WO2017146133A1 - 積層体グリーンシート、連続積層体グリーンシート、積層焼成体、連続積層焼成体及び全固体二次電池、並びに積層体グリーンシートの製造方法、連続積層体グリーンシートの製造方法及び全固体二次電池の製造方法 - Google Patents

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green sheet
electrode layer
current collector
metal foil
solid electrolyte
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浩視 上田
幹裕 ▲高▼野
晴菜 倉田
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凸版印刷株式会社
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    • HELECTRICITY
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a laminated green sheet, a continuous laminated green sheet, a laminated fired body, a continuous laminated fired body and an all solid secondary battery, a method for producing a laminated green sheet, a method for producing a continuous laminated green sheet, and an all solid
  • the present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery.
  • the most prominent secondary battery used in electronic devices is an all-solid lithium ion secondary battery (hereinafter, also referred to as an all-solid secondary battery) in which the entire structure of the negative electrode layer, the electrolyte layer, and the positive electrode layer is made of a solid material. ).
  • an all-solid secondary battery in which the entire structure of the negative electrode layer, the electrolyte layer, and the positive electrode layer is made of a solid material.
  • Patent Documents 1 to 3 disclose techniques related to the all-solid-state secondary battery.
  • JP 2000-340255 A Japanese Patent No. 4845244 Patent No. 5430930
  • Patent Document 1 when a laminated fired body including a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer is sandwiched between a positive electrode current collector and a negative electrode current collector, the positive electrode current collector and the positive electrode layer There is a problem that the interface resistance between the negative electrode current collector and the negative electrode layer is increased, and the battery performance may be deteriorated. Moreover, in order to produce an all-solid-state secondary battery, it is necessary to pass through a baking process twice, and there exists a subject that manufacturing efficiency may worsen.
  • a laminate green sheet formed by laminating a positive electrode current collector, a positive electrode layer green sheet, a solid electrolyte layer green sheet, a negative electrode layer green sheet, and a negative electrode current collector is collectively collected.
  • the interface resistance between the positive electrode current collector and the positive electrode layer and between the negative electrode current collector and the negative electrode layer is considered to be reduced.
  • the positive electrode layer green sheet and the negative electrode layer green sheet are printed on both sides of the solid electrolyte layer green sheet, and the metal foil current collector paste is printed on the upper layer, which may make the manufacturing method complicated. There is a problem.
  • the present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide an all-solid-state secondary battery having high battery performance by a simple manufacturing process.
  • the present invention also provides a laminate green sheet, a continuous laminate green sheet, a laminate fired body, a continuously laminate fired body, and a laminate green used for obtaining an all solid state secondary battery having high battery performance with a simple manufacturing process. It aims at providing the manufacturing method of a sheet
  • a laminate green sheet includes a metal foil current collector, a first electrode layer green sheet provided on the metal foil current collector, and the first green sheet.
  • the continuous laminate green sheet according to an aspect of the present invention includes a metal foil current collector, a first electrode layer green sheet provided on the metal foil current collector, and the first electrode layer green sheet.
  • a laminate green sheet comprising: a solid electrolyte layer green sheet provided on the second electrode layer; and a second electrode layer green sheet provided on the solid electrolyte layer green sheet is continuously laminated.
  • the laminated fired body includes a first metal foil current collector, a first electrode layer provided on the first metal foil current collector, and the first electrode layer. And a second electrode layer provided on the solid electrolyte layer, and an interface between the first metal foil current collector and the first electrode layer is bonded with a baked carbide. It is characterized by that.
  • the continuous laminated fired body includes a first metal foil current collector, a first electrode layer, a solid electrolyte layer provided on the first electrode layer, and the solid electrolyte layer.
  • a plurality of laminated fired bodies each including a second electrode layer provided on the interface, the interface between the first metal foil current collector and the first electrode layer, and the second electrode of a single laminated fired body.
