塗布法に用いる固体電解質用スラリーは、粉体状の固体電解質をバインダ溶液中に分散させることで調製することができる。本実施形態では、固体電解質として、第一活物質層20に用いたのと同じ平均粒子径が1μmのLiI−Li3PS4−LiBrを用いた。バインダ溶液としては、第一活物質層20に用いたのと同じ、5質量%PVDFの酪酸ブチル溶液を用いた。そしてこれらをフィルミックス分散装置を用いて混合、分散させることで固体電解質用スラリーを調製した。
固体電解質用スラリーは、搬送経路上に設けられたスラリー塗工装置S2に収容し、工程(a)で形成された第一活物質層20の第一面21に塗布する。なお、図3(b)に示すように、固体電解質用スラリーは、第一活物質層20の第一面21の全面に供給する。これにより、第一活物質層20の第一面21の全体を覆うように、固体電解質層10を用意することができる。
The solid electrolyte slurry used in the coating method can be prepared by dispersing the powdery solid electrolyte in the binder solution. In this embodiment, LiI-Li 3 PS 4- LiBr having the same average particle size of 1 μm as that used for the first active material layer 20 was used as the solid electrolyte. As the binder solution, the same 5% by mass PVDF butyl butyrate solution used for the first active material layer 20 was used. Then, these were mixed and dispersed using a fill mix dispersion device to prepare a slurry for a solid electrolyte.
The slurry for solid electrolyte is housed in the slurry coating device S2 provided on the transport path, and is applied to the first surface 21 of the first active material layer 20 formed in the step (a). As shown in FIG. 3B, the solid electrolyte slurry is supplied to the entire surface of the first surface 21 of the first active material layer 20. As a result, the solid electrolyte layer 10 can be prepared so as to cover the entire first surface 21 of the first active material layer 20.

b’.第一活物質層および固体電解質層の乾燥
工程(b’)では、工程(a)および(b)で用意した第一活物質層20および固体電解質層10を乾燥させる。この工程(b’)は必須ではないものの、短時間で品質のよい電極体1を製造することができるため、実施することが好ましい。工程(b’)において、集電体24上に形成された第一活物質層20および固体電解質層10は、図2に示すように、集電体24と共に搬送経路を搬送されて、乾燥機Dに導入される。第一活物質層20および固体電解質層10は、この乾燥機D内を通過する間に、スラリー中の分散媒(ここでは、酪酸ブチル)が除去される。本実施形態における乾燥条件は、120℃で20分間である。これにより、乾燥物としての第一活物質層20および固体電解質層10の積層体を得ることができる。このようにして形成される第一活物質層20の厚みは凡そ50μmであり、充填密度(嵩密度)は凡そ50体積%程度である。また、固体電解質層10の厚みは凡そ55μmであり、充填密度(嵩密度)は凡そ50体積%程度である。なお、本明細書において、各層についていう「厚み」は平均厚みを意味する。また、本実施形態における第一活物質層20および固体電解質層10の幅方向Yの寸法は概ね等しい。
b'. Drying of the First Active Material Layer and the Solid Electrolyte Layer In the step (b'), the first active material layer 20 and the solid electrolyte layer 10 prepared in the steps (a) and (b) are dried. Although this step (b') is not essential, it is preferable to carry out the step (b') because a high-quality electrode body 1 can be manufactured in a short time. In the step (b'), the first active material layer 20 and the solid electrolyte layer 10 formed on the current collector 24 are conveyed along the transfer path together with the current collector 24 as shown in FIG. Introduced in D. While the first active material layer 20 and the solid electrolyte layer 10 pass through the dryer D, the dispersion medium (here, butyl butyrate) in the slurry is removed. The drying conditions in this embodiment are 120 ° C. for 20 minutes. As a result, a laminate of the first active material layer 20 and the solid electrolyte layer 10 as a dried product can be obtained. The thickness of the first active material layer 20 formed in this manner is about 50 μm, and the packing density (bulk density) is about 50% by volume. The thickness of the solid electrolyte layer 10 is about 55 μm, and the packing density (bulk density) is about 50% by volume. In addition, in this specification, "thickness" for each layer means the average thickness. Further, the dimensions of the first active material layer 20 and the solid electrolyte layer 10 in the width direction Y in the present embodiment are substantially the same.

c.第二活物質層の用意
工程(c)では、固体電解質層10の第二面12と接するように、第二活物質層30を用意する。ここで、図3(c)に示すように、固体電解質層10の第二面12は、周縁の少なくとも一部である周縁部12aと、この周縁部12aを除く積層部12bとに区分けされる。そして第二活物質層30は、この積層部12bに接するように用意する。換言すると、第二活物質層30は周縁部12aには接しないように用意される。そして、第二活物質層30は、この周縁部12aの分だけ、第一活物質層20および固体電解質層10よりも面方向の寸法が小さい。本実施形態において第二活物質層30は、第一活物質層20と同様に、塗布法によって形成する。
c. Preparation of the second active material layer In the step (c), the second active material layer 30 is prepared so as to be in contact with the second surface 12 of the solid electrolyte layer 10. Here, as shown in FIG. 3C, the second surface 12 of the solid electrolyte layer 10 is divided into a peripheral edge portion 12a which is at least a part of the peripheral edge and a laminated portion 12b excluding the peripheral edge portion 12a. .. Then, the second active material layer 30 is prepared so as to be in contact with the laminated portion 12b. In other words, the second active material layer 30 is prepared so as not to come into contact with the peripheral edge portion 12a. The size of the second active material layer 30 in the plane direction is smaller than that of the first active material layer 20 and the solid electrolyte layer 10 by the amount of the peripheral portion 12a. In the present embodiment, the second active material layer 30 is formed by the coating method in the same manner as the first active material layer 20.

本実施形態における第二活物質層30は、例えば、正極活物質層である。正極活物質としては平均粒子径が4μmのリチウム遷移金属酸化物(LiCo1/3Ni1/3Mn1/3)粉体を、固体電解質としては平均粒子径が0.8μmのLiIを含むLi2S−P25非晶質硫化物を、導電材としてはVGCFを用意した。そしてこれらをバインダ溶液としてのPVDFの5質量%酪酸ブチル溶液中にフィルミックス分散装置を用いて分散させることで正極用スラリーを調製した。The second active material layer 30 in the present embodiment is, for example, a positive electrode active material layer. Lithium transition metal oxide (LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 ) powder with an average particle size of 4 μm is used as the positive electrode active material, and LiI with an average particle size of 0.8 μm is used as the solid electrolyte. Li 2 SP 2 S 5 amorphous sulfide containing Li 2 SP 2 S 5 amorphous sulfide was prepared, and VGCF was prepared as a conductive material. Then, these were dispersed in a 5% by mass butyl butyrate solution of PVDF as a binder solution using a Philmix disperser to prepare a slurry for a positive electrode.

そして、搬送経路上に設けられたスラリー塗工装置S3によって、工程(b’)で乾燥された固体電解質層10の積層部12bに、正極用スラリーを塗布する。なお、図2(A)に示すように、本実施形態では、固体電解質層10の第二面12について、周縁部12aは、幅方向Yの両端に沿うように設定した。また積層部12bは、固体電解質層10の第二面12において、周縁部12aを除く幅方向Yの中央部分に設定した。これにより、第二活物質層30の平面視における面積は、固体電解質層10および第一活物質層20の面積よりも小さい。したがって、第一活物質層20と第二活物質層30との容量比を整合させるために、第二活物質層30の上下方向Zの寸法(厚み)は、第一活物質層20の当該寸法よりも厚くなるように形成している(図3(c)参照)。これにより、第二活物質層30を用意することができる。このようにして形成される第二活物質層30の厚みは、例えば凡そ70μmであり、充填密度は50体積%程度である。 Then, the slurry for the positive electrode is applied to the laminated portion 12b of the solid electrolyte layer 10 dried in the step (b') by the slurry coating apparatus S3 provided on the transport path. As shown in FIG. 2A, in the present embodiment, the peripheral edge portion 12a of the second surface 12 of the solid electrolyte layer 10 is set so as to be along both ends in the width direction Y. Further, the laminated portion 12b was set at the central portion in the width direction Y excluding the peripheral portion 12a on the second surface 12 of the solid electrolyte layer 10. As a result, the area of the second active material layer 30 in a plan view is smaller than the area of the solid electrolyte layer 10 and the first active material layer 20. Therefore, in order to match the volume ratios of the first active material layer 20 and the second active material layer 30, the dimension (thickness) of the second active material layer 30 in the vertical direction Z is the said of the first active material layer 20. It is formed so as to be thicker than the size (see FIG. 3C). Thereby, the second active material layer 30 can be prepared. The thickness of the second active material layer 30 formed in this manner is, for example, about 70 μm, and the packing density is about 50% by volume.

d.絶縁層の用意
工程(d)では、固体電解質層10の周縁部12aと接するように、絶縁層32を用意する。絶縁層32は、次工程(e)の圧延で、押し潰される第一活物質層20の端部と第二活物質層30の端部とが接触しないように絶縁を図る機能を有する。絶縁層32は、電子伝導性を有さない絶縁性材料により構成することができる。絶縁層32は、例えば、電子伝導性およびリチウムイオン伝導性を有さない絶縁性材料により構成することができる。絶縁層32は、絶縁性材料を主体に構成することができる。絶縁層32は、予め周縁部12aに対応する所定の形状に形成された絶縁層部材を用意しておき、これを固体電解質層10の周縁部12aに配置するようにしてもよい。あるいは、絶縁層32は、当該絶縁層32を構成する絶縁性材料の前駆材料を固体電解質層10の周縁部12aに供給し、硬化させることで用意してもよい。
d. In the step (d) of preparing the insulating layer, the insulating layer 32 is prepared so as to be in contact with the peripheral edge portion 12a of the solid electrolyte layer 10. The insulating layer 32 has a function of insulating so that the end portion of the first active material layer 20 and the end portion of the second active material layer 30 that are crushed by rolling in the next step (e) do not come into contact with each other. The insulating layer 32 can be made of an insulating material having no electron conductivity. The insulating layer 32 can be made of, for example, an insulating material that does not have electron conductivity and lithium ion conductivity. The insulating layer 32 can be mainly composed of an insulating material. As the insulating layer 32, an insulating layer member formed in a predetermined shape corresponding to the peripheral edge portion 12a may be prepared in advance and arranged on the peripheral edge portion 12a of the solid electrolyte layer 10. Alternatively, the insulating layer 32 may be prepared by supplying a precursor material of the insulating material constituting the insulating layer 32 to the peripheral edge portion 12a of the solid electrolyte layer 10 and curing the insulating layer 32.

絶縁性材料としては特に制限されず、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、イミド樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンオキサイド等のエンジニアリングプラスチック、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルイミド(PEI)、変性ポリアミド等のスーパーエンジニアリングプラスチック、光エネルギーが供給されて重合硬化した光硬化性樹脂や、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、ベーマイト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の絶縁性セラミック、さらには固体電解質材料等により構成することができる。なかでも、後述する絶縁層32と正極活物質の圧延前の圧縮変形抵抗率を適切な関係に調整するとの観点から、絶縁性材料としては、絶縁性セラミックや固体電解質材料等の無機材料であることが好ましく、アルミナや、上記の硫化物系固体電解質等の使用がより好ましい。 The insulating material is not particularly limited, and for example, thermoplastic resins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), and polyethylene naphthalate (PEN), epoxy resins, phenol resins, and unsaturated polyester resins. , Urea resin, melamine resin, urethane resin, imide resin and other thermosetting resins, polyamide, polyimide, polyacetal, polycarbonate, modified polyphenylene oxide and other engineering plastics, polyphenylene sulfide (PPS), polyether sulfone (PES), poly Super engineering plastics such as ether ether ketone (PEEK), polyetherimide (PEI), modified polyamide, photocurable resin polymerized and cured by supplying light energy, alumina, silica, titania, ceria, zirconia, boehmite, water It can be composed of an insulating ceramic such as aluminum oxide or magnesium hydroxide, a solid electrolyte material, or the like. Among them, the insulating material is an inorganic material such as an insulating ceramic or a solid electrolyte material from the viewpoint of adjusting the compressive resistivity of the insulating layer 32 and the positive electrode active material before rolling to an appropriate relationship, which will be described later. It is preferable, and the use of alumina, the above-mentioned sulfide-based solid electrolyte and the like is more preferable.

