KR102584670B1 - 전고체 전지의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

전고체 전지의 제조 방법은, 전지 유닛 제작 공정 (S1), 평탄화 공정 (S2), 및 적층 공정 (S4) 을 포함한다. 전지 유닛 제작 공정에서는, 정극 활물질층 (21), 고체 전해질층 (30), 및 부극 활물질층 (22) 의 각각을 적어도 1 개씩 포함하는 적층체를, 제 1 압력 P1 로 두께 방향으로 프레스하는 프레스 공정을 거침으로써, 판상의 전지 유닛 (1) 이 제작된다. 평탄화 공정에서는, 제작된 전지 유닛 (1) 이, 연화 변형되는 온도 이상의 온도로 가열된 상태로, 제 2 압력 P2 (≤ P1) 로 두께 방향으로 프레스됨으로써, 전지 유닛이 평탄화된다. 적층 공정에서는, 평탄화된 복수의 전지 유닛이 적층된다.

Description

전고체 전지의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING ALL-SOLID-STATE BATTERY}
본 개시는, 전고체 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지는, PC 나 휴대 단말 등의 포터블 전원, 혹은 EV (전기 자동차), HV (하이브리드 자동차), PHV (플러그 인 하이브리드 자동차) 등의 차량 구동용 전원으로서 널리 사용되고 있다. 이차 전지의 일례로서, 액체 전해질 대신에 고체 전해질을 사용한 전고체 전지의 개발이 진행되고 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 2015-8073호에 기재되어 있는 전고체 전지의 제조 방법에서는, 부극 활물질을 포함하는 층과 정극 활물질을 포함하는 층 사이에 고체 전해질층이 끼이도록, 복수의 층을 적층시킴으로써, 적층체가 얻어진다. 그 후, 적층체가 가열 프레스된다.
정극 활물질층, 고체 전해질, 및 부극 활물질층을 적어도 1 개씩 포함하는 전지 유닛이 제작된 후, 복수의 전지 유닛을 적층시킴으로써, 전고체 전지가 제조되는 경우가 있다. 여기서, 각각의 전지 유닛은, 두께 방향으로 고압으로 프레스되는 공정을 거쳐 제조된다. 전지 유닛의 적어도 일부가 고압으로 프레스됨으로써, 분체 및 각 층의 사이가 밀착된다. 그러나, 프레스가 해제되면, 프레스에 의해 감소된 간극의 불균일성 등의 영향으로, 제작된 전지 유닛에 파형이 발생하는 경우가 있다. 전지 유닛에 파형이 발생한 상태로, 복수의 전지 유닛을 적층시키면, 복수의 전지 유닛이 정상적으로 적층되기 어렵다. 그 결과, 전지 성능의 저하 등이 발생하는 경우가 있었다.
본 발명은, 전지 유닛의 파형의 영향을 억제하여, 복수의 전지 유닛을 적절히 적층시키는 것이 가능한 전고체 전지의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 양태의 전고체 전지의 제조 방법은, 정극 활물질층, 고체 전해질층, 및 부극 활물질층의 각각을 적어도 1 개씩 포함하는 적층체를, 제 1 압력으로 상기 적층체의 두께 방향으로 프레스하는 프레스 공정을 거침으로써, 판상의 전지 유닛을 제작하는 전지 유닛 제작 공정과, 상기 전지 유닛을, 연화 변형하는 온도 이상의 온도로 가열한 상태로, 상기 제 1 압력 이하의 제 2 압력으로 상기 두께 방향으로 프레스함으로써, 상기 전지 유닛을 평탄화하는 평탄화 공정과, 상기 평탄화된 복수의 상기 전지 유닛을 적층하는 적층 공정을 포함한다.