  • the layer and the first metal foil current collector of the other laminated fired body adjacent to the one laminated fired body are bonded with a fired carbide.
  • An all-solid secondary battery includes a first metal foil current collector made of a porous metal foil, and a first electrode layer provided on the first metal foil current collector.
  • a second electrode comprising a solid electrolyte layer provided on the first electrode layer, a second electrode layer provided on the solid electrolyte layer, and a porous metal foil provided on the second electrode layer.
  • a metal foil current collector is included in an all-solid secondary battery.
  • An all solid state secondary battery includes a first metal foil current collector, a first electrode layer provided on the first metal foil current collector, and the first electrode layer.
  • An all solid state secondary battery includes a first electrode layer, a solid electrolyte layer provided on the first electrode layer, and a second electrode layer provided on the solid electrolyte layer.
  • a plurality of metal foil current collectors provided in close contact with the electrode layer, an interface between the metal foil current collector and the first electrode layer, and the metal foil current collector and the second electrode layer. At least one of the interfaces is bonded with a fired carbide.
  • An all solid state secondary battery includes a first electrode layer, a solid electrolyte layer provided on the first electrode layer, and a second electrode layer provided on the solid electrolyte layer.
  • a plurality of metal foil current collectors made of a porous metal foil provided in close contact with the electrode layer.
  • the manufacturing method of the laminated body green sheet which concerns on 1 aspect of this invention is a 1st electrode layer by drying after applying or printing the slurry for 1st electrodes containing a 1st electrode active material on a metal foil electrical power collector.
  • a first electrode layer green sheet forming step for forming a green sheet, and a solid electrolyte slurry containing a solid electrolyte material is applied or printed on the first electrode layer green sheet and then dried to form a solid electrolyte layer green sheet.
  • the method for producing a continuous laminate green sheet includes applying a first electrode slurry containing a first electrode active material on a metal foil current collector or printing and drying the first electrode.
  • forming a second electrode layer green sheet by applying or printing a slurry for a second electrode containing a second electrode active material on the solid electrolyte layer green sheet and then drying it.
  • Electrode layer green sheet forming step, metal foil current collector, first electrode layer green sheet, solid electrolyte layer green sheet, and second electrode layer green sheet The laminate green sheet are laminated in this order, characterized by comprising a green sheet laminating step of laminating a plurality continuously, the.
  • the first electrode slurry containing the first electrode active material is applied or printed on the first metal foil current collector and then dried.
  • a first electrode layer green sheet forming step for forming an electrode layer green sheet a solid electrolyte slurry containing a solid electrolyte material is applied or printed on the first electrode layer green sheet and then dried to form a solid electrolyte layer green sheet
  • a second step of forming a second electrode layer green sheet by applying or printing a slurry for a second electrode containing a second electrode active material on the solid electrolyte layer green sheet, followed by drying on the solid electrolyte layer green sheet.
  • a laminate green sheet forming step for producing a laminate green sheet including an electrode layer green sheet forming step, and the second electrode exposed on the surface of the laminate green sheet A second metal foil current collector bonding step of bonding a second metal foil current collector on a green sheet, the laminate green sheet, and the second metal foil current collector bonded to the laminate green sheet And a firing step of firing the laminated body including the same at a time.
  • the method for manufacturing a solid secondary battery according to another aspect of the present invention includes applying a first electrode slurry containing a first electrode active material on a first metal foil current collector, or drying it after printing.
  • a laminate green sheet forming step for producing a laminate green sheet including a two-electrode layer green sheet forming step, and a firing step for firing the laminate green sheet together
  • the second metal foil current collector is bonded onto the second electrode layer formed by firing the second electrode layer green sheet exposed on the surface of the laminated fired body obtained by firing the laminated green sheet.
  • a two-metal foil current collector pasting step
  • the method for manufacturing a solid secondary battery according to another aspect of the present invention includes applying a first electrode slurry containing a first electrode active material on a first metal foil current collector, or drying it after printing.