なおここでいう「エンジニアリングプラスチック」とは、100℃以上の耐熱性(典型的には、荷重たわみ温度と連続使用温度の少なくとも一つ)を有し、49MPa以上の引張強度と、2.5GPa以上の曲げ弾性率を備える材料をいう。また、「スーパーエンジニアリングプラスチック」とは、エンジニアリングプラスチックのうちで、150℃以上の耐熱性を有するものをいう。
なお、荷重たわみ温度は、ASTM D648またはJIS K7191−1:2015で定められた方法に準じ、樹脂材料に一定荷重をかけながら温度を上げたときのたわみの大きさがある一定値以上になる温度である。また、連続使用温度とは、米国UL規格のUL746Bで定められた方法に準じ、相対温度指数(Relative Thermal Index:RTI)として規定される、無荷重の環境で、継続的に使用することが可能な温度である。
The "engineering plastic" referred to here has a heat resistance of 100 ° C. or higher (typically, at least one of a deflection temperature under load and a continuous use temperature), a tensile strength of 49 MPa or higher, and 2.5 GPa or higher. A material having a flexural modulus of. Further, the "super engineering plastic" refers to an engineering plastic having a heat resistance of 150 ° C. or higher.
The deflection temperature under load is a temperature at which the amount of deflection when the temperature is raised while applying a constant load to the resin material exceeds a certain value according to the method specified in ASTM D648 or JIS K7191-1: 2015. Is. In addition, the continuous use temperature is based on the method defined by UL746B of the US UL standard, and can be used continuously in a no-load environment defined as the Relative Thermal Index (RTI). Temperature.

絶縁性材料が上記樹脂(硬化物)である場合、前駆材料としては、例えば、当該樹脂のモノマーやオリゴマー、プレポリマー等を含む樹脂組成物とすることができる。また、当該樹脂が光硬化性樹脂である場合、未硬化の光硬化性樹脂としての光硬化性樹脂組成物は、光重合開始剤等の添加剤を含むことができる。また、絶縁性材料が上記絶縁性セラミックである場合、前駆材料としては、例えば、当該絶縁性セラミックからなる粒子とバインダとを含む粉体またはこれを分散媒に分散させたスラリーとすることができる。絶縁性材料が固体電解質材料を含むとき、その固体電解質材料は、固体電解質層10を構成する固体電解質材料と同じであってもよいし、異なってもよい。なお、これらの材料は、例えば後述する圧縮変形抵抗率を調整するために、異なる2以上の材料を組み合わせて用いるようにしてもよい。 When the insulating material is the above resin (cured product), the precursor material can be, for example, a resin composition containing a monomer, an oligomer, a prepolymer, or the like of the resin. When the resin is a photocurable resin, the photocurable resin composition as an uncured photocurable resin can contain additives such as a photopolymerization initiator. When the insulating material is the insulating ceramic, the precursor material can be, for example, a powder containing particles made of the insulating ceramic and a binder, or a slurry in which the powder is dispersed in a dispersion medium. .. When the insulating material contains a solid electrolyte material, the solid electrolyte material may be the same as or different from the solid electrolyte material constituting the solid electrolyte layer 10. As these materials, for example, two or more different materials may be used in combination in order to adjust the compressive deformation resistivity described later.

本実施形態における絶縁性材料はアルミナ粉体成形物である。そしてこのアルミナ粉体成形物は、第一活物質層20と同様に、前駆材料としてのアルミナスラリーを固体電解質層10の周縁部12aに塗工し、分散媒を除去することで用意することができる。アルミナスラリーは、平均粒子径が4μmのアルミナ粉体を、バインダ溶液としてのPVDF5質量%NMP溶液中にフィルミックス分散装置を用いて分散させることで調製することができる。
アルミナスラリーは、搬送経路上に設けられたスラリー塗工装置S4によって、固体電解質層10の周縁部12aに塗布する。なお、図3(d)に示すように、本実施形態において、アルミナスラリーは、第二活物質層30の幅方向Yの端部に接するように供給する。換言すると、固体電解質層10と第二活物質層30の表面により形成される段差部を埋めるように、アルミナスラリーを供給する。その後、アルミナスラリー中の分散媒を揮発によって除去させることで、絶縁層32を形成する。これにより、第一活物質層20と、固体電解質層10と、第二活物質層30および絶縁層32とが積層された積層体を形成することができる。
The insulating material in this embodiment is an alumina powder molded product. Then, this alumina powder molded product can be prepared by applying an alumina slurry as a precursor material to the peripheral portion 12a of the solid electrolyte layer 10 and removing the dispersion medium, similarly to the first active material layer 20. it can. The alumina slurry can be prepared by dispersing alumina powder having an average particle diameter of 4 μm in a PVDF 5% by mass NMP solution as a binder solution using a fill mix dispersion device.
The alumina slurry is applied to the peripheral edge portion 12a of the solid electrolyte layer 10 by the slurry coating device S4 provided on the transport path. As shown in FIG. 3D, in the present embodiment, the alumina slurry is supplied so as to be in contact with the end portion of the second active material layer 30 in the width direction Y. In other words, the alumina slurry is supplied so as to fill the stepped portion formed by the surfaces of the solid electrolyte layer 10 and the second active material layer 30. Then, the dispersion medium in the alumina slurry is removed by volatilization to form the insulating layer 32. As a result, a laminated body in which the first active material layer 20, the solid electrolyte layer 10, the second active material layer 30 and the insulating layer 32 are laminated can be formed.

図3(d)に示すように、この積層体において、第二活物質層30の幅方向Yの両端には、絶縁層32が備えられている。積層体において、集電体24の両面に形成された一層目の第一活物質層20と、二層目の固体電解質層10と、三層目の第二活物質層30および絶縁層32は、幅方向Yの端部がほぼ揃っている。また、本実施形態において、絶縁層32の厚みは、第二活物質層30の厚みとほぼ同じになるようにアルミナスラリーの塗布量を調整している。本実施形態における絶縁層32と第二活物質層30との表面はおおむね面一となるように形成されている。このようにして形成される絶縁層32の厚みは、例えば凡そ70μmであり、充填密度は50体積%程度である。また、積層体の厚みは、例えば、凡そ400μmである。 As shown in FIG. 3D, in this laminated body, insulating layers 32 are provided at both ends of the second active material layer 30 in the width direction Y. In the laminated body, the first active material layer 20 formed on both sides of the current collector 24, the second solid electrolyte layer 10, the second active material layer 30 and the insulating layer 32 of the third layer are , The ends in the width direction Y are almost aligned. Further, in the present embodiment, the coating amount of the alumina slurry is adjusted so that the thickness of the insulating layer 32 is substantially the same as the thickness of the second active material layer 30. The surfaces of the insulating layer 32 and the second active material layer 30 in the present embodiment are formed so as to be substantially flush with each other. The thickness of the insulating layer 32 formed in this way is, for example, about 70 μm, and the packing density is about 50% by volume. The thickness of the laminated body is, for example, about 400 μm.

e.各層の積層体の圧延
工程(e)では、上記工程(d)で用意した積層体を、積層方向(すなわち厚み方向Z)に加圧する。積層体は、図2に示すように、搬送方向Xに沿って搬送され、圧延装置Pに送られる。積層体が圧延装置Pを通過することにより、積層体が密に圧延される。これにより、図3(e)に示すように、厚み方向の寸法が圧縮されて充填密度が高められた電極体1を得ることができる。
e. In the rolling step (e) of the laminated body of each layer, the laminated body prepared in the above step (d) is pressed in the laminating direction (that is, the thickness direction Z). As shown in FIG. 2, the laminated body is conveyed along the conveying direction X and sent to the rolling apparatus P. As the laminate passes through the rolling apparatus P, the laminate is densely rolled. As a result, as shown in FIG. 3 (e), it is possible to obtain the electrode body 1 in which the dimensions in the thickness direction are compressed and the packing density is increased.

本実施形態では、圧延装置Pとしてホットロールプレスを用いている。ロール圧延装置は、圧延装置の中でも、搬送中の積層体をスムーズに圧縮できる点において有利である。圧延装置Pによる圧延条件は、例えば、線圧が10kN/cm以上の大圧延であることが好ましい。線圧は、30kN/cm以上がより好ましく、40kN/cm以上がさらに好ましく、50kN/cm以上が特に好ましい。線圧の上限は特に制限されず、圧延装置Pの圧延能力と積層体の形状維持特性に応じて適宜設定することができる。このことにより、一度の圧延によって積層体をより密に圧縮することができる。また、この圧延は、より緻密な電極体1を得るとの観点から、加熱しながら実施することが好ましい。圧延の際の加熱温度は特に制限されないが、例えば、第一活物質層20、固体電解質層10、第二活物質層30および絶縁層32に含まれるバインダの軟化点以上の温度(ここでは170℃以上)とすることが好ましい。このようにして得られる電極体1の厚みは、例えば、凡そ225μm(圧下率:約44%)である。改めて言うまでもないが、圧延の加熱温度は、使用材料の意図しない変質を招く温度より低い温度とすることができる。例えば、加熱温度は、バインダの熱分解開始温度未満の温度とすることができる。 In this embodiment, a hot roll press is used as the rolling apparatus P. Among the rolling mills, the roll rolling apparatus is advantageous in that the laminated body during transportation can be smoothly compressed. The rolling conditions by the rolling apparatus P are preferably, for example, large rolling with a linear pressure of 10 kN / cm or more. The linear pressure is more preferably 30 kN / cm or more, further preferably 40 kN / cm or more, and particularly preferably 50 kN / cm or more. The upper limit of the linear pressure is not particularly limited, and can be appropriately set according to the rolling capacity of the rolling apparatus P and the shape maintaining characteristics of the laminated body. This makes it possible to compress the laminate more densely by rolling once. Further, this rolling is preferably carried out while heating from the viewpoint of obtaining a more dense electrode body 1. The heating temperature during rolling is not particularly limited, but is, for example, a temperature equal to or higher than the softening point of the binder contained in the first active material layer 20, the solid electrolyte layer 10, the second active material layer 30, and the insulating layer 32 (170 in this case). ℃ or higher) is preferable. The thickness of the electrode body 1 thus obtained is, for example, approximately 225 μm (compression rate: about 44%). Needless to say, the heating temperature of rolling can be lower than the temperature that causes unintended deterioration of the material used. For example, the heating temperature can be a temperature lower than the thermal decomposition start temperature of the binder.

このようにして得られる電極体1は、複数のものが、長尺の集電体24の両面に、活物質層非形成部分24bを介して離間して形成されている。したがって、図2に示したように、例えば、切断装置Cを用い、集電体24を活物質層非形成部分24bにて幅方向Yに沿って切断することで、複数の電極体1を個々に得ることができる。 A plurality of electrode bodies 1 thus obtained are formed on both sides of the long current collector 24 with the active material layer non-forming portion 24b interposed therebetween. Therefore, as shown in FIG. 2, for example, by using the cutting device C to cut the current collector 24 at the active material layer non-forming portion 24b along the width direction Y, the plurality of electrode bodies 1 are individually cut. Can be obtained.