전지 유닛 제작 공정에 있어서의 프레스 (이하,「고압 프레스」라고 한다) 중의 제 1 압력은, 적층체 중의 분체가 적절한 밀도가 되도록 설정되어 있다. 본 개시에 있어서의 평탄화 공정에서는, 고압 프레스 중의 제 1 압력 이하의 제 2 압력으로 전지 유닛이 프레스된다. 따라서, 고압 프레스 중의 제 1 압력보다 큰 압력으로 평탄화 공정 중의 프레스가 실시되는 경우와는 달리, 전지 유닛 중의 전극의 구조가 변화되는 것이 억제된 상태로, 전지 유닛이 적절히 평탄화된다. 또, 본 실시형태에 있어서의 평탄화 공정에서는, 전지 유닛이 연화 변형되는 온도 이상의 온도에서, 전지 유닛이 두께 방향으로 프레스된다. 따라서, 예를 들어, 전지 유닛에 포함되는 바인더 (결착재) 가 연화 변형되는 온도 미만의 온도에서 프레스되는 경우와는 달리, 프레스가 해제된 후에 전지 유닛의 형상이 원래대로 되돌아가기 어렵다. 따라서, 평탄화 공정에 의하면, 각각의 전지 유닛의 파형이 감소된다. 그 후, 복수의 전지 유닛이 적층됨으로써, 인접하는 전지 유닛 사이의 대향 면적이 적절히 확보되기 쉬워진다. 따라서, 전고체 전지의 성능 저하 등이 발생하기 어려워진다.
상기 방법은, 평탄화 공정에 있어서 가열 및 프레스된 전지 유닛을, 프레스된 상태인 채 냉각시키는 냉각 공정을 추가로 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 전지 유닛이 가열된 상태인 채 프레스가 해제되는 것에서 기인하는 스프링백 현상이 발생하기 어려워진다. 따라서, 각각의 전지 유닛이 보다 적절히 평탄화된다.
냉각 공정은, 프레스 컨베이어에 의해 전지 유닛을 압축 반송하고 있는 상태로, 전지 유닛을 냉각시킴으로써 실행되어도 된다. 이 경우, 냉각 공정 중에 전지 유닛의 이동을 정지시킬 필요가 없기 때문에, 생산 효율이 향상된다.
평탄화 공정에 있어서 전지 유닛을 프레스하는 제 2 압력이, 0.0005 Mpa 이상 또한, 1500 MPa 이하여도 된다. 제 2 압력을 1500 MPa 이하로 함으로써, 전지 유닛 중의 전극의 구조가 변화되는 것이 적절히 억제된다. 또한 제 2 압력을 0.0005 MPa 이상으로 함으로써, 전지 유닛이 적절히 평탄화된다.
본 발명의 예시적인 실시형태의 특징, 이점, 및 기술적 및 산업적 중요성은 첨부된 도면을 참조하여 후술될 것이며, 첨부된 도면에서 유사 부호는 유사 요소를 나타내며, 그리고 여기서:
도 1 은, 전지 유닛 (1) 의 단면 모식도이다.
도 2 는, 전고체 전지의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로 차트이다.
도 3 은, 본 실시형태에 있어서의 가열 평탄화부 (40) 및 냉각부 (50) 의 측면도이다.
도 4 는, 전지 유닛 (1) 의 파형량의 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 개시에 있어서의 전형적인 실시형태 중 하나에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 본 명세서에 있어서 특별히 언급하고 있는 사항 이외의 내용이고 실시에 필요한 내용 (예를 들어, 전고체 전지의 구성 등) 은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 기초하는 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다. 본 발명은, 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 기초하여 실시할 수 있다. 또한, 이하의 도면에 있어서는, 동일한 작용을 나타내는 부재·부위에는 동일한 부호를 붙여 설명하고 있다. 또, 각 도면에 있어서의 치수 관계 (길이, 폭, 두께 등) 는 실제의 치수 관계를 반영하는 것은 아니다.
먼저, 본 개시에서 예시하는 제조 방법에 의해 제조되는 전고체 전지의 일례인 전고체 리튬 이온 이차 전지 (이하, 간단히「전고체 전지」라고 하는 경우도 있다) 의 개략 구성에 대해 설명한다. 단, 본 개시에 있어서의 제조 방법의 적용 대상이 되는 전고체 전지는, 전고체 리튬 이온 이차 전지에 한정되지 않는다. 요컨대, 전고체 전지는, 리튬 이온 이외의 금속 이온을 전하 담체로 하는 것, 예를 들어, 나트륨 이온 이차 전지, 마그네슘 이온 이차 전지 등이어도 된다.