  • a continuous laminate green sheet forming step for generating a green sheet, and a second metal foil current collector in which a second metal foil current collector is bonded onto the second electrode layer green sheet exposed on the surface of the continuous laminate green sheet A body bonding step, and a firing step of collectively firing the laminate including the continuous laminate green sheet and the second metal foil current collector bonded to the laminate green sheet.
  • the method for manufacturing a solid secondary battery according to another aspect of the present invention includes applying a first electrode slurry containing a first electrode active material on a first metal foil current collector, or drying it after printing.
  • the laminated body green sheet used in order to obtain the above all-solid-state secondary battery a continuous laminated body green sheet, a laminated fired body, and a continuous laminated fired body can be obtained. Furthermore, according to this invention, the manufacturing method of the laminated body green sheet, the continuous laminated body green sheet, and an all-solid-state secondary battery for obtaining an all-solid-state secondary battery with high battery performance easily can be obtained.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an all solid state secondary battery described in the first embodiment.
  • the all-solid-state secondary battery 1 in the first embodiment includes a positive electrode current collector 11 made of a metal foil current collector (first metal foil current collector), and a positive electrode current collector 11.
  • the interface between the positive electrode current collector 11 and the positive electrode layer 12, and the interface between the negative electrode current collector 15 and the negative electrode layer 14 are joined with the fired carbide.
  • “joined with calcined carbide” means that a calcined carbide exists between the current collector and the electrode material (active material and conductive additive) contained in the electrode layer, or the current collector. And it means that the periphery of the electrode material (active material and conductive additive) contained in the electrode layer is covered with the baked carbide.
  • the periphery of the electrode material contained in the current collector and the electrode layer is covered with the calcined carbide means that the calcined carbide is applied to the electrode from a part of the surface of the current collector at the interface between the current collector and the electrode layer. It means that at least part of the surface of the electrode material contained in the layer is continuously covered.
  • a baked carbide 123 exists between the positive electrode current collector 11 and the positive electrode active material 121 that is an electrode material included in the positive electrode layer 12 and the conductive additive 122. Further, the baked carbide 123 may cover the periphery of the positive electrode current collector 11, the positive electrode active material 121, and the conductive additive 122.
  • this configuration is a laminate green sheet in which a positive electrode layer green sheet 12 a, a solid electrolyte layer green sheet 13 a, and a negative electrode layer green sheet 14 a are stacked, which are a positive electrode current collector 11 and a negative electrode current collector 15. This is realized by the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 1 in which batch firing is performed in a sandwiched state.
  • the solid electrolyte layer 13 includes at least one of a solid electrolyte and glass that becomes a solid electrolyte after firing. At least one of the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer 13 and the glass that becomes the solid electrolyte after firing is not particularly limited as long as it is a material having low electron conductivity and high lithium ion conductivity.
  • An amorphous body (glass body), a crystal body, a glass ceramic, or the like of a solid electrolyte or a sulfide solid electrolyte is used.
  • the solid electrolyte is preferably an oxide-based solid electrolyte that can be fired at high temperature, and includes NASICON (Na super ionic conductor) type oxide, perovskite type oxide, LISICON (Lithium super ionic conductor) type oxide, garnet type oxide. It is preferable to use an oxide glass or an oxide glass.
  • Examples of the oxide-based solid electrolyte that can be fired at such a high temperature include Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 , Li 0.29 La 0.571 TiO 3 , Li 4 SiO 4 —Li 3 PO 4 , Li 3 BO 3 —Li 3 PO 4 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 3.4 V 0 .6 Si 0.4 O 4 or the like can be used.
  • the thickness of the solid electrolyte layer 13 is preferably in the range of 1 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the thickness of the solid electrolyte layer 13 is thinner than 1 ⁇ m, the positive electrode layer 12 and the negative electrode layer 14 are easily short-circuited, and not only the performance of the all-solid-state secondary battery 1 may be reduced but also the safety may be reduced. There is.