以上のとおり、ここに開示される製造方法は、従来よりも高い圧力による圧延を採用することで、一回のみの圧延(加圧)によって電極体1を製造することができる。またその圧延は、例えば、厚み方向での圧縮率(圧下率)が20%以上、より好ましくは30%以上、さらに好ましくは40%以上、例えば45%以上、特に好ましくは50%以上の圧延を実現することができる。従来の圧延によると、電極体の各層の充填密度は約70体積%程度にしか高めることができていなかった。これに対し、ここに開示される技術によると、得られる電極体1の各層の充填密度は、例えば、圧延前に約50体積%であったものが、約80体積%以上、より好ましくは約85体積%以上、さらに好ましくは約90体積%以上にまで高められる。このことにより、各層における界面抵抗が低く抑制されて、内部抵抗の低い電極体1を簡便に製造することができる。 As described above, the manufacturing method disclosed herein employs rolling at a higher pressure than before, so that the electrode body 1 can be manufactured by rolling (pressurizing) only once. Further, in the rolling, for example, the compression rate (rolling rate) in the thickness direction is 20% or more, more preferably 30% or more, further preferably 40% or more, for example 45% or more, and particularly preferably 50% or more. It can be realized. According to the conventional rolling, the packing density of each layer of the electrode body could be increased only to about 70% by volume. On the other hand, according to the technique disclosed herein, the packing density of each layer of the obtained electrode body 1 was, for example, about 50% by volume before rolling, but about 80% by volume or more, more preferably about. It is increased to 85% by volume or more, more preferably to about 90% by volume or more. As a result, the interfacial resistance in each layer is suppressed to be low, and the electrode body 1 having a low internal resistance can be easily manufactured.

なお、このロール圧延による線圧は、積層体に対し、厚み方向Zに作用する他、幅方向Yにも比較的大きく作用する。圧延によって積層体には幅方向Yの引張応力が作用する。ここで第二活物質層30は、幅方向Yの寸法が小さく形成されているため、厚み方向Zの寸法は、例えば第一活物質層20よりも相対的に大きい。その結果、圧延により幅方向Yに変形される量が多くなりがちである。特に、第二活物質層30が正極活物質として汎用されるリチウム遷移金属酸化物を含む正極活物質層である場合、金属酸化物は固体電解質や負極活物質として多用される活物質材料(典型的には、炭素材料や金属材料)よりも高硬度であり得る。その結果、圧延により、第二活物質層30は緻密化よりも圧縮変形が起こりやすい。しかしながら、上記構成によると、第二活物質層30の幅方向Yの両端には絶縁層32が設けられている。このことにより、第二活物質層30が幅方向Yに大きく変形されて、第一活物質層20と短絡するのを防止することができる。 The linear pressure produced by the roll rolling acts on the laminated body in the thickness direction Z and also in the width direction Y relatively large. Tensile stress in the width direction Y acts on the laminated body by rolling. Here, since the second active material layer 30 is formed to have a small dimension in the width direction Y, the dimension in the thickness direction Z is relatively larger than, for example, the first active material layer 20. As a result, the amount of deformation in the width direction Y by rolling tends to increase. In particular, when the second active material layer 30 is a positive electrode active material layer containing a lithium transition metal oxide commonly used as a positive electrode active material, the metal oxide is an active material material (typically) often used as a solid electrolyte or a negative electrode active material. In terms of hardness, it can be higher than that of carbon materials and metal materials. As a result, the second active material layer 30 is more likely to undergo compressive deformation than densification due to rolling. However, according to the above configuration, insulating layers 32 are provided at both ends of the second active material layer 30 in the width direction Y. As a result, it is possible to prevent the second active material layer 30 from being significantly deformed in the width direction Y and short-circuiting with the first active material layer 20.

さらに、図3(d)に示すように、固体電解質層10と第二活物質層30との表面の段差は、絶縁層32によって埋められている。このことにより、大きな圧力による大圧延を行った場合であっても、固体電解質層10の第二面12に均一に圧力を伝えることができる。換言すると、固体電解質層10の積層部12bと周縁部12aとに伝わる圧力の差が緩和されている。とりわけ、絶縁層32がセラミック粉体成形物である場合、絶縁層32と第二活物質層30との圧縮変形挙動を近似させることができるため、固体電解質層10により均一に圧力を伝えることができる。その結果、例えば図4に示すように、従来の電極体101において見られていた固体電解質層110の周縁部112aと積層部112bとの境界における圧延割れの発生を抑制することができる。これにより、第一活物質層20、固体電解質層10および第二活物質層30が均質でかつ高充填密度に圧延された電極体1を得ることができる。 Further, as shown in FIG. 3D, the step on the surface between the solid electrolyte layer 10 and the second active material layer 30 is filled with the insulating layer 32. As a result, the pressure can be uniformly transmitted to the second surface 12 of the solid electrolyte layer 10 even when large rolling is performed with a large pressure. In other words, the difference in pressure transmitted to the laminated portion 12b and the peripheral portion 12a of the solid electrolyte layer 10 is alleviated. In particular, when the insulating layer 32 is a ceramic powder molded product, the compression deformation behavior of the insulating layer 32 and the second active material layer 30 can be approximated, so that the pressure can be uniformly transmitted to the solid electrolyte layer 10. it can. As a result, for example, as shown in FIG. 4, it is possible to suppress the occurrence of rolling cracks at the boundary between the peripheral edge portion 112a and the laminated portion 112b of the solid electrolyte layer 110, which has been seen in the conventional electrode body 101. Thereby, the electrode body 1 in which the first active material layer 20, the solid electrolyte layer 10 and the second active material layer 30 are uniformly rolled to a high packing density can be obtained.

また、図3(e)に示すように、圧延後に得られる電極体1において、第二活物質層30と絶縁層32との表面高さは等しく面一である。また、第二活物質層30と絶縁層32との圧力に対する変形挙動等の物性は類似している。その結果、この電極体1は、例えば全固体電池の使用に伴う振動によって応力等を受けた場合であっても、例えば、固体電解質層10の周縁部12aと積層部12bとの境界に応力が集中することを抑制できる。したがって、製造時のみならず、使用時においても固体電解質層10の疲労割れ等が抑制された電極体1を製造することができる。このことは、各層の充填密度がより高められた電極体1において特に顕著な効果を奏するために好ましい。また、このことは、特に、充放電に伴い体積変化の大きい材料(例えば炭素材料やSi系材料、特にSi系材料)を電極活物質として含む構成の電極体1において繰り返し充放電した場合において、上記作用がより効果的に発現される点において好ましい。 Further, as shown in FIG. 3E, in the electrode body 1 obtained after rolling, the surface heights of the second active material layer 30 and the insulating layer 32 are equal and flush with each other. Further, the physical properties such as the deformation behavior of the second active material layer 30 and the insulating layer 32 with respect to pressure are similar. As a result, even when the electrode body 1 receives stress or the like due to vibration caused by the use of the all-solid-state battery, for example, stress is applied to the boundary between the peripheral portion 12a and the laminated portion 12b of the solid electrolyte layer 10. It is possible to suppress concentration. Therefore, it is possible to manufacture the electrode body 1 in which fatigue cracking and the like of the solid electrolyte layer 10 are suppressed not only during manufacturing but also during use. This is preferable because it exerts a particularly remarkable effect on the electrode body 1 in which the packing density of each layer is further increased. Further, this is especially true when the electrode body 1 having a structure containing a material having a large volume change with charging / discharging (for example, a carbon material or a Si-based material, particularly a Si-based material) as an electrode active material is repeatedly charged / discharged. It is preferable in that the above action is more effectively exhibited.

なお、上記実施形態において、第一活物質層20、固体電解質層10、第二活物質層30および絶縁層32は、いずれも塗布法により用意した。また、第一活物質層20、固体電解質層10、第二活物質層30および絶縁層32は、この順に順次一体的に形成していた。しかしながら、ここに開示される技術はこれに限定されない。例えば、第一活物質層20、固体電解質層10、第二活物質層30および絶縁層32は、互いに独立して、粉体圧縮成形法、造粒粉体圧縮成形法、薄膜形成法等の公知の手法によって用意することができる。また、各層は順次一体的に形成してもよいし、各層を独立した別体として形成してもよい。各層を独立して用意する場合は、予め集電体24や任意のキャリアシート上に各層をそれぞれ形成しておき、工程(a)〜(d)にてこれらを重ね合わせ、圧延工程(e)にて接合一体化するとよい。 In the above embodiment, the first active material layer 20, the solid electrolyte layer 10, the second active material layer 30, and the insulating layer 32 are all prepared by a coating method. Further, the first active material layer 20, the solid electrolyte layer 10, the second active material layer 30, and the insulating layer 32 were integrally formed in this order in this order. However, the techniques disclosed herein are not limited to this. For example, the first active material layer 20, the solid electrolyte layer 10, the second active material layer 30, and the insulating layer 32 are independently of each other, such as a powder compression molding method, a granulated powder compression molding method, and a thin film forming method. It can be prepared by a known method. Further, each layer may be formed integrally in sequence, or each layer may be formed as an independent body. When each layer is prepared independently, each layer is formed in advance on the current collector 24 or an arbitrary carrier sheet, and these are overlapped in steps (a) to (d), and the rolling step (e) is performed. It is good to join and integrate with.

また、上記実施形態において、工程(c)および工程(d)は、独立してこの順に実施した。しかしながら、ここに開示される技術はこれに限定されない。例えば、工程(c)と工程(d)とは、工程(d)を工程(c)よりも先に実施してもよいし、工程(c)と工程(d)とを同時に実施してもよい。工程(c)と工程(d)とを同時に実施する場合は、これに限定されるものではないが、例えば、スラリー塗工装置として、第二活物質用スラリーとアルミナスラリーとをストライプ状に同時に塗工できる、多条塗工装置を好ましく用いることができる。 Further, in the above embodiment, the steps (c) and (d) are independently carried out in this order. However, the techniques disclosed herein are not limited to this. For example, in the step (c) and the step (d), the step (d) may be carried out before the step (c), or the step (c) and the step (d) may be carried out at the same time. Good. When the step (c) and the step (d) are carried out at the same time, the case is not limited to this, but for example, as a slurry coating device, the slurry for the second active material and the alumina slurry are simultaneously striped in a stripe shape. A multi-row coating device that can be coated can be preferably used.

また、上記実施形態において、スラリー塗工による工程(a)および(b)のあとに、乾燥工程(b’)を実施した。しかしながら、ここに開示される技術はこれに限定されない。例えば、各層を粉体圧縮成形法、造粒粉体圧縮成形法、薄膜形成法等の手法によって用意した場合は、工程(b’)を省略することができる。
一方で、上記実施形態において、スラリー塗工による工程(d)では揮発により分散媒を除去するようにした。しかしながら、ここに開示される技術はこれに限定されず、例えば、工程(d)のあとに乾燥工程(d’)を実施してもよい。
Further, in the above embodiment, the drying step (b') was carried out after the steps (a) and (b) by the slurry coating. However, the techniques disclosed herein are not limited to this. For example, when each layer is prepared by a method such as a powder compression molding method, a granulated powder compression molding method, or a thin film forming method, the step (b') can be omitted.
On the other hand, in the above embodiment, in the step (d) by slurry coating, the dispersion medium is removed by volatilization. However, the technique disclosed herein is not limited to this, and for example, a drying step (d') may be carried out after the step (d).

また、上記実施形態において、スラリー塗工による工程(d)のあと、圧延工程(e)を実施した。しかしながら、ここに開示される技術はこれに限定されず、例えば、工程(e)に先立って、第二活物質層30および絶縁層32の上に第二集電体を用意する工程を実施してもよい。また、第二集電体を介して、図3(d)に示すような積層体を複数重ねた積層体を用意する工程を実施してもよい。第二集電体としては、上記の集電体24と同様であり、電子伝導性に優れ、第二活物質層30に含まれる電極活物質の充放電電位において変質し難い各種の材料を用いることができる。例えば、アルミニウム箔を好ましく用いることができる。これにより、第一活物質層20、固体電解質層10、第二活物質層30および絶縁層32が、二つの集電体により挟まれ一体化された蓄電単位を1または2以上含む構成の電極体1を得ることができる。 Further, in the above embodiment, the rolling step (e) was carried out after the step (d) by the slurry coating. However, the technique disclosed herein is not limited to this, and for example, prior to step (e), a step of preparing a second current collector on the second active material layer 30 and the insulating layer 32 is carried out. You may. Further, a step of preparing a laminated body in which a plurality of laminated bodies as shown in FIG. 3D may be stacked may be carried out via the second current collector. As the second current collector, various materials which are the same as the above current collector 24, have excellent electron conductivity, and are not easily altered in the charge / discharge potential of the electrode active material contained in the second active material layer 30 are used. be able to. For example, an aluminum foil can be preferably used. As a result, the electrode having a configuration in which the first active material layer 20, the solid electrolyte layer 10, the second active material layer 30, and the insulating layer 32 are sandwiched between two current collectors and integrated with one or more storage units. Body 1 can be obtained.