도 1 을 참조하여, 전고체 전지를 구성하는 전지 유닛 (1) 에 대해 설명한다. 본 개시에 있어서의 전고체 전지는, 도 1 에 예시하는 전지 유닛 (1) 이 복수 개 적층됨으로써 제조된다. 도 1 에 예시하는 전지 유닛 (1) 은, 제 1 집전체 (11), 제 1 활물질층 (21), 고체 전해질층 (30), 제 2 활물질층 (22), 및 제 2 집전체 (12) 를 구비한다. 제 1 집전체 (11) 및 제 2 집전체 (12) 의 각각은, 정극 집전체 및 부극 집전체 중 어느 것이다. 제 1 집전체 (11) 가 정극 집전체인 경우에는, 제 2 집전체 (12) 는 부극 집전체이다. 제 1 집전체 (11) 가 부극 집전체인 경우에는 제 2 집전체 (12) 는 정극 집전체이다. 또, 제 1 활물질층 (21) 및 제 2 활물질층 (22) 의 각각은, 정극 활물질층 및 부극 활물질층 중 어느 것이다. 제 1 집전체 (11) 가 정극 집전체이고, 제 1 활물질층 (21) 이 정극 활물질층인 경우에는, 제 2 활물질층 (22) 은 부극 활물질층이다. 제 1 집전체 (11) 가 부극 집전체이고, 제 1 활물질층 (21) 이 부극 활물질층인 경우에는, 제 2 활물질층 (22) 은 정극 활물질층이다.
본 실시형태의 전지 유닛 (1) 에서는, 시트상인 제 1 집전체 (11) 의 양면에, 제 1 활물질층 (21), 고체 전해질층 (30), 제 2 활물질층 (22), 및 제 2 집전체 (12) 가 순서대로 적층된다. 그러나, 제 1 집전체 (11) 의 편면에, 제 1 활물질층 (21), 고체 전해질층 (30), 제 2 활물질층 (22), 및 제 2 집전체 (12) 가 순서대로 적층되어도 된다.
고체 전해질층 (30) 은, 적어도 고체 전해질을 포함한다. 고체 전해질로서, 예를 들어, 황화물계 고체 전해질 및 산화물계 고체 전해질을 들 수 있다. 황화물계 고체 전해질의 예로는, Li2S-SiS2 계, Li2S-P2S3 계, Li2S-P2S5 계, Li2S-GeS2 계, Li2S-B2S3 계 등의 유리 또는 유리 세라믹스를 들 수 있다. 산화물계 전해질의 예로는, NASICON 구조, 가닛형 구조, 또는 페로브스카이트형 구조를 갖는 여러 가지 산화물을 들 수 있다. 고체 전해질은, 예를 들어, 입자상이다. 고체 전해질층 (30) 에는, 부타디엔 고무 등의 바인더 (결착재) 가 함유된다.
정극 활물질층은, 적어도 정극 활물질을 포함한다. 정극 활물질층은, 고체 전해질을 추가로 포함하는 것이 바람직하고, 도전재, 바인더 등을 추가로 포함하고 있어도 된다. 정극 활물질층의 도전재에는, 예를 들어, VGCF (등록상표), 아세틸렌 블랙 등의 공지된 도전재를 사용할 수 있다. 정극 활물질층의 바인더에는, 예를 들어, 폴리불화비닐리덴 등의 불소 함유 수지 등을 사용할 수 있다. 정극 활물질로서, 이 종류의 전지에서 종래부터 사용되고 있는 여러 가지 화합물을 사용할 수 있다. 정극 활물질의 예로서, LiCoO2, LiNiO2 등의 층상 구조의 복합 산화물, Li2NiMn3O8, LiMn2O4 등의 스피넬 구조의 복합 산화물, LiFePO4 등의 올리빈 구조의 복합 화합물 등을 들 수 있다. 정극 활물질층에 있어서의 고체 전해질로는, 고체 전해질층 (30) 에 함유되는 고체 전해질과 동종의 재료를 사용할 수 있다. 정극 활물질은, 예를 들어, 입자상이다.
부극 활물질층은, 적어도 부극 활물질을 포함한다. 부극 활물질층은, 고체 전해질을 추가로 포함하는 것이 바람직하고, 도전재, 바인더 등을 추가로 포함하고 있어도 된다. 부극 활물질층의 도전재에는, 예를 들어, 아세틸렌 블랙 등의 공지된 도전재를 사용할 수 있다. 부극 활물질층의 바인더에는, 예를 들어, 폴리불화비닐리덴 등의 불소 함유 수지 등을 사용할 수 있다. 부극 활물질로서, 이 종류의 전지에서 종래부터 사용되고 있는 여러 가지 화합물을 사용할 수 있다. 부극 활물질의 예로서, 예를 들어, 그라파이트, 메소카본 마이크로비즈, 카본 블랙 등의 탄소계의 부극 활물질을 들 수 있다. 또, 부극 활물질의 예로서, 규소 (Si) 또는 주석 (Sn) 을 구성 원소로 하는 부극 활물질을 들 수 있다. 부극 활물질층에 있어서의 고체 전해질로는, 고체 전해질층 (30) 에 함유되는 고체 전해질과 동종의 재료를 사용할 수 있다. 부극 활물질은, 예를 들어, 입자상이다.