  • the thickness of the solid electrolyte layer 13 is thicker than 500 ⁇ m, the movement of conductive ions such as lithium ions in the solid electrolyte layer 13 is likely to be inhibited, and the output of the all-solid secondary battery 1 may be lowered. .
  • the positive electrode layer 12 includes a positive electrode active material, a solid electrolyte, and at least one of glass that becomes a solid electrolyte after firing.
  • the positive electrode active material contained in the positive electrode layer 12 may be any material that can occlude and release lithium ions, and is not particularly limited.
  • the positive electrode layer 12 contains, as a positive electrode active material, an active material that exhibits a higher potential than the active material contained in the negative electrode layer 14.
  • lithium nickel cobalt manganese oxide LiNi x Co 1-y- x Mn y O 2
  • lithium cobalt oxide LiCoO 2
  • lithium nickelate LiNiO 2
  • lithium manganate LiMn 2 Li transition such as O 4
  • lithium iron phosphate LiFePO 4
  • lithium cobalt phosphate LiCoPO 4
  • lithium manganese phosphate LiMnPO 4
  • lithium vanadium phosphate Li 3 V 2 (PO 4 ) 3
  • Metal compounds can be used as the solid electrolyte contained in the positive electrode layer 12
  • the same material as the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer 13 can be used as the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer 13 can be used.
  • Two or more solid electrolytes contained in the positive electrode layer 12 may be mixed and used. Further, the solid electrolyte contained in the positive electrode layer 12 may be the same as or different from the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer 13 and the negative electrode layer 14 described later.
  • the positive electrode layer 12 may contain a conductive additive.
  • the conductive auxiliary agent is not particularly limited as long as it has conductivity.
  • a conductive carbon material particularly carbon black, activated carbon, carbon carbon fiber, or the like can be used.
  • the content of the conductive additive in the positive electrode layer 12 is preferably in the range of more than 0% and less than 90% by weight with respect to the weight of the positive electrode active material. This is because if the content of the conductive auxiliary is 90% by weight or more, the amount of the positive electrode active material in the positive electrode layer 12 may be insufficient and the lithium storage capacity may be reduced.
  • the positive electrode layer 12 can be selected to have an arbitrary thickness according to a desired battery capacity.
  • the negative electrode layer 14 includes a negative electrode active material, a solid electrolyte, and at least one of glass that becomes a solid electrolyte after firing.
  • the negative electrode active material included in the negative electrode layer 14 may be any material that can occlude and release lithium ions, and is not particularly limited.
  • the negative electrode layer 14 contains, as a negative electrode active material, an active material that shows a lower potential than the active material contained in the positive electrode layer 12.
  • the negative electrode active material examples include carbon materials such as hard carbon, soft carbon, and graphite, alloy materials such as Sn-based alloys and Si-based alloys, nitrides such as LiCoN, and lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ). Lithium transition metal oxides such as lithium vanadium phosphate (Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 ) can be used. Moreover, you may use metal lithium foil as a negative electrode active material.
  • the solid electrolyte contained in the negative electrode layer 14 the same material as the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer 13 and the positive electrode layer 12 can be used. Two or more kinds of solid electrolytes contained in the negative electrode layer 14 may be mixed and used. Further, the solid electrolyte contained in the negative electrode layer 14 may be the same as or different from the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer 13 and the positive electrode layer 12.
  • the negative electrode layer 14 may contain a conductive additive.
  • the conductive auxiliary agent is not particularly limited as long as it has conductivity similar to the conductive auxiliary agent contained in the positive electrode layer 12.
  • a conductive carbon material particularly carbon black, activated carbon, carbon carbon fiber, or the like is used. be able to.