また、上記実施形態においては、圧延工程(e)の後に、集電体24を切断して電極体1を切り分けた。しかしながら、集電体24の切断のタイミングは、圧延工程(e)の後に限定されない。集電体24の切断は、例えば、圧延工程(e)の前に実施してもよい。 Further, in the above embodiment, after the rolling step (e), the current collector 24 is cut to separate the electrode body 1. However, the timing of cutting the current collector 24 is not limited after the rolling step (e). The current collector 24 may be cut, for example, before the rolling step (e).

さらに、上記実施形態において、圧延工程(e)はホットロール圧延機を用いたロール圧延により実施した。しかしながら、ここに開示される技術はこれに限定されず、例えば、圧延工程(e)は平板圧延機を用いた平面プレスにより実施してもよい。これに限定されるものではないが、上記のとおり、圧延工程(e)の前に集電体24を切断した場合は、圧延工程(e)を平面プレスによって行うことも好ましい。平面プレスを行う場合の面圧は、例えば、200MPa以上が好ましく、400MPa以上がより好ましく、600MPa以上がさらに好ましく、800MPa以上が特に好ましく、例えば1000MPa程度とすることができる。面圧の上限は、使用する平板圧延機の性能等により適宜設定することができる。 Further, in the above embodiment, the rolling step (e) was carried out by roll rolling using a hot roll rolling mill. However, the technique disclosed herein is not limited to this, and for example, the rolling step (e) may be carried out by a flat press using a flat plate rolling mill. Although not limited to this, as described above, when the current collector 24 is cut before the rolling step (e), it is also preferable to perform the rolling step (e) by a flat press. The surface pressure when performing a flat press is, for example, preferably 200 MPa or more, more preferably 400 MPa or more, further preferably 600 MPa or more, particularly preferably 800 MPa or more, for example, about 1000 MPa. The upper limit of the surface pressure can be appropriately set depending on the performance of the flat plate rolling mill used and the like.

なお、平面プレスを行う場合は、ロール圧延の場合と比較して、幅方向Yの引張応力に加え、長手方向Xの引張応力が各層に生じやすい。したがって、固体電解質層10の第二面12において、周縁部12aを幅方向Yの両端に沿って設けることに加え、長手方向Xの両端に沿って設けてもよい。換言すると、固体電解質層10の第二面12の周縁の全体にわたって周縁部12aを設けてもよい。また、これに合わせて、絶縁層32を固体電解質層10の第二面12の周縁の全体にわたって設けてもよい。これにより、圧延によって第二活物質層30が幅方向Yのみならず長手方向Xに大きく変形した場合であっても、第一活物質層20と第二活物質層30との短絡を好適に防止することができる。 In the case of flat pressing, in addition to the tensile stress in the width direction Y, the tensile stress in the longitudinal direction X is likely to be generated in each layer as compared with the case of roll rolling. Therefore, on the second surface 12 of the solid electrolyte layer 10, in addition to providing the peripheral edge portion 12a along both ends in the width direction Y, it may be provided along both ends in the longitudinal direction X. In other words, the peripheral edge portion 12a may be provided over the entire peripheral edge of the second surface 12 of the solid electrolyte layer 10. Further, in accordance with this, the insulating layer 32 may be provided over the entire peripheral edge of the second surface 12 of the solid electrolyte layer 10. As a result, even when the second active material layer 30 is significantly deformed not only in the width direction Y but also in the longitudinal direction X by rolling, the short circuit between the first active material layer 20 and the second active material layer 30 is preferably performed. Can be prevented.

また、上記実施形態において、圧延工程(e)の前において、第二活物質層30と絶縁層32の厚み方向Zの寸法は、図3(d)に示すように、両者の表面が概ね面一となるように形成されていた。また、絶縁層32の幅方向Yで第二活物質層30とは反対側の端部の位置は、固体電解質層10の幅方向Yの端部の位置と概ね揃っていた。しかしながら、ここに開示される技術はこれに限定されず、絶縁層32の形態は多様に変化させてよい。例えば、図5(A)に示す例では、圧延工程(e)の前において、集電体24の両面と、固体電解質層10の幅方向Yの両端側に、異なる4とおりの断面形態で絶縁層32a、32b、32c、32dが形成されている。このように、例えば、絶縁層32aは、第二活物質層30よりも厚みが厚くてもよい。また、絶縁層32bは、第二活物質層30よりも厚みが薄くてもよい。さらに、絶縁層32cは、その端部が固体電解質層10よりも幅方向Yに突出していてもよい。また、絶縁層32dは、幅方向Yの寸法が、厚み方向Zに沿って変化していてもよい。これらの絶縁層32a、32b、32c、32dは、圧延工程(e)において、図5(B)に示すように、少なくとも第二活物質層30と絶縁層32の表面が面一となるまで圧延される。したがって、このような圧延が可能な構成であれば、上記実施形態と同様に本技術の効果を実現することができる。 Further, in the above embodiment, before the rolling step (e), the dimensions of the second active material layer 30 and the insulating layer 32 in the thickness direction Z are such that the surfaces of both are substantially surface as shown in FIG. 3D. It was formed to be one. Further, the position of the end portion of the insulating layer 32 in the width direction Y opposite to that of the second active material layer 30 was substantially aligned with the position of the end portion of the solid electrolyte layer 10 in the width direction Y. However, the technique disclosed herein is not limited to this, and the form of the insulating layer 32 may be changed in various ways. For example, in the example shown in FIG. 5A, before the rolling step (e), both sides of the current collector 24 and both ends of the solid electrolyte layer 10 in the width direction Y are insulated in four different cross-sectional forms. Layers 32a, 32b, 32c, 32d are formed. As described above, for example, the insulating layer 32a may be thicker than the second active material layer 30. Further, the insulating layer 32b may be thinner than the second active material layer 30. Further, the end portion of the insulating layer 32c may protrude in the width direction Y from the solid electrolyte layer 10. Further, the size of the insulating layer 32d in the width direction Y may change along the thickness direction Z. These insulating layers 32a, 32b, 32c, and 32d are rolled in the rolling step (e) until at least the surfaces of the second active material layer 30 and the insulating layer 32 are flush with each other, as shown in FIG. 5 (B). Will be done. Therefore, if the structure is such that rolling is possible, the effect of the present technology can be realized as in the above embodiment.

しかしながら、絶縁層32a、32bについては、第二活物質層30と相対的に厚みが違いすぎると、圧延工程(e)において固体電解質層10に加わる圧力にムラを生じ得るために好ましくない。そこで、第二活物質層30と絶縁層32の構成材料にもよるため一概には言えないものの、例えば、圧延前の絶縁層32bの厚みT1は、圧延前の第二活物質層30の厚みT2に対して、0.6×T2≦T1の関係を満たすことが望ましく、0.75×T2≦T1がより望ましく、例えば0.8×T2≦T1であってよい。また、厚みT1とT2は、T1≦1.8×T2の関係を満たすことが望ましく、T1≦1.6×T2や、T1≦1.4×T2、さらにはT1≦1.25×T2やT1≦1.2×T2の関係を満たすことがより望ましい。これにより、第二活物質層30と絶縁層32の厚みが異なる場合であっても、固体電解質層10をより均質に圧延することができる。 However, if the thicknesses of the insulating layers 32a and 32b are too different from those of the second active material layer 30, the pressure applied to the solid electrolyte layer 10 in the rolling step (e) may be uneven, which is not preferable. Therefore, although it cannot be said unconditionally because it depends on the constituent materials of the second active material layer 30 and the insulating layer 32, for example, the thickness T1 of the insulating layer 32b before rolling is the thickness of the second active material layer 30 before rolling. It is desirable to satisfy the relationship of 0.6 × T2 ≦ T1 with respect to T2, more preferably 0.75 × T2 ≦ T1, and for example, 0.8 × T2 ≦ T1 may be satisfied. Further, it is desirable that the thicknesses T1 and T2 satisfy the relationship of T1 ≦ 1.8 × T2, and T1 ≦ 1.6 × T2, T1 ≦ 1.4 × T2, and further T1 ≦ 1.25 × T2. It is more desirable to satisfy the relationship of T1 ≦ 1.2 × T2. As a result, the solid electrolyte layer 10 can be rolled more uniformly even when the thicknesses of the second active material layer 30 and the insulating layer 32 are different.

また、固体電解質層10により均一な圧力を伝えるとの観点からは、第二活物質層30と絶縁層32とは圧縮時の変形抵抗が類似していることが好ましい。本発明者らの検討によると、例えば、工程(d)において用意する(換言すると、圧延前の)絶縁層32bの圧縮変形抵抗率(圧縮弾性率、単に「弾性率」等ともいう。)E1は、圧延前の第二活物質層30の圧縮変形抵抗率E2に対して、E1≧0.1×E2を満たすことが好ましく、E1≧0.2×E2がより好ましい。これにより、固体電解質層10により良好に圧力を伝えることができる。圧縮変形抵抗率E1は、0.5×E2以上であることが好ましく、0.8×E2以上がより好ましく、0.9×E2以上がさらに好ましく、E2以上であることが特に好ましい。また、本発明者らの検討によると、絶縁層32は、過度でなければ第二活物質層30と比較して相対的に伸び変形し難くても許容される。したがって、圧縮変形抵抗率E1は、凡そ2×E2以下であることが好ましく、1.5×E2以下がより好ましく、1.3×E2以下がさらに好ましく、1.2×E2以下が特に好ましい。これにより、第二活物質層30と絶縁層32の材質が異なる場合であっても、上記実施形態と同様に本技術の効果を発揮することができる。また、絶縁層32の設計の指針が提供される。 Further, from the viewpoint of transmitting a uniform pressure to the solid electrolyte layer 10, it is preferable that the second active material layer 30 and the insulating layer 32 have similar deformation resistance at the time of compression. According to the study by the present inventors, for example, the compressive deformation resistivity (compressive elastic modulus, also simply referred to as "elastic modulus") of the insulating layer 32b prepared in the step (d) (in other words, before rolling) E1. It is preferable that E1 ≧ 0.1 × E2 is satisfied with respect to the compressive deformation resistivity E2 of the second active material layer 30 before rolling, and E1 ≧ 0.2 × E2 is more preferable. As a result, the pressure can be satisfactorily transmitted to the solid electrolyte layer 10. The compressive deformation resistivity E1 is preferably 0.5 × E2 or more, more preferably 0.8 × E2 or more, further preferably 0.9 × E2 or more, and particularly preferably E2 or more. Further, according to the study by the present inventors, it is permissible that the insulating layer 32 is not excessive and is relatively difficult to stretch and deform as compared with the second active material layer 30. Therefore, the compressive deformation resistivity E1 is preferably about 2 × E2 or less, more preferably 1.5 × E2 or less, further preferably 1.3 × E2 or less, and particularly preferably 1.2 × E2 or less. As a result, even when the materials of the second active material layer 30 and the insulating layer 32 are different, the effect of the present technology can be exhibited as in the above embodiment. In addition, a guideline for designing the insulating layer 32 is provided.

なお、第二活物質層30の緻密化を十分に行いながら、固体電解質層10の割れ等の抑制を高いレベルでバランスよく実現するには、圧延に供する第二活物質層30および絶縁層32の厚みと圧縮変形抵抗率とは、以下の関係を満たすことが好ましい。すなわち、まず、E1≧0.2×E2であることが好ましい。そして、(1)0.2×E2≦E1≦0.5×E2の場合は、0.75×T2≦T1≦1.6×T2であることが好ましい。また、(2)0.5×E2<E1の場合は、0.75×T2≦T1≦1.25×T2であることが好ましい。 In order to sufficiently densify the second active material layer 30 and suppress cracking of the solid electrolyte layer 10 at a high level in a well-balanced manner, the second active material layer 30 and the insulating layer 32 to be subjected to rolling are used. It is preferable that the thickness of the material and the compressive deformation resistivity satisfy the following relationship. That is, first, it is preferable that E1 ≧ 0.2 × E2. Then, in the case of (1) 0.2 × E2 ≦ E1 ≦ 0.5 × E2, it is preferable that 0.75 × T2 ≦ T1 ≦ 1.6 × T2. Further, in the case of (2) 0.5 × E2 <E1, it is preferable that 0.75 × T2 ≦ T1 ≦ 1.25 × T2.