정극 집전체로는, 이 종류의 전지의 정극 집전체로서 사용되는 것을 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 전형적으로는, 정극 집전체는, 양호한 도전성을 갖는 금속제인 것이 바람직하다. 정극 집전체는, 예를 들어, 알루미늄, 니켈, 크롬, 금, 백금, 티탄, 아연, 스테인리스강 등의 금속재로 구성되어 있어도 된다. 부극 집전체로는, 이 종류의 전지의 부극 집전체로서 사용되는 것을 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 전형적으로는, 부극 집전체는, 양호한 도전성을 갖는 금속제인 것이 바람직하다. 부극 집전체로서, 예를 들어, 구리 (동박) 나 구리를 주체로 하는 합금, 알루미늄, 니켈, 철, 티탄, 아연 등을 사용할 수 있다.
도 2 및 도 3 을 참조하여, 본 실시형태에 있어서의 전고체 전지의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서 예시하는 전고체 전지의 제조 방법은, 전지 유닛 제작 공정 (S1), 평탄화 공정 (S2), 냉각 공정 (S3), 및 적층 공정 (S4) 을 포함한다.
전지 유닛 제작 공정 (S1) 에서는, 정극 활물질층, 고체 전해질층, 및 부극 활물질층의 각각을 적어도 1 개씩 포함하는 적층체를, 두께 방향으로 고압으로 프레스하는 공정을 거침으로써, 판상의 전지 유닛 (1) (도 1 참조) 이 제작된다. 전지 유닛 제작 공정에 있어서 적층체를 프레스하는 공정을, 이하에서는 고압 프레스 공정이라고 한다.
전지 유닛 제작 공정의 일례에 대해 상세하게 설명한다. 먼저, 제 1 집전체 (11) 의 양면의 각각에, 제 1 활물질층 (21) 이 배치된다. 제 1 집전체 (11) 에 제 1 활물질층 (21) 을 배치하는 방법에는, 슬러리 도공 프로세스, 블라스트법, 에어로졸 디포지션법, 콜드 스프레이법, 스퍼터링법, 기상 성장법, 또는 용사법 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 슬러리 도공 프로세스에서는, 제 1 활물질층 (21) 에 포함되는 활물질을 함유하는 슬러리가 조제되고, 조제된 슬러리가 제 1 집전체 (11) 의 표면에 도공되고 건조됨으로써 실시된다. 또, 조제된 슬러리가 기재 상에 도공 및 건조됨으로써, 기재 상에 제 1 활물질막이 형성되고, 형성된 제 1 활물질막이 기재로부터 제 1 집전체 (11) 에 프레스에 의해 전사됨으로써, 제 1 활물질층 (21) 이 배치되어도 된다.
이어서, 제 1 집전체 (11) 의 양면에 배치된 각각의 제 1 활물질층 (21) 의 표면에, 고체 전해질층 (30) 이 배치된다. 예를 들어, 고체 전해질을 함유하는 슬러리가, 기재 상에 도공 및 건조됨으로써, 기재 상에 고체 전해질막이 형성되고, 형성된 고체 전해질막이 제 1 활물질층 (21) 의 표면에 프레스 전사됨으로써, 고체 전해질층 (30) 이 배치되어도 된다.
이어서, 각각의 고체 전해질층 (30) 의 표면에, 제 2 활물질층 (22) 및 제 2 집전체 (12) 를 포함하는 층이, 제 2 활물질층 (22) 이 고체 전해질층 (30) 에 접하도록 배치된다. 고체 전해질층 (30) 상에 제 2 활물질층 (22) 을 배치하는 방법으로는, 제 1 집전체 (11) 에 제 1 활물질층 (21) 을 배치하는 방법과 마찬가지로, 여러 가지 방법을 사용할 수 있다. 또한, 제 2 집전체 (12) 상에 제 2 활물질층 (22) 이 배치된 후, 제 2 활물질층 (22) 을 고체 전해질층 (30) 상에 배치해도 된다. 또, 고체 전해질층 (30) 상에 제 2 활물질층 (22) 이 배치된 후, 제 2 활물질층 (22) 의 표면에 제 2 집전체 (12) 가 배치되어도 된다.