  • the content of the conductive additive in the negative electrode layer 14 is preferably in the range of more than 0% and less than 90% by weight with respect to the weight of the negative electrode active material. This is because when the content of the conductive auxiliary is 90% by weight or more, the amount of the negative electrode active material in the negative electrode layer 14 is insufficient, and the lithium storage capacity may be reduced.
  • the negative electrode layer 14 can be selected to have an arbitrary thickness according to a desired battery capacity.
  • the positive electrode current collector 11 provided in close contact with the positive electrode layer 12 and the negative electrode current collector 15 provided in close contact with the negative electrode layer 14 are each made of a metal foil current collector.
  • the current collector 15 may be referred to as “metal foil current collector” or simply “current collector”.
  • the material of the metal foil current collector is not particularly limited as long as it is a conductive material. For example, metal materials such as stainless steel, nickel, aluminum, iron, titanium, copper, palladium, gold, and platinum are used. Can do.
  • the material of the metal foil current collector is preferably selected in consideration of not being melted and decomposed under the firing conditions described later, and the battery operating potential and conductivity of the metal foil current collector.
  • the tensile strength of the metal foil current collector is preferably 10 N / 10 mm or more.
  • the tensile strength of the metal foil current collector is 10 N / 10 mm or more, cracks and the like are less likely to occur in the metal foil current collector in the firing step when the all-solid-state secondary battery 1 is manufactured.
  • the tensile strength of the metal foil current collector is 10 N / 10 mm or more, the strength enough to support the laminate green sheet composed of the positive electrode layer green sheet 12 a, the solid electrolyte layer green sheet 13 a, and the negative electrode layer green sheet 14 a Is obtained.
  • the all-solid-state secondary battery 1 of this embodiment is manufactured by laminating and baking a positive electrode layer green sheet 12a, a solid electrolyte layer green sheet 13a, and a negative electrode layer green sheet 14a described later. For this reason, it is important that the metal foil current collector of the all-solid-state secondary battery 1 has a characteristic that cracks and the like do not occur in the firing step.
  • the thickness of the metal foil current collector is preferably in the range of 3 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the thickness of the metal foil current collector is in the range of 3 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, the metal foil current collector is not easily cracked during the production of the laminated fired body, and sufficiently supports the laminated green sheet 10 Thickness to be obtained.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the laminate green sheet 10 used in the first embodiment.
  • the laminate green sheet 10 in the first embodiment includes a positive electrode current collector 11 made of a metal foil current collector, and a positive electrode layer green sheet 12 a provided on the positive electrode current collector 11.
  • the solid electrolyte layer green sheet 13a provided on the positive electrode layer green sheet 12a and the negative electrode layer green sheet 14a provided on the solid electrolyte layer green sheet 13a are provided.
  • each green sheet will be described.
  • Solid electrolyte layer green sheet In the solid electrolyte layer green sheet 13a, a slurry for solid electrolyte in which a binder composed of a solid electrolyte and an organic substance is dispersed in a solvent is applied or printed on the positive electrode layer green sheet 12a or the negative electrode layer green sheet 14a described later, and dried. It is formed by.
  • the method for preparing the solid electrolyte slurry is not particularly limited.
  • the solid electrolyte layer 13 is obtained by firing the solid electrolyte layer green sheet 13a.
  • a positive electrode slurry in which a binder made of a positive electrode active material, a solid electrolyte, and an organic substance is dispersed in a solvent is placed on the positive electrode current collector 11 made of a metal foil current collector or the solid electrolyte layer green sheet 13a. It is formed by coating or printing and drying.
  • the method for preparing the positive electrode slurry is not particularly limited.
  • the positive electrode layer 12 is obtained by firing the positive electrode layer green sheet 12a.
  • Negative electrode layer green sheet In the negative electrode layer green sheet 14a, a negative electrode slurry in which a binder made of a negative electrode active material, a solid electrolyte and an organic substance is dispersed in a solvent is formed on the negative electrode current collector 15 made of a metal foil current collector or the solid electrolyte layer green sheet 13a. It is formed by coating or printing and drying. The method for preparing the negative electrode slurry is not particularly limited. The negative electrode layer green sheet 14a is fired, whereby the negative electrode layer 14 is obtained.