なお、本明細書において、圧縮変形抵抗率とは、圧縮応力を受けたときの当該圧縮応力の伝達効率を意味する。この圧縮変形抵抗率は、例えば、圧延前の絶縁層32bと圧延前の第二活物質層30とに相当する試料について、上記圧延工程(e)と同等の温度および圧縮荷重による圧縮試験を行って得られる応力−ひずみ曲線の傾きとして把握することができる。応力−ひずみ曲線の傾きの算出に際しては、試料厚みが極めて薄いことから、応力−ひずみ曲線を直線補完して傾きを求めてもよい。また、絶縁層が第二活物質層と同様に複合材料からなる場合は、応力−ひずみ曲線に降伏点や破壊点が見られる場合がある。その場合、上記傾きは、複合則に基き算出してもよいし、当該降伏点(または破壊点)に至るまでの初期ひずみ領域における曲線を直線補完して求めてもよい。圧縮試験は、例えば、JIS K7181、K7056、R1608等に準じて適宜実施することができる。なお、実際的には、圧延前の絶縁層や第二活物質層のような薄膜状(典型的には、厚み100〜200μm)の試料について、500MPaを超える圧縮荷重を付加したときの応力ひずみ特性の測定が困難な場合があり得る。その場合、圧縮変形抵抗率は、例えば、圧延工程(e)における圧縮荷重として、500MPa(代表値)を採用してもよい。なお、上記の絶縁層の圧縮変形抵抗率E1と第二活物質層の圧縮変形抵抗率E2との関係は、例えば、精密万能試験機を用い、特別に作製した治具を用いて、種々の絶縁層試料および第二活物質層試料について、室温(25℃)から200℃(典型的には170℃)の温度条件下で500MPaの圧縮力を印加したときの圧縮変形抵抗率E1、E2を基に導出されたものである。 In this specification, the compressive deformation resistivity means the transmission efficiency of the compressive stress when it is subjected to the compressive stress. For this compressive deformation resistance, for example, a compression test is performed on a sample corresponding to the insulating layer 32b before rolling and the second active material layer 30 before rolling at the same temperature and compressive load as in the rolling step (e). It can be grasped as the slope of the stress-strain curve obtained. When calculating the slope of the stress-strain curve, since the sample thickness is extremely thin, the stress-strain curve may be linearly complemented to obtain the slope. Further, when the insulating layer is made of a composite material like the second active material layer, a yield point or a fracture point may be seen in the stress-strain curve. In that case, the slope may be calculated based on the compound law, or may be obtained by linearly complementing the curve in the initial strain region up to the yield point (or fracture point). The compression test can be appropriately performed according to, for example, JIS K7181, K7056, R1608, and the like. In practice, stress-strain when a compressive load exceeding 500 MPa is applied to a thin-film (typically 100 to 200 μm thick) sample such as an insulating layer or a second active material layer before rolling. It can be difficult to measure the properties. In that case, for the compressive deformation resistivity, for example, 500 MPa (representative value) may be adopted as the compressive load in the rolling step (e). The relationship between the compressive deformation resistivity E1 of the insulating layer and the compressive deformation resistivity E2 of the second active material layer is various, for example, using a precision universal testing machine and a specially prepared jig. For the insulating layer sample and the second active material layer sample, the compressive deformation resistivityes E1 and E2 when a compressive force of 500 MPa is applied under the temperature conditions of room temperature (25 ° C.) to 200 ° C. (typically 170 ° C.) It was derived based on this.

[第二実施形態]
(CAE解析)
全固体電池の電極体を製造するにあたり、固体電解質層と正極活物質層および絶縁層とが積層された積層体に、所定の圧延を行ったときの固体電解質層の圧延状態を、応答曲面法に基づくCAE(computer aided engineering)解析により予測した結果を図6に示した。図6は、縦軸に正極活物質層に対する絶縁層の圧延前の厚みの比を、横軸に正極活物質層に対する絶縁層の弾性率(圧縮変形抵抗率)の比を示している。この図6では、領域IIと領域IIIとを合わせた領域が、正極活物質層と絶縁層との関係が、プレスによって正極活物質層に所定値以上の圧縮応力が加わる領域であることを示す。これに対し、正極活物質層と絶縁層との関係が領域Iにあるときは、絶縁層が硬すぎたり厚すぎたりするために、絶縁層およびこれに接する固体電解質層部分だけにプレス圧が負荷され、正極活物質層には必要な圧縮荷重が加わらないことを示す。また、正極活物質層と絶縁層との関係が領域Iと領域IIとを合わせた領域にあるときは、絶縁層を介してこれに接する固体電解質層に圧縮応力が加わるものの、ロールプレス時に搬送方向に引張応力が加わらないことを示す。これに対し、正極活物質層と絶縁層との関係がそれ以外の領域III(左側〜下半分ほどの領域)にあるときは、絶縁層が柔らかすぎたり薄すぎたりして絶縁層に接する固体電解質層を圧縮できず、絶縁層に接する固体電解質層に引張応力が加わり、絶縁層や固体電解質層に割れ等が発生することを示している。したがって、正極活物質層と絶縁層との関係が、領域IIにあるときに、固体電解質層に割れ等が発生することなく、且つ、正極活物質層をしっかりと緻密化することができる。
[Second Embodiment]
(CAE analysis)
In manufacturing an electrode body of an all-solid-state battery, the response curved surface method is used to determine the rolled state of the solid electrolyte layer when a predetermined rolling is performed on the laminated body in which the solid electrolyte layer, the positive electrode active material layer and the insulating layer are laminated. The results predicted by CAE (computer aided engineering) analysis based on the above are shown in FIG. In FIG. 6, the vertical axis shows the ratio of the thickness of the insulating layer to the positive electrode active material layer before rolling, and the horizontal axis shows the ratio of the elastic modulus (compressive deformation resistivity) of the insulating layer to the positive electrode active material layer. FIG. 6 shows that the combined region of region II and region III is a region in which the relationship between the positive electrode active material layer and the insulating layer is a region in which compressive stress of a predetermined value or more is applied to the positive electrode active material layer by pressing. .. On the other hand, when the relationship between the positive electrode active material layer and the insulating layer is in region I, the insulating layer is too hard or too thick, so that the pressing pressure is applied only to the insulating layer and the solid electrolyte layer portion in contact with the insulating layer. It is shown that it is loaded and the required compressive load is not applied to the positive electrode active material layer. Further, when the relationship between the positive electrode active material layer and the insulating layer is in the region where the regions I and II are combined, compressive stress is applied to the solid electrolyte layer in contact with the region I via the insulating layer, but the solid electrolyte layer is conveyed during roll pressing. Indicates that no tensile stress is applied in the direction. On the other hand, when the relationship between the positive electrode active material layer and the insulating layer is in the other region III (the region from the left side to the lower half), the insulating layer is too soft or too thin and is in contact with the insulating layer. It is shown that the electrolyte layer cannot be compressed, tensile stress is applied to the solid electrolyte layer in contact with the insulating layer, and cracks or the like occur in the insulating layer or the solid electrolyte layer. Therefore, when the relationship between the positive electrode active material layer and the insulating layer is in region II, the solid electrolyte layer is not cracked or the like, and the positive electrode active material layer can be firmly densified.

[電極体作製試験]
また、図6のCAE解析による予測が適正かどうかを、以下の電極体作製試験にて確認した。図6には、この電極体作製試験の結果も併せて示した。
(例1〜2)
正極活物質としての平均粒子径4μmのリチウム遷移金属酸化物(LiCo1/3Ni1/3Mn1/3)粉末と、硫化物固体電解質としての平均粒子径0.8μmのLiI含有Li2S−P25系ガラスセラミックと、導電材としてのVGCFと、バインダ溶液としてのPVdFの5質量%酪酸ブチル溶液と、分散媒としての酪酸ブチル溶液とをフィルミックス分散装置で撹拌し、正極用ペーストを得た。
負極活物質としての平均粒子径5μmのシリコン粉末と、硫化物固体電解質としての平均粒子径2.5μmのLiI含有Li2S−P25系ガラスセラミックと、バインダ溶液としてのPVdFの5質量%酪酸ブチル溶液と、分散媒としての酪酸ブチル溶液とを超音波分散装置で30秒間撹拌し、負極用ペーストを得た。
[Electrode body fabrication test]
In addition, it was confirmed by the following electrode body fabrication test whether or not the prediction by the CAE analysis in FIG. 6 was appropriate. FIG. 6 also shows the results of this electrode body fabrication test.
(Examples 1 and 2)
Lithium transition metal oxide (LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 ) powder with an average particle size of 4 μm as a positive electrode active material and LiI-containing Li with an average particle size of 0.8 μm as a sulfide solid electrolyte 2 SP 2 S 5 series glass ceramic, VGCF as a conductive material, 5% by mass butyl butyrate solution of PVdF as a binder solution, and butyl butyrate solution as a dispersion medium are stirred by a fill mix disperser. A positive electrode paste was obtained.
Silicon powder with an average particle size of 5 μm as a negative electrode active material, Li 2 SP 2 S 5 system glass ceramic with an average particle size of 2.5 μm as a sulfide solid electrolyte, and 5 masses of PVdF as a binder solution. The% butyl butyrate solution and the butyl butyrate solution as a dispersion medium were stirred with an ultrasonic disperser for 30 seconds to obtain a negative electrode paste.

硫化物固体電解質としての平均粒子径2.5μmのLiI含有Li2S−P25系ガラスセラミックと、ブタジエンゴム(BR)系バインダの5質量%ヘプタン溶液と、分散媒としてのヘプタンとを超音波分散装置で30秒間撹拌し、SE層用ペーストを得た。
絶縁層材料としての平均粒子径5μmのアルミナ粉末と、ブタジエンゴム(BR)系バインダの10質量%メシチレン溶液と、分散媒としてのメシチレンとを超音波分散装置で30秒間撹拌し、絶縁層用ペーストを得た。
Li 2 SP 2 S 5 glass ceramic containing LiI with an average particle size of 2.5 μm as a sulfide solid electrolyte, a 5 mass% heptane solution of a butadiene rubber (BR) binder, and heptane as a dispersion medium. The mixture was stirred with an ultrasonic disperser for 30 seconds to obtain a paste for the SE layer.
Alumina powder with an average particle size of 5 μm as an insulating layer material, a 10 mass% mesitylene solution of a butadiene rubber (BR) binder, and mesityylene as a dispersion medium are stirred for 30 seconds with an ultrasonic disperser, and a paste for the insulating layer is used. Got

アルミニウム箔上に正極用ペーストおよびSE層用ペーストをブレード法にてそれぞれ塗工し、100℃のホットプレート上で30分間乾燥させることで、正極活物質層およびSE層を作製した。正極活物質層の厚みは60μmとなるようにした。次いで、銅箔の片面に負極用ペーストをブレード法にて塗工し、100℃のホットプレート上で30分間乾燥させたのち、銅箔のもう一方の面に負極用ペーストをブレード法にて塗工し、100℃のホットプレート上で30分間乾燥させることで、銅箔の両面に負極活物質層を備えた負極を得た。なお、負極活物質層とSE層の平面視での寸法は同じであり、正極活物質層はSE層よりも幅方向の寸法を狭く形成した。 A positive electrode active material layer and an SE layer were prepared by applying a positive electrode paste and an SE layer paste on an aluminum foil by a blade method and drying them on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes. The thickness of the positive electrode active material layer was set to 60 μm. Next, the negative electrode paste is applied to one side of the copper foil by the blade method, dried on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes, and then the negative electrode paste is applied to the other side of the copper foil by the blade method. The work was carried out and dried on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes to obtain a negative electrode having negative electrode active material layers on both sides of the copper foil. The dimensions of the negative electrode active material layer and the SE layer in a plan view are the same, and the positive electrode active material layer is formed to have a narrower dimension in the width direction than the SE layer.