이어서, 제 2 집전체 (12), 제 2 활물질층 (22), 고체 전해질층 (30), 제 1 활물질층 (21), 제 1 집전체 (11), 제 1 활물질층 (21), 고체 전해질층 (30), 제 2 활물질층 (22), 및 제 2 집전체 (12) 의 순서대로 적층된 적층체가, 두께 방향으로 고압 (압력 P1) 으로 프레스됨으로써, 판상의 전지 유닛 (1) 이 제작된다. 고압 프레스 공정이 실행됨으로써, 적층체에 포함되는 고체 전해질 등의 분체끼리, 및 각 층의 사이가 밀착되어, 공극이 감소한다. 고압 프레스 공정은, 치밀화 프레스 공정으로 일컬어지는 경우도 있다.
고압 프레스에 있어서의 압력 P1 은, 전지 유닛 (1) 중의 분체가 치밀화되어 적절한 밀도가 되고, 또한 각 층의 사이가 밀착되도록 적절히 설정되면 된다. 본 실시형태에서는, 압력 P1 은, 50 ~ 1500 MPa 로 설정된다. 또, 고압 프레스 방법에는, 예를 들어, 1 축 프레스, 냉간 정수 등방압 프레스, 기계식 프레스, 가스 가압식 프레스 등의 여러 가지 방법을 사용할 수 있다.
또한, 이상 설명한 전지 유닛 제작 공정이 일례에 불과한 것은 말할 필요도 없다. 예를 들어, 고압 프레스 공정이 실행되는 타이밍 및 횟수 등을 변경하는 것도 가능하다.
고압 프레스 공정에 의한 전지 유닛 (1) 의 프레스가 해제되면, 고압 프레스에 의해 감소된 간극의 불균일성 등에서 기인하여, 제작된 전지 유닛 (1) 에 파형이 발생하는 경우가 있다. 이하 설명하는 평탄화 공정 (S2) 및 냉각 공정 (S3) 은, 전지 유닛 (1) 의 파형의 영향을 억제하기 위해서 실행된다.
평탄화 공정 (S2) 에서는, 전지 유닛 제작 공정 (S1) 에 있어서 제작된 전지 유닛 (1) (고압 프레스 공정에 의한 프레스가 해제된 전지 유닛 (1)) 이, 후술하는 연화 변형 온도 T 이상의 온도로 가열된 상태로, 압력 P2 로 두께 방향으로 프레스된다. 그 결과, 전지 유닛 (1) 의 파형이 감소하여, 전지 유닛 (1) 이 평탄화된다.
평탄화 공정은, 전지 유닛 (1) 의 온도를, 전지 유닛 (1) 이 연화 변형되는 연화 변형 온도 T 이상의 온도로 조정한 상태로 실행된다. 전형적으로는, 전지 유닛 (1) 의 온도를, 전지 유닛 (1) 에 포함되는 바인더가 연화 변형되는 연화 변형 온도 이상의 온도로 조정한 상태로 평탄화 공정이 실행된다. 요컨대, 평탄화 공정 중의 전지 유닛 (1) 의 온도는, 전지 유닛 (1) 의 적어도 일부의 재료가 연화 (바람직하게는 액화) 되는 온도가 된다. 따라서, 연화 변형 온도 T 미만의 온도에서 평탄화 공정이 실행되는 경우와는 달리, 프레스가 해제된 후에 전지 유닛 (1) 의 형상이 원래대로 되돌아가기 어렵다. 또한, 본 실시형태에서는, 연화 변형 온도 T 는, 후술하는 평가 시험의 결과 (도 4 참조) 에 기초하여 100 ℃ 로 설정되어 있다. 따라서, 본 실시형태의 평탄화 공정은, 전지 유닛 (1) 의 온도를 100 ℃ 이상 (예를 들어, 170 ℃ ± 10 ℃) 으로 조정한 상태로 실행된다.