  • the metal foil current collector is the positive electrode current collector 11 provided in close contact with the positive electrode layer green sheet 12a or the negative electrode current collector 15 provided in close contact with the negative electrode layer green sheet 14a when the laminate green sheet 10 is manufactured.
  • the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 are the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 used in the all solid state secondary battery 1.
  • a metal foil electrical power collector a nonporous metal foil is mentioned, for example.
  • the laminate green sheet 10 includes a metal foil current collector, a first electrode layer green sheet provided on the metal foil current collector, and a solid electrolyte layer green sheet provided on the first electrode layer green sheet. And a second electrode layer green sheet provided on the solid electrolyte layer green sheet. Therefore, in addition to the configuration shown in FIG. 3, the laminate green sheet 10 includes a negative electrode current collector 15 made of a metal foil current collector, a negative electrode layer green sheet 14 a provided on the negative electrode current collector 15, The structure provided with the solid electrolyte layer green sheet 13a provided on the negative electrode layer green sheet 14a and the positive electrode layer green sheet 12a provided on the solid electrolyte layer green sheet 13a may be sufficient.
  • the manufacturing method of the laminated body green sheet 10 is a method of forming a positive electrode layer green sheet 12a by applying or printing a positive electrode slurry containing a positive electrode active material on a positive electrode current collector 11 made of a metal foil current collector and drying it.
  • Layer green sheet forming step solid electrolyte layer green sheet forming step of forming solid electrolyte layer green sheet 13a by applying or printing a solid electrolyte slurry containing solid electrolyte on positive electrode layer green sheet 12a and then drying, and solid electrolyte
  • the solid electrolyte layer green sheet 13a is formed by applying or printing a solid electrolyte slurry formed by mixing a solid electrolyte and an organic substance binder together with a solvent, and then drying.
  • the solid electrolyte slurry is applied on, for example, a positive electrode layer green sheet 12a or a negative electrode layer green sheet 14a described later.
  • the method for preparing the solid electrolyte slurry is not particularly limited.
  • the positive electrode layer green sheet 12 a is formed by mixing a positive electrode active material, a solid electrolyte, and an organic substance binder together with a solvent and applying or printing a positive electrode slurry, followed by drying.
  • the positive electrode slurry is applied on the positive electrode current collector 11 or a solid electrolyte layer green sheet 13a described later.
  • the method for preparing the positive electrode slurry is not particularly limited.
  • the negative electrode layer green sheet 14a is formed by mixing a negative electrode active material, a solid electrolyte, and an organic substance binder together with a solvent and applying or printing a negative electrode slurry, followed by drying.
  • the negative electrode slurry is applied on the negative electrode current collector 15 or a solid electrolyte layer green sheet 13a described later.
  • the method for preparing the negative electrode slurry is not particularly limited.
  • the binder contained in the positive electrode slurry, the negative electrode slurry, and the solid electrolyte slurry is not particularly limited as long as it decomposes under the firing conditions described below.
  • the binder that can be used include polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyvinyl acetal, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethyl cellulose, and an acrylic resin.
  • each binder is preferably included in the range of 3 wt% to 40 wt%, and is preferably 3 wt% to 25 wt%. It is more preferable to be within the range. That is, the binder content relative to the entire solid content excluding the solvent from each slurry is preferably in the range of 3 wt% to 40 wt%, and preferably in the range of 3 wt% to 25 wt%. More preferred. When the binder content is less than 3% by weight, for example, active materials or solid electrolytes may not be sufficiently bound. On the other hand, when the content of the binder is larger than 40% by weight, the battery capacity per volume decreases.
  • the positive electrode layer green sheet 12a, the negative electrode layer green sheet 14a, and the solid electrolyte layer green sheet 13a may contain a firing aid that promotes formation of a matrix structure in each green sheet during firing and lowers the firing temperature.