用意した負極の両面の負極活物質層の上に、用意したSE層をそれぞれ重ね合わせ、常温(25℃)でロールプレスしたのちアルミニウム箔を剥がすことにより、負極上にSE層を転写法により成膜した。さらに同様にして、SE層上に正極活物質層を転写した。これによりSE層および負極活物質層は、正極活物質層よりも幅方向の両端で突出し、SE層と正極活物質層の幅方向の端部との間に段差部が両面で計4カ所に形成された。これらの段差部の幅は約2mmであり、段差部高さは正極活物質層の厚みに一致して60μmであった。 The prepared SE layers are laminated on the negative electrode active material layers on both sides of the prepared negative electrode, roll-pressed at room temperature (25 ° C.), and then the aluminum foil is peeled off to form the SE layer on the negative electrode by the transfer method. Membrane. Further, in the same manner, the positive electrode active material layer was transferred onto the SE layer. As a result, the SE layer and the negative electrode active material layer protrude at both ends in the width direction from the positive electrode active material layer, and there are a total of four steps on both sides between the SE layer and the positive electrode active material layer at both ends in the width direction. Been formed. The width of these stepped portions was about 2 mm, and the height of these stepped portions was 60 μm, which coincided with the thickness of the positive electrode active material layer.

そこで、段差部に、ディスペンサーにて絶縁層用ペーストを供給し、100℃のホットプレート上で30分間乾燥させることで絶縁層を形成した。ただし、例1では、絶縁層の厚みが60μmとなるように形成し、例2では絶縁層の厚みが55μmとなるように形成した。絶縁層は、片面あたり2カ所ずつ、両面で計4カ所に設け、これにより積層体を用意した。その後、この積層体を厚さ0.1mmの2枚のSUS板で挟み、170℃のロールプレス機にて線圧50kN/cmで圧延し、各層を緻密化することで、例1および例2の全固体電池用の電極体を得た。 Therefore, the insulating layer paste was supplied to the stepped portion by a dispenser and dried on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes to form an insulating layer. However, in Example 1, it was formed so that the thickness of the insulating layer was 60 μm, and in Example 2, it was formed so that the thickness of the insulating layer was 55 μm. Two insulating layers were provided on each side, and a total of four insulating layers were provided on both sides to prepare a laminated body. Then, this laminated body is sandwiched between two SUS plates having a thickness of 0.1 mm, rolled at a linear pressure of 50 kN / cm with a roll press machine at 170 ° C., and each layer is densified to form Examples 1 and 2. An electrode body for an all-solid-state battery was obtained.

(例3)
絶縁層材料として、平均粒子径2.5μmのLiI含有Li2S−P25系ガラスセラミックを用いたこと以外は、例1と同様にして、例3の電極体を得た。
(例4)
絶縁層を形成しなかったこと以外は、例1と同様にして、例4の電極体を得た。
(Example 3)
An electrode body of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that a Li I-containing Li 2 SP 2 S 5 series glass ceramic having an average particle diameter of 2.5 μm was used as the insulating layer material.
(Example 4)
The electrode body of Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the insulating layer was not formed.

(例5〜6)
段差部に、スクリーン印刷法にてアクリル樹脂系のUV硬化樹脂を供給し、UVを照射することで絶縁層を形成した。ここで例5では、絶縁層の厚みが60μmとなるように形成し、例6では絶縁層の厚みが52μmとなるように形成した。これら以外は例1と同様にして、例5および例6の電極体を得た。
(Examples 5 to 6)
An acrylic resin-based UV curable resin was supplied to the stepped portion by a screen printing method, and an insulating layer was formed by irradiating the step portion with UV. Here, in Example 5, the thickness of the insulating layer was formed to be 60 μm, and in Example 6, the thickness of the insulating layer was formed to be 52 μm. Except for these, the electrode bodies of Examples 5 and 6 were obtained in the same manner as in Example 1.

[絶縁層の弾性率]
各例の電極体の絶縁層部分を同様の条件で作製し、170℃の環境下で圧縮試験を行うことで、各例の絶縁層の圧縮変形抵抗率(以下、単に「弾性率」と示す。)を測定した。その結果を、下記の表1に示した。なお、参考のため、ロールプレス前の正極活物質層の弾性率は、約8000MPaであった。
[固体電解質層の評価]
各例の電極体の絶縁層および絶縁層に接する固体電解質層を観察し、下記の表1に、割れ等の欠陥の有無を示した。
[Elastic modulus of insulating layer]
By producing the insulating layer portion of the electrode body of each example under the same conditions and performing a compression test in an environment of 170 ° C., the compressive deformation resistivity of the insulating layer of each example (hereinafter, simply referred to as “elastic modulus”) is shown. .) Was measured. The results are shown in Table 1 below. For reference, the elastic modulus of the positive electrode active material layer before the roll press was about 8000 MPa.
[Evaluation of solid electrolyte layer]
The insulating layer of the electrode body of each example and the solid electrolyte layer in contact with the insulating layer were observed, and the presence or absence of defects such as cracks is shown in Table 1 below.

Figure 2019103008
Figure 2019103008

絶縁層材料としてアルミナを用いた例1、2の電極体では、固体電解質層に割れ等を発生させることなく、一度のロール圧延で固体電解質層をムラなく均質に圧延できることが確認された。絶縁層材料としてアルミナ等の正極活物質材料と弾性率の近い材料(約+15%)を用いることで、正極活物質層と絶縁層の厚みが5μm程度(約−8%)程度異なる場合であっても、良好な圧延を行えることが解った。また、例3の電極体についても、絶縁層材料として正極活物質材料と弾性率が近い固体電解質材料(約−24%)を用いることにより、ムラのない均質な圧延が実施できることが確認された。
一方で、絶縁層を設けなかった例4の電極体では、ロール圧延中に(線圧20kN/cm以上で)固体電解質層が破損してしまうことが確認された。また、絶縁層材料として正極活物質材料と弾性率が大きく異なるアクリル系樹脂(約−99%)を用いた例5、6の電極体については、正極活物質層と絶縁層の厚みが同じ場合(例5)も8μm程度(約−13%)程度異なる場合(例6)であっても、ロール圧延中に絶縁層および固体電解質層が破損してしまうことが確認された。例5では、絶縁層が圧縮応力に耐えられないほど低弾性であったために絶縁層が破壊されたことによると考えられる。例6では、絶縁層の厚みが薄く、正極活物質層およびこれに接する固体電解質層に圧延応力が作用し、絶縁層とこれに接する固体電解質層は圧延応力を受ける前に、絶縁層に接する固体電解質層に引張応力が及び、このような引張応力差で絶縁層とこれに接する固体電解質層とが破損したものと考えられる。
It was confirmed that in the electrode bodies of Examples 1 and 2 in which alumina was used as the insulating layer material, the solid electrolyte layer could be rolled uniformly and uniformly by one roll rolling without causing cracks in the solid electrolyte layer. By using a material (about + 15%) having an elastic modulus close to that of the positive electrode active material such as alumina as the insulating layer material, the thickness of the positive electrode active material layer and the insulating layer may differ by about 5 μm (about -8%). However, it was found that good rolling can be performed. It was also confirmed that the electrode body of Example 3 can be rolled uniformly and uniformly by using a solid electrolyte material (about -24%) having an elastic modulus close to that of the positive electrode active material as the insulating layer material. ..
On the other hand, in the electrode body of Example 4 in which the insulating layer was not provided, it was confirmed that the solid electrolyte layer was damaged during roll rolling (at a linear pressure of 20 kN / cm or more). Further, for the electrode bodies of Examples 5 and 6 in which an acrylic resin (about -99%) having a elastic modulus significantly different from that of the positive electrode active material is used as the insulating layer material, the thickness of the positive electrode active material layer and the insulating layer are the same. It was confirmed that the insulating layer and the solid electrolyte layer were damaged during roll rolling even when (Example 5) was different by about 8 μm (about -13%) (Example 6). In Example 5, it is considered that the insulating layer was broken because the insulating layer was so low in elasticity that it could not withstand the compressive stress. In Example 6, the thickness of the insulating layer is thin, rolling stress acts on the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer in contact with the positive electrode active material layer, and the insulating layer and the solid electrolyte layer in contact with the insulating layer come into contact with the insulating layer before receiving the rolling stress. It is probable that tensile stress was applied to the solid electrolyte layer, and such a difference in tensile stress damaged the insulating layer and the solid electrolyte layer in contact with the insulating layer.

以上の例1〜3、5、6の絶縁層と正極活物質層との厚みや弾性率の関係は、図6に示されるとおり、CAEによる解析結果とよく一致することが確認された。このことから、圧延条件を考慮して、正極活物質層に適した絶縁層および絶縁層材料を選択できることが確認された。なお、固体電解質層をムラなく圧延できる領域IIは、圧延前の絶縁層の厚みT1と弾性率E1、正極活物質層の厚みT2と弾性率E2とから、おおよそ以下の(1)または(2)により示されることがわかる。このことから、以下の(1)または(2)を満たすように、圧延前の絶縁層と正極活物質層とを設計すればよいことが解る。
(1)0.2×E2≦E1≦0.5×E2かつ0.75×T2≦T1≦1.6×T2
(2)0.5×E2<E1かつ0.75×T2≦T1≦1.25×T2
As shown in FIG. 6, it was confirmed that the relationship between the thickness and elastic modulus of the insulating layer of the above examples 1, 3, 5 and 6 and the positive electrode active material layer was in good agreement with the analysis result by CAE. From this, it was confirmed that the insulating layer and the insulating layer material suitable for the positive electrode active material layer can be selected in consideration of the rolling conditions. The region II in which the solid electrolyte layer can be rolled evenly is approximately the following (1) or (2) based on the thickness T1 and elastic modulus E1 of the insulating layer before rolling and the thickness T2 and elastic modulus E2 of the positive electrode active material layer. ) Indicates. From this, it can be seen that the insulating layer before rolling and the positive electrode active material layer may be designed so as to satisfy the following (1) or (2).
(1) 0.2 × E2 ≦ E1 ≦ 0.5 × E2 and 0.75 × T2 ≦ T1 ≦ 1.6 × T2
(2) 0.5 × E2 <E1 and 0.75 × T2 ≦ T1 ≦ 1.25 × T2

[第三実施形態]
上記第一実施形態では、工程(d)において、アルミナスラリーを用い、アルミナ粉体成形物からなる絶縁層32を用意した。本第二実施形態では、工程(d)において、紫外線硬化性樹脂によって絶縁層32を用意する場合について説明する。またこれに伴い、絶縁層32を用意する工程(d)を、第二活物質層を用意する工程(c)よりも前に実施した。これら以外については、上述した第一実施形態と同様にしたため、重複しての説明は省略する。
[Third Embodiment]
In the first embodiment, in the step (d), an alumina slurry was used to prepare an insulating layer 32 made of an alumina powder molded product. In the second embodiment, the case where the insulating layer 32 is prepared by the ultraviolet curable resin in the step (d) will be described. Along with this, the step (d) of preparing the insulating layer 32 was carried out before the step (c) of preparing the second active material layer. Since the other parts are the same as those in the first embodiment described above, duplicate description will be omitted.

本実施形態では、絶縁層32を構成する材料として、アクリル系モノマーをベースポリマーとし、光重合開始剤を含む、紫外線硬化性アクリル樹脂組成物を用意した。また、絶縁層32の圧縮特性を調整する調整材として、シラスバルーンを用意した。シラスバルーンとは、火山噴出物であるシラスを原料として製造される微細中空ガラス球状体であって、軽量で嵩密度が低く、一軸圧縮強度が比較的低いという性質を有する無機粉体である。そして、この紫外線硬化性アクリル樹脂組成物にシラスバルーンを、体積比で、50:50の割合で配合し、絶縁層用材料(前駆材料)とした。 In the present embodiment, as a material constituting the insulating layer 32, an ultraviolet curable acrylic resin composition containing an acrylic monomer as a base polymer and a photopolymerization initiator was prepared. Further, a shirasu balloon was prepared as an adjusting material for adjusting the compression characteristics of the insulating layer 32. The shirasu balloon is a fine hollow glass sphere produced from shirasu, which is a volcanic ejecta, and is an inorganic powder having properties of being lightweight, having a low bulk density, and having a relatively low uniaxial compressive strength. Then, Shirasu balloon was blended with this ultraviolet curable acrylic resin composition at a volume ratio of 50:50 to prepare a material (precursor material) for an insulating layer.