평탄화 공정에 있어서의 프레스의 압력 P2 는, 전술한 고압 프레스의 압력 P1 이하의 압력으로 조정된다. 따라서, 고압 프레스 중의 압력 P1 보다 큰 압력으로 평탄화 공정 중의 프레스가 실시되는 경우와는 달리, 전지 유닛 (1) 중의 전극의 구조가 변화되는 것이 억제된 상태로, 전지 유닛 (1) 이 적절히 평탄화된다. 전술한 바와 같이, 고압 프레스의 압력 P1 은, 1500 MPa 로 설정된다. 따라서, 압력 P2 는 1500 MPa 이하가 된다.
또, 평탄화 공정에 있어서의 프레스의 압력 P2 는, 전지 유닛 (1) 에 발생하는 파형이 감소하는 압력 이상의 압력으로 설정된다. 본 실시형태의 전지 유닛 (1) 의 파형은, 0.0005 Mpa 이상의 압력으로 프레스됨으로써 감소하는 것이, 실험에 의해 판명되어 있다. 따라서, 압력 P2 는 0.0005 Mpa 이상이 된다.
평탄화 공정에 있어서 전지 유닛 (1) 을 가열하면서 두께 방향으로 프레스하는 방법은, 적절히 선택할 수 있다. 일례로서, 본 실시형태에서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 프레스 컨베이어 (벨트식 프레스 컨베이어) (6) 와, 가열부 (예를 들어, 히터 등) (41) 를 포함하는 가열 평탄화부 (40) 에 의해 평탄화 공정이 실행된다. 프레스 컨베이어 (6) 는, 롤러 (61) 에 의해 회전하는 1 쌍의 벨트 (62) 사이에 전지 유닛 (1) 을 배치함으로써, 전지 유닛 (1) 을 두께 방향으로 프레스한 상태로 반송 방향 (도 3 에 있어서의 화살표 D 방향) 으로 반송한다. 가열부 (41) 는, 가열 평탄화부 (40) 내 (본 실시형태에서는, 반송되는 전지 유닛 (1) 의 두께 방향 양측의 각각) 에 배치되어, 가열 평탄화부 (40) 에 위치하는 전지 유닛 (1) 을 가열한다. 단, 전지 유닛 (1) 의 가열 방법 및 프레스 방법의 적어도 일방을 변경하는 것도 가능하다. 예를 들어, 오븐 등에 의해 전지 유닛 (1) 이 가열되어도 된다. 또, 1 축 프레스, 냉간 정수 등방압 프레스, 기계식 프레스, 가스 가압식 프레스 등에 의해, 평탄화 공정에 있어서의 전지 유닛 (1) 의 프레스가 실행되어도 된다.
냉각 공정 (S3) 에서는, 평탄화 공정 (S2) 에 있어서 가열 및 프레스된 전지 유닛 (1) 이, 두께 방향으로 프레스된 채로 냉각된다. 전지 유닛 (1) 이 가열된 상태인 채, 평탄화 공정에 있어서의 프레스가 해제되면, 전지 유닛 (1) 이 연화되어 있으므로, 스프링백 현상이 발생하여 파형이 감소되기 어려워진다. 이에 반하여, 본 실시형태에서는, 냉각 공정 (S3) 이 실행됨으로써, 전지 유닛 (1) 의 파형이 보다 적절히 감소된다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 냉각 공정에서는, 프레스 컨베이어 (6) 에 의해 전지 유닛 (1) 을 압축 반송하고 있는 상태로, 전지 유닛 (1) 이 냉각된다. 요컨대, 프레스 컨베이어 (6) 와, 냉각원 (51) 을 포함하는 냉각부 (50) 에 의해, 압축 반송 중에 전지 유닛 (1) 이 냉각된다. 따라서, 냉각 공정 중에 전지 유닛 (1) 의 이동을 정지시킬 필요가 없기 때문에, 생산 효율이 향상된다. 프레스 컨베이어를 사용함으로써, 복수의 전지 유닛 (1) 에 대해 연속하여 냉각 공정을 실행하는 것도 가능하다.
또한 본 실시형태에서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 평탄화 공정을 실행하는 가열 평탄화부 (40) 에 있어서의 전지 유닛 (1) 의 반송 경로의 종단과, 냉각 공정을 실행하는 냉각부 (50) 에 있어서의 전지 유닛 (1) 의 반송 경로의 시단이 접속되어 있다. 따라서, 평탄화 공정이 종료되어 가열 평탄부 (40) 의 종단으로 반송된 전지 유닛 (1) 은, 그대로 냉각부 (50) 내로 반송되어 냉각된다. 따라서, 전지 유닛 (1) 의 생산 효율이 더욱 향상된다.