  • the firing aid is not particularly limited as long as it does not react with the positive electrode active material, the negative electrode active material, and the solid electrolyte and has a softening point temperature lower than the firing temperature of the solid electrolyte.
  • a boron compound can be used.
  • the firing aid may be a material having lithium ion conductivity or a material having no lithium ion conductivity, but a material having lithium ion conductivity is preferable.
  • the content of the firing aid having no lithium ion conductivity is preferably 5% by weight or less, more preferably 3% by weight or less, based on the weight of the solid electrolyte contained in each green sheet.
  • the content of the sintering aid having lithium ion conductivity is preferably included within a range of 50% by weight or less with respect to the weight of the solid electrolyte contained in each green sheet. If the firing aid is excessively contained, the lithium ion conductivity in the laminated fired body obtained by firing each green sheet is lowered, and the battery performance may be lowered.
  • the solvent used in the positive electrode slurry, the negative electrode slurry, and the solid electrolyte slurry is not particularly limited as long as the above-described binder can be dissolved.
  • alcohols such as ethanol, isopropanol, and n-butanol, toluene, ethyl acetate, Butyl acetate, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethylene glycol ethyl ether, isophorone, butyl lactate, dioctyl phthalate, dioctyl adipate, benzyl alcohol, N, N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)
  • An organic solvent such as, and water can be used.
  • these solvents may be used independently and may use 2 or more types together. Since the slurry can be easily dried, the boiling point of the solvent is preferably 200 ° C. or
  • the positive electrode slurry and the negative electrode slurry can be prepared by mixing the above-described positive electrode active material or negative electrode active material, solid electrolyte, binder, conductive auxiliary agent, baking auxiliary agent, and the like with a solvent.
  • the slurry for solid electrolyte can be produced by mixing the solid electrolyte, the binder, the conductive aid, the firing aid and the like described above with a solvent.
  • the method for mixing the slurry is not particularly limited, and additives such as thickeners, plasticizers, antifoaming agents, leveling agents, and adhesion imparting agents may be added as necessary.
  • coating and printing methods for positive electrode slurry, negative electrode slurry, and solid electrolyte slurry include a doctor blade method, a calendar method, a spin coating method, a dip coating method, an ink jet method, an offset method, a die coating method, and a spray. Method, screen printing method and the like.
  • the drying method of the slurry for positive electrodes, the slurry for negative electrodes, and the slurry for solid electrolytes is not specifically limited, For example, heat drying, reduced pressure drying, heating reduced pressure drying, etc. can be used.
  • the drying atmosphere is not particularly limited, and can be performed, for example, in an air atmosphere or an inert atmosphere (a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere).
  • the positive electrode layer green sheet, the solid electrolyte layer green sheet, and the negative electrode layer green sheet constitute a laminated green sheet that is sequentially laminated.
  • the all-solid-state secondary battery 1 of this embodiment is formed by baking the laminated body green sheet 10 and degreasing the binder. That is, the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 1 of this embodiment includes a positive electrode layer green sheet forming step of forming the positive electrode layer green sheet 12a on the positive electrode current collector 11, and a solid electrolyte layer on the positive electrode layer green sheet 12a.
  • the laminate green sheet 10 is generated including a solid electrolyte layer green sheet forming step for forming the green sheet 13a and a negative electrode layer green sheet forming step for forming the negative electrode green sheet 14a on the solid electrolyte layer green sheet 13a.
  • a laminate green sheet forming step is provided.
  • the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 1 of this embodiment is the negative electrode which consists of a metal foil collector on the negative electrode layer green sheet 14a exposed on the surface of the laminated body green sheet 10, as shown in FIG. A negative electrode current collector bonding step of bonding the current collector 15; and a baking step of baking the multilayer body 1a including the multilayer green sheet 10 and the negative electrode current collector 15.