本実施形態における電極体1の製造に際しては、乾燥工程(b’)に引き続き、絶縁層32を用意する工程(d)を実施する。したがって、図2に示すスラリー塗工装置S3に代えて、樹脂アプリケーターと紫外線ランプとを用意した。そして、搬送経路上に設けたアプリケーターによって、上記の絶縁層用材料を固体電解質層10の周縁部12aに供給し、紫外線ランプを照射することで、絶縁層用材料を硬化させた。これにより、固体電解質層10の幅方向Yの両端に設定された周縁部12aに立設するように、二条の絶縁層32を形成した。 In the production of the electrode body 1 in the present embodiment, the step (d) of preparing the insulating layer 32 is carried out following the drying step (b'). Therefore, instead of the slurry coating device S3 shown in FIG. 2, a resin applicator and an ultraviolet lamp were prepared. Then, the above-mentioned material for the insulating layer was supplied to the peripheral edge portion 12a of the solid electrolyte layer 10 by an applicator provided on the transport path, and the material for the insulating layer was cured by irradiating with an ultraviolet lamp. As a result, the two insulating layers 32 were formed so as to stand on the peripheral edges 12a set at both ends of the solid electrolyte layer 10 in the width direction Y.

次いで、第二活物質層30を用意する工程(c)を実施した。すなわち、スラリー塗工装置S4を用い、第一実施形態とおなじ正極用スラリーを、固体電解質層10の両端に沿って形成された絶縁層32の間に供給した。その後、正極用スラリー中の分散媒を揮発させることによって第二活物質層30を形成した。そして引き続き、第一実施形態と同様に圧延工程(e)と集電体24の切断とを実施することで、所定の寸法の電極体1を得た。得られた電極体1において、固体電解質層10の周縁部12aと第二活物質層30との間には、絶縁層32が充填されている。絶縁層32は、アクリル系樹脂硬化物中に、シラスバルーンが分散して存在する擬多孔質体である。 Next, the step (c) of preparing the second active material layer 30 was carried out. That is, using the slurry coating device S4, the same positive electrode slurry as in the first embodiment was supplied between the insulating layers 32 formed along both ends of the solid electrolyte layer 10. Then, the second active material layer 30 was formed by volatilizing the dispersion medium in the positive electrode slurry. Then, subsequently, the rolling step (e) and the cutting of the current collector 24 were carried out in the same manner as in the first embodiment to obtain the electrode body 1 having a predetermined size. In the obtained electrode body 1, an insulating layer 32 is filled between the peripheral edge portion 12a of the solid electrolyte layer 10 and the second active material layer 30. The insulating layer 32 is a pseudo-porous material in which shirasu balloons are dispersed and exist in a cured acrylic resin.

上記の構成によると、絶縁層32を用意する時間を大幅に短縮することができ、延いては電極体1の製造に要する時間を削減することができる。また、工程(d)のあとに工程(c)を行うことで、厚みの厚い第二活物質層30を、両端部のダレを抑制して簡便に形成することができるために好適である。また、アクリル系樹脂は、硬化後の圧縮強度が比較的高く、絶縁層32を紫外線硬化アクリル樹脂のみによって形成すると、次工程(e)で圧延し難いという問題が生じ得る。あるいは、絶縁層32と第二活物質層30とで圧縮挙動が大きく異なることから、圧延によって固体電解質層10の第二面12に伝わる圧力にムラが生じ、固体電解質層10に割れをもたらする虞がある。これに対し、上記実施形態においては、絶縁層32を構成する紫外線硬化アクリル樹脂に調整材を配合することで、絶縁層32の圧縮特性を第二活物質層30の圧縮特性に合わせるように調整している。このことによって、圧延工程(e)はもちろんのこと、全固体電池の使用時においても、固体電解質層10に加わる圧力ムラを抑制することができる。延いては、固体電解質層10の割れが抑制された、高品質な電極体1を製造することができる。 According to the above configuration, the time required for preparing the insulating layer 32 can be significantly shortened, and the time required for manufacturing the electrode body 1 can be reduced. Further, by performing the step (c) after the step (d), the thick secondary active material layer 30 can be easily formed by suppressing sagging at both ends. Further, the acrylic resin has a relatively high compressive strength after curing, and if the insulating layer 32 is formed only by the ultraviolet curable acrylic resin, there may be a problem that it is difficult to roll in the next step (e). Alternatively, since the compression behavior of the insulating layer 32 and the second active material layer 30 are significantly different, the pressure transmitted to the second surface 12 of the solid electrolyte layer 10 becomes uneven due to rolling, causing cracks in the solid electrolyte layer 10. There is a risk of On the other hand, in the above embodiment, the compression characteristics of the insulation layer 32 are adjusted to match the compression characteristics of the second active material layer 30 by blending the adjusting material with the ultraviolet curable acrylic resin constituting the insulation layer 32. doing. As a result, pressure unevenness applied to the solid electrolyte layer 10 can be suppressed not only in the rolling step (e) but also when the all-solid-state battery is used. As a result, a high-quality electrode body 1 in which cracking of the solid electrolyte layer 10 is suppressed can be manufactured.

上記実施形態では、調整材として、シラスバルーンを用いていた。しかしながら、調整材はこれに限定されない。例えば、調整材としては、多孔質セラミック粉体、セラミック中空粒子、セラミック粒子の中空凝集体、多孔質樹脂粒子、中空樹脂粒子、絶縁性繊維状フィラー等から1種以上を単独で、あるいは、2種以上を組み合わせて使用することができる。またこれらの調整材は、製造された電極体1の絶縁層32において、例えば、圧壊物や、圧潰物、圧縮物、凝集物等として高充填密度で含まれていることによりその存在を確認することができる。 In the above embodiment, a shirasu balloon was used as the adjusting material. However, the adjusting material is not limited to this. For example, as the adjusting material, one or more of porous ceramic powder, ceramic hollow particles, hollow aggregates of ceramic particles, porous resin particles, hollow resin particles, insulating fibrous filler, etc., alone or 2 More than seeds can be used in combination. Further, the existence of these adjusting materials is confirmed by being contained in the insulating layer 32 of the manufactured electrode body 1 as, for example, crushed matter, crushed matter, compressed matter, agglomerate, etc. at a high packing density. be able to.

なお、特許文献4には、電池構成用構造体を得たのち、必要に応じて電池構成用構造体の未封止部分をポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂で封止することが開示されている。しかしながら、この封止材料は、電池構成用構造体を得たのち充填される点において、本技術により提供される製造方法とは異なる。また、特許文献4の電池構成用構造体は、固体電解質層よりも面方向の寸法の小さい電極活物質層を備えていない点、また、固体電解質層と電極活物質層との寸法の違いにより生じる段差を当該封止材料が生めていない点等において、本技術により提供される電極体とは異なる。 It should be noted that Patent Document 4 discloses that after obtaining the battery structure, the unsealed portion of the battery structure is sealed with an insulating resin such as a polyolefin resin or an epoxy resin, if necessary. Has been done. However, this sealing material differs from the manufacturing method provided by the present technology in that it is filled after obtaining the structure for battery construction. Further, the structure for battery construction of Patent Document 4 does not include an electrode active material layer having a size smaller in the plane direction than the solid electrolyte layer, and due to the difference in dimensions between the solid electrolyte layer and the electrode active material layer. It differs from the electrode body provided by the present technology in that the sealing material does not form a step to be generated.

[用途]
ここに開示される電極体1は、第一活物質層20には集電体24が接続されており、第二活物質層30には図示しない第二集電体を電気的に接続することができる。そしてこれら集電体または集電体に電気的に接続した引き出し電極を外部に引き出しつつ、電池ケースに収容することで、全固体電池を構成することができる。電池ケースの形態は限定されず、角型(直方体型)、円筒型、ラミネートパック型のいずれであってもよい。電極体1は、複数(例えば、2〜10個、好ましくは2〜5個)を積層した状態で、1つの電池ケースに収容してもよい。全固体電池は、電極体1の例えば面方向の中央部、好ましくは電極体1の面方向の全体を、均一に加圧して用いてもよい。全固体電池は、さらに複数個が電気的に接続された組電池の形態で使用することもできる。このような全固体電池は、各種用途に利用可能である。好適な用途としては、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。
[Use]
In the electrode body 1 disclosed here, a current collector 24 is connected to the first active material layer 20, and a second current collector (not shown) is electrically connected to the second active material layer 30. Can be done. Then, the all-solid-state battery can be constructed by housing the current collector or the extraction electrode electrically connected to the current collector in the battery case while drawing the extraction electrode to the outside. The form of the battery case is not limited, and may be a rectangular parallelepiped type, a cylindrical type, or a laminated pack type. The electrode body 1 may be housed in one battery case in a state where a plurality of electrodes (for example, 2 to 10, preferably 2 to 5) are laminated. The all-solid-state battery may be used by uniformly pressurizing, for example, the central portion of the electrode body 1 in the surface direction, preferably the entire surface direction of the electrode body 1. The all-solid-state battery can also be used in the form of an assembled battery in which a plurality of batteries are electrically connected. Such an all-solid-state battery can be used for various purposes. Suitable applications include drive power supplies mounted on vehicles such as plug-in hybrid vehicles (PHVs), hybrid vehicles (HVs), and electric vehicles (EVs).

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above.

1 電極体
10 固体電解質層
20 第一活物質層
24 集電体
30 第二活物質層
32 絶縁層
1 Electrode body 10 Solid electrolyte layer 20 First active material layer 24 Current collector 30 Second active material layer 32 Insulation layer

Claims (15)