단, 냉각 공정을 실행하는 방법을 변경하는 것도 가능하다. 예를 들어, 평탄화 공정이 종료된 전지 유닛 (1) 이 냉장고 내에 배치됨으로써, 냉각 공정이 실행되어도 된다. 팬 등에 의해 기체를 전지 유닛 (1) 을 향하여 흘려 보냄으로써, 냉각 공정이 실행되어도 된다. 또, 평탄화 공정에 있어서 가열된 전지 유닛 (1) 의 온도가 저하될 때까지, 전지 유닛 (1) 을 두께 방향으로 프레스 한 채로 방치함으로써 (요컨대, 냉각원 및 팬 등을 사용하지 않고), 냉각 공정이 실행되어도 된다. 또, 평탄화 공정과 냉각 공정을 연속하여 실행하지 않고, 따로 따로 실행하는 것도 가능하다.
적층 공정 (S4) 에서는, 평탄화 공정 (S2) 에 의해 평탄화되고, 또한 냉각 공정 (S3) 에 의해 냉각된 복수의 전지 유닛 (1) 이, 두께 방향으로 적층된다. 적층되는 전지 유닛 (1) 의 파형은, 평탄화 공정에 의해 감소되어 있다. 따라서, 두께 방향으로 수직인 방향에 있어서의 복수의 전지 유닛 (1) 사이의 위치 어긋남이 억제되어, 복수의 전지 유닛 (1) 이 적절히 적층된다. 따라서, 인접하는 전지 유닛 (1) 사이의 대향 면적이 적절히 확보되기 쉬워져, 전고체 전지의 성능 저하 등이 발생하기 어려워진다.
또한, 본 실시형태에서는, 평탄화 공정 및 냉각 공정의 종료 후에, 전지 유닛 (1) 의 제 2 집전체 (12) 에 박을 접착시킨 후에, 복수의 전지 유닛 (1) 이 적층된다. 또, 적층된 복수의 전지 유닛 (1) 은, 라미네이트 외장체의 내부에 봉지된다. 이상의 공정에 의해, 전고체 전지가 제조된다.
＜평가 시험＞
도 4 를 참조하여, 비교예 및 실시예를 사용한 평가 시험의 결과에 대해 설명한다. 비교예의 전지 유닛 및 실시예의 전지 유닛의 재질, 치수 등은, 모두 상기 실시형태에서 설명한 전지 유닛 (1) (도 1 참조) 과 동일하다. 비교예 1 의 전지 유닛에 대해서는, 평탄화 공정 (S2) 및 냉각 공정 (S3) 을 실행하고 있지 않다. 비교예 2 의 전지 유닛에 대해서는, 온도를 60 ℃ 로 조정한 상태로 평탄화 공정을 실시하였다. 실시예 1 의 전지 유닛에 대해서는, 온도를 100 ℃ 로 조정한 상태로 평탄화 공정을 실시하였다. 실시예 2 의 전지 유닛에 대해서는, 온도를 120 ℃ 로 조정한 상태로 평탄화 공정을 실시하였다. 또한, 비교예 1 이외의 전지 유닛에 대해 실행한 평탄화 공정에 있어서의 프레스의 압력 P2 는, 모두 동일한 압력으로 하였다. 각 전지 유닛에 있어서의 파형량의 측정 결과를, 도 4 에 나타낸다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 평탄화 공정 및 냉각 공정을 실행하고 있지 않은 비교예 1 에서는, 파형량이 커졌다. 또, 비교예 2 (60 ℃ 에서 평탄화) 에서는, 파형량이 비교예 1 과 거의 동등해졌다. 비교예 3 (80 ℃ 에서 평탄화) 에서는, 파형량은, 비교예 1 및 비교예 2 에 비해 감소했지만, 감소 비율은 약간이었다. 이에 반하여, 실시예 1 (100 ℃ 에서 평탄화) 에서는, 파형량이 비교예 1 및 비교예 2 에 비해 대폭 (약 1/6 로) 감소하였다. 실시예 2 (120 ℃ 에서 평탄화) 에서는, 파형량은, 실시예 1 보다 더욱 감소하였다. 이상의 결과로부터, 전지 유닛을 적절한 온도로 조정한 상태로 프레스함으로써, 전지 유닛의 파형이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또, 평탄화 공정 중의 전지 유닛의 온도를 100 ℃ 이상으로 함으로써, 전지 유닛이 연화 변형되기 쉬운 상태로 평탄화되어, 파형이 적절히 감소하는 것을 확인할 수 있다.
이상, 구체적인 실시형태를 들어 상세한 설명을 실시했지만, 이들은 예시에 지나지 않는다. 본 발명에는, 이상에서 기재한 실시형태를 여러 가지로 변형, 변경한 것이 포함된다.

Claims (4)

  1. 전고체 전지의 제조 방법으로서,
    정극 활물질층 (21), 고체 전해질층 (30), 및 부극 활물질층 (22) 의 각각을 적어도 1 개씩 포함하는 적층체를, 제 1 압력으로 상기 적층체의 두께 방향으로 프레스하는 프레스 공정을 거침으로써, 판상의 전지 유닛 (1) 을 제작하는 전지 유닛 제작 공정과,
    상기 제작된 상기 전지 유닛 (1) 을, 상기 전지 유닛 (1) 이 연화 변형하는 온도 이상의 온도로 가열한 상태로, 상기 제 1 압력 이하의 제 2 압력으로 상기 두께 방향으로 프레스함으로써, 상기 전지 유닛 (1) 을 평탄화하는 평탄화 공정과,
    상기 평탄화된 복수의 상기 전지 유닛 (1) 을 적층하는 적층 공정과,
    상기 평탄화 공정에 있어서 가열 및 프레스된 상기 전지 유닛 (1) 을, 프레스된 상태인 채 냉각시키는 냉각 공정을 포함하고,
    상기 냉각 공정은, 프레스 컨베이어에 의해 상기 전지 유닛 (1) 을 압축 반송하고 있는 상태로, 상기 전지 유닛 (1) 을 냉각시킴으로써 실행되는, 전고체 전지의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 평탄화 공정을 실행하는 가열 평탄화부 (40) 에 있어서의 상기 전지 유닛 (1) 의 반송 경로의 종단과, 상기 냉각 공정을 실행하는 냉각부 (50) 에 있어서의 상기 전지 유닛 (1) 의 반송 경로의 시단이 접속되어 있는, 전고체 전지의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 평탄화 공정에 있어서 상기 전지 유닛 (1) 을 프레스하는 제 2 압력이, 0.0005 Mpa 이상, 또한 1500 MPa 이하인, 전고체 전지의 제조 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200127671A (ko) * 2019-05-03 2020-11-11 현대자동차주식회사 고에너지 밀도 전고체 전지 및 이의 제조 방법
KR102622321B1 (ko) * 2022-01-12 2024-01-08 (주)하나기술 전고체용 이차전지 고온 가압시스템 및 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016134254A (ja) * 2015-01-16 2016-07-25 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法
JP2017183121A (ja) * 2016-03-31 2017-10-05 日立造船株式会社 全固体二次電池の製造方法
JP2018147621A (ja) * 2017-03-02 2018-09-20 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5277859B2 (ja) * 2007-12-03 2013-08-28 セイコーエプソン株式会社 硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質ガラスおよび全固体リチウム二次電池
JP2011142007A (ja) 2010-01-07 2011-07-21 Toyota Motor Corp 固体電解質電極体の製造方法
JP2012248465A (ja) * 2011-05-30 2012-12-13 Sharp Corp 二次電池およびその製造方法
EP2768041B1 (en) * 2011-10-11 2016-05-18 Nissan Motor Co., Ltd. Fabrication method for laminated-type secondary battery
JP6175934B2 (ja) 2013-06-25 2017-08-09 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法
JP6048396B2 (ja) 2013-12-26 2016-12-21 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法
JP6380254B2 (ja) * 2015-06-23 2018-08-29 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法
US11101497B2 (en) 2016-02-29 2021-08-24 Hitachi Zosen Corporation All-solid state secondary battery and method for manufacturing same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016134254A (ja) * 2015-01-16 2016-07-25 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法
JP2017183121A (ja) * 2016-03-31 2017-10-05 日立造船株式会社 全固体二次電池の製造方法
JP2018147621A (ja) * 2017-03-02 2018-09-20 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法

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