固体電解質層と、前記固体電解質層の第一面に備えられた第一活物質層と、前記固体電解質層の前記第一面とは反対側の第二面に備えられた第二活物質層と、を含む全固体電池の電極体を製造する方法であって、
(a)前記第一活物質層を用意すること、
(b)前記第一活物質層の第一面と、前記固体電解質層の前記第一面とが接するように、前記固体電解質層を用意すること、
ここで、前記固体電解質層の前記第二面は、周縁の少なくとも一部である周縁部と、前記周縁部を除く積層部と、を含み、
(c)前記固体電解質層の前記積層部と接するように、前記第二活物質層を用意すること、
(d)前記固体電解質層の前記周縁部と接するように、絶縁層を用意すること、および、
(e)前記第一活物質層、前記固体電解質層、前記第二活物質層および前記絶縁層を含む積層体を、少なくとも前記第二活物質層および前記絶縁層の表面が面一となるまで積層方向に加圧して前記電極体を得ること、
を含む、製造方法。
A solid electrolyte layer, a first active material layer provided on the first surface of the solid electrolyte layer, and a second active material layer provided on the second surface of the solid electrolyte layer opposite to the first surface. Is a method of manufacturing an electrode body of an all-solid-state battery including
(A) Preparing the first active material layer,
(B) The solid electrolyte layer is prepared so that the first surface of the first active material layer and the first surface of the solid electrolyte layer are in contact with each other.
Here, the second surface of the solid electrolyte layer includes a peripheral edge portion which is at least a part of the peripheral edge, and a laminated portion excluding the peripheral edge portion.
(C) The second active material layer is prepared so as to be in contact with the laminated portion of the solid electrolyte layer.
(D) An insulating layer is prepared so as to be in contact with the peripheral portion of the solid electrolyte layer, and
(E) A laminate containing the first active material layer, the solid electrolyte layer, the second active material layer and the insulating layer until at least the surfaces of the second active material layer and the insulating layer are flush with each other. Pressurizing in the stacking direction to obtain the electrode body,
Manufacturing method, including.
前記第一活物質層、前記固体電解質層および前記第二活物質層は、それぞれ、粉体材料とバインダとを含む、請求項1に記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein the first active material layer, the solid electrolyte layer, and the second active material layer each include a powder material and a binder. 前記第一活物質層、前記固体電解質層および前記第二活物質層は、それぞれ、粉体材料とバインダと分散媒とを含むスラリーを供給したのち、前記分散媒を除去することにより用意する、請求項1または2に記載の製造方法。 The first active material layer, the solid electrolyte layer, and the second active material layer are each prepared by supplying a slurry containing a powder material, a binder, and a dispersion medium, and then removing the dispersion medium. The manufacturing method according to claim 1 or 2. 前記工程(b)に引き続き、(b’)前記第一活物質層および前記固体電解質層を乾燥させる乾燥工程を含む、請求項3に記載の製造方法。 The production method according to claim 3, further comprising (b) a drying step of drying the first active material layer and the solid electrolyte layer following the step (b). 前記加圧は、前記バインダの軟化点以上の温度に加熱しながら実施する、請求項2〜4のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 2 to 4, wherein the pressurization is performed while heating to a temperature equal to or higher than the softening point of the binder. 前記加圧は、面圧200MPa以上の平面プレスによって行う、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 5, wherein the pressurization is performed by a flat press having a surface pressure of 200 MPa or more. 前記加圧は、線圧10kN/cm以上のロール圧延によって行う、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 5, wherein the pressurization is performed by roll rolling with a linear pressure of 10 kN / cm or more. 前記工程(d)において、用意する前記絶縁層の圧縮変形抵抗率は、前記第二活物質層の圧縮変形抵抗率の1/10以上である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。 The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the compressive deformation resistivity of the insulating layer prepared in the step (d) is 1/10 or more of the compressive deformation resistivity of the second active material layer. Manufacturing method. 前記工程(d)において、少なくとも光硬化性樹脂組成物を含む絶縁性組成物を前記周縁部に供給し、硬化光を照射することにより、光硬化性樹脂を含む前記絶縁層を用意する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の製造方法。 In the step (d), the insulating layer containing at least the photocurable resin composition is supplied to the peripheral portion and irradiated with the curing light to prepare the insulating layer containing the photocurable resin. Item 8. The production method according to any one of Items 1 to 8. 前記絶縁性組成物は、多孔質セラミック粉体、セラミック中空粒子、セラミック粒子の中空凝集体、多孔質樹脂粒子、中空樹脂粒子、絶縁性繊維状フィラーからなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項9に記載の製造方法。 The insulating composition contains at least one selected from the group consisting of porous ceramic powder, ceramic hollow particles, hollow aggregates of ceramic particles, porous resin particles, hollow resin particles, and insulating fibrous filler. , The manufacturing method according to claim 9. 前記絶縁層は、絶縁性セラミック粒子とバインダと分散媒とを含むスラリーを供給したのち、前記分散媒を除去することにより用意する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 10, wherein the insulating layer is prepared by supplying a slurry containing insulating ceramic particles, a binder and a dispersion medium, and then removing the dispersion medium. 前記工程(a)において、前記第一活物質層は集電体の両面に用意する、
、請求項1〜11のいずれか1項に記載の製造方法。
In the step (a), the first active material layer is prepared on both sides of the current collector.
, The manufacturing method according to any one of claims 1 to 11.
固体電解質層と、前記固体電解質層の第一面に接合された第一活物質層と、を含む全固体電池の電極体を製造する方法であって、
前記固体電解質層と前記第一活物質層との接合面における前記固体電解質層の面積と前記第一活物質層の面積とに差異があるときは、
前記固体電解質層と前記第一活物質層とを重ね合わせること、
より小さい面積の前記固体電解質層または前記第一活物質層の端部に接し、かつ、前記差異を埋める領域に、絶縁層を設けること、
前記固体電解質層と前記第一活物質層と前記絶縁層とを、前記固体電解質層と前記第一活物質層との積層方向に加圧すること、
を含む、製造方法。
A method for manufacturing an electrode body of an all-solid-state battery including a solid electrolyte layer and a first active material layer bonded to the first surface of the solid electrolyte layer.
When there is a difference between the area of the solid electrolyte layer and the area of the first active material layer at the joint surface between the solid electrolyte layer and the first active material layer,
Overlapping the solid electrolyte layer and the first active material layer,
An insulating layer is provided in a region that is in contact with the end of the solid electrolyte layer or the first active material layer having a smaller area and that fills the difference.
Pressurizing the solid electrolyte layer, the first active material layer, and the insulating layer in the stacking direction of the solid electrolyte layer and the first active material layer.
Manufacturing method, including.
前記絶縁層は、アルミナおよび固体電解質材料の少なくとも一つを含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 13, wherein the insulating layer contains at least one of alumina and a solid electrolyte material. 固体電解質層と、第一活物質層と、第二活物質層と、絶縁層と、を含み、
前記固体電解質層は、第一面と、前記第一面とは反対側の第二面とを有し、
前記第二面は、前記固体電解質層の周縁の少なくとも一部である周縁部と、前記周縁部を除く積層部と、を含み、
前記第一活物質層は、前記第一面に備えられ、
前記第二活物質層は、前記積層部に備えられ、
前記絶縁層は、前記周縁部に備えられ、
前記第二活物質層および前記絶縁層の前記第二面とは反対側の表面は面一である、全固体電池の電極体。
Includes a solid electrolyte layer, a first active material layer, a second active material layer, and an insulating layer.
The solid electrolyte layer has a first surface and a second surface opposite to the first surface.
The second surface includes a peripheral edge portion that is at least a part of the peripheral edge of the solid electrolyte layer, and a laminated portion excluding the peripheral edge portion.
The first active material layer is provided on the first surface.
The second active material layer is provided in the laminated portion and is provided.
The insulating layer is provided on the peripheral portion and is provided.
An electrode body of an all-solid-state battery in which the surfaces of the second active material layer and the insulating layer opposite to the second surface are flush with each other.
JP2019555316A 2017-11-21 2018-11-20 Electrode body for all-solid-state battery and its manufacturing method Active JP6975392B2 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017223700 2017-11-21
JP2017223700 2017-11-21
US201816184109A 2018-11-08 2018-11-08
US16/184,109 2018-11-08
PCT/JP2018/042887 WO2019103008A1 (en) 2017-11-21 2018-11-20 Electrode body for all-solid-state batteries, and method for producing same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019103008A1 true JPWO2019103008A1 (en) 2020-11-19
JP6975392B2 JP6975392B2 (en) 2021-12-01

Family

ID=66632050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019555316A Active JP6975392B2 (en) 2017-11-21 2018-11-20 Electrode body for all-solid-state battery and its manufacturing method

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6975392B2 (en)
CN (1) CN111373595A (en)
WO (1) WO2019103008A1 (en)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112019000374T5 (en) * 2018-01-10 2020-12-10 Tdk Corporation SOLID LITHIUM ION SECONDARY BATTERY
JP2019164993A (en) * 2018-03-14 2019-09-26 株式会社リコー Electrode forming composition, electrode manufacturing method, and non-aqueous storage element manufacturing method
JP7209191B2 (en) * 2019-10-02 2023-01-20 トヨタ自動車株式会社 laminated battery
KR20210057270A (en) * 2019-11-11 2021-05-21 삼성에스디아이 주식회사 All Solid secondary battery
KR20210056779A (en) * 2019-11-11 2021-05-20 삼성에스디아이 주식회사 All Solid secondary battery
EP4084121A1 (en) * 2019-12-27 2022-11-02 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Method for manufacturing battery
CN111146425B (en) * 2019-12-30 2022-01-25 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 Method for coating solid electrolyte with electrode material, coating material and electrode prepared by using coating method
KR20220046821A (en) * 2020-10-08 2022-04-15 주식회사 엘지에너지솔루션 Method for detecting lamination failure of electrode assembly, electrode assembly including insulating member, and battery cell including the same
JP7243704B2 (en) 2020-11-30 2023-03-22 トヨタ自動車株式会社 All-solid secondary battery
CN113140771B (en) * 2021-03-29 2022-05-17 西安交通大学 Method for preparing electrolyte film by pre-pressing auxiliary sintering and battery/electrolytic cell
KR20220150753A (en) * 2021-05-04 2022-11-11 삼성에스디아이 주식회사 All Solid secondary battery and all Solid secondary battery structure
KR20220151475A (en) * 2021-05-06 2022-11-15 삼성에스디아이 주식회사 Electrode structure and all solid secondary battery including the same
WO2023057811A1 (en) * 2021-10-05 2023-04-13 日産自動車株式会社 All-solid-state battery and method for manufacturing all-solid-state battery

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015125893A (en) * 2013-12-26 2015-07-06 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method for all solid battery
JP2017130281A (en) * 2016-01-18 2017-07-27 トヨタ自動車株式会社 All-solid battery manufacturing method
JP2017168339A (en) * 2016-03-17 2017-09-21 株式会社東芝 Nonaqueous electrolyte battery, battery pack, and vehicle
JP2017168429A (en) * 2016-03-11 2017-09-21 日立金属株式会社 Bipolar lamination type all-solid type lithium secondary battery and method for manufacturing the same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5417989B2 (en) * 2009-05-21 2014-02-19 トヨタ自動車株式会社 Method for producing solid electrolyte battery
JP6341686B2 (en) * 2013-02-28 2018-06-13 セイコーインスツル株式会社 Electrochemical cell and method for producing the same
JP2016035913A (en) * 2014-07-31 2016-03-17 富士フイルム株式会社 All-solid type secondary battery, inorganic solid electrolyte particle, solid electrolyte composition, battery electrode sheet and all-solid type secondary battery manufacturing method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015125893A (en) * 2013-12-26 2015-07-06 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method for all solid battery
JP2017130281A (en) * 2016-01-18 2017-07-27 トヨタ自動車株式会社 All-solid battery manufacturing method
JP2017168429A (en) * 2016-03-11 2017-09-21 日立金属株式会社 Bipolar lamination type all-solid type lithium secondary battery and method for manufacturing the same
JP2017168339A (en) * 2016-03-17 2017-09-21 株式会社東芝 Nonaqueous electrolyte battery, battery pack, and vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
JP6975392B2 (en) 2021-12-01
WO2019103008A1 (en) 2019-05-31
CN111373595A (en) 2020-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6975392B2 (en) Electrode body for all-solid-state battery and its manufacturing method
JP6887088B2 (en) Stacked all-solid-state battery and its manufacturing method
US20200313229A1 (en) Electrode body for all-solid-state battery and production method thereof
JP5382130B2 (en) Method for producing solid electrolyte battery
US9099694B2 (en) Method of manufacturing electrode body
JP7261995B2 (en) All-solid-state battery and manufacturing method thereof
CN111201660B (en) Solid electrolyte composition, all-solid secondary battery, and method for manufacturing same
KR102514166B1 (en) Laminated battery and production method thereof
CN111384429A (en) All-solid-state battery
CN111463437A (en) All-solid-state battery
CN111313079A (en) All-solid-state battery
KR101586536B1 (en) Manufacturing method of carbon fiber sheet current collector for all solid state rechargeable thin film lithium secondary battery, and all solid state rechargeable thin film lithium secondary battery comprising carbon fiber sheet current collector
KR102525019B1 (en) All-solid-state battery, method of producing battery element, and method of producing all-solid-state battery
WO2022196364A1 (en) All-solid battery and production method for same
CN112803078A (en) Method for manufacturing all-solid-state battery, and all-solid-state battery
WO2019198495A1 (en) Battery production method
KR102495425B1 (en) Laminated battery
CN115249808A (en) All-solid-state battery and method for manufacturing same
CN114665148A (en) All-solid-state battery and method for manufacturing same
CN115050919A (en) Method for manufacturing electrode for secondary battery and method for manufacturing secondary battery
JP2023049448A (en) All-solid battery and method of manufacturing the same
WO2023171063A1 (en) All-solid-state battery and method for producing same
CN114759266B (en) Prefabricated module of solid-state battery, solid-state battery and preparation method of solid-state battery
JP2019046722A (en) Method for manufacturing all-solid battery
WO2023188470A1 (en) All-solid-state secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200422

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200422

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210610

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210810

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211007

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211020

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6975392

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151