  • the heating temperature in the firing step is a temperature equal to or higher than the thermal decomposition temperature of the binder contained in the laminate green sheet 10 and lower than the oxidation temperature of the positive electrode active material and the negative electrode active material or lower than the combustion temperature of the metal foil current collector. Is preferred. Specifically, the heating temperature is preferably in the range of 300 ° C. to 1100 ° C., more preferably in the range of 300 ° C. to 900 ° C. When the heating temperature is lower than 300 ° C., the binder does not completely burn out in the baking step and becomes a residue, which may hinder electronic conduction or ionic conduction.
  • the heating temperature is higher than 1100 ° C.
  • the positive electrode active material, the negative electrode active material, and the solid electrolyte may be melted / altered to deteriorate the battery performance.
  • the atmosphere in the firing step is not particularly limited, and can be performed, for example, in an air atmosphere or an inert atmosphere (a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere).
  • an inert atmosphere a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere.
  • the firing time in the firing step is not particularly limited as long as the binder used is sufficiently decomposed.
  • the all-solid-state secondary battery 1 of the present embodiment is formed on the positive electrode layer green sheet 12a or the negative electrode layer green sheet 14a formed at the position farthest from the metal foil current collector of the laminate green sheet 10.
  • the laminated body 1a bonded with the metal foil current collector can be formed by batch firing. That is, as shown in FIG. 3, when the laminate green sheet 10 includes the positive electrode current collector 11, the negative electrode current collector is placed on the negative electrode layer green sheet 14 a formed farthest from the positive electrode current collector 11.
  • the all-solid-state secondary battery 1 is obtained by laminating 15 and firing together.
  • the method for attaching the metal foil current collector is not particularly limited, and for example, a flat plate press, a roll press, a hot press, a cold isostatic press, a hot isostatic press, or the like can be used.
  • the laminate green sheet 10 is provided on the metal foil current collector, the first electrode layer green sheet provided on the metal foil current collector, and the first electrode layer green sheet.
  • the solid electrolyte layer green sheet and the second electrode layer green sheet provided on the solid electrolyte layer green sheet may be provided. Therefore, the laminate green sheet 10 is provided on the negative electrode current collector 15, the negative electrode layer green sheet 14a provided on the negative electrode current collector 15, and the negative electrode layer green sheet 14a in addition to the configuration described above.
  • the solid electrolyte layer green sheet 13a and the positive electrode layer green sheet 12a provided on the solid electrolyte layer green sheet 13a may be used.
  • a negative electrode slurry containing a negative electrode active material is applied or printed on the negative electrode current collector 15 and then dried to form a negative electrode layer green sheet 14a.
  • the solid electrolyte containing a solid electrolyte material on the negative electrode layer green sheet 14a The solid slurry green sheet 13a is formed by applying or printing the slurry for application, and the positive electrode layer green sheet 12a is formed by applying or printing the slurry for positive electrode containing the positive electrode active material on the solid electrolyte layer green sheet 13a.
  • the laminate green sheet 10 is formed.
  • the all-solid-state secondary battery 1 is obtained by baking the laminated body which bonded the positive electrode electrical power collector 11 on the positive electrode layer green sheet 12a exposed on the surface of the laminated body green sheet produced as mentioned above. It is done.
  • the metal foil current collector (the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15) is exemplified by a nonporous metal foil.
  • the metal foil current collector may be, for example, a porous metal foil described later.
  • each air permeability of the current collector made of porous metal foil (the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15) has a value measured by the Gurley tester method of 15 sec / 100 ml or more and 160 sec / It may be within the range of 100 ml or less.
  • Second Embodiment In the second embodiment, a stacked-type all-solid secondary battery (series all-solid secondary battery) and an all-solid secondary battery manufacturing method according to the present invention will be described. Moreover, in the following 2nd Embodiment, the manufacturing method of the continuous laminated body green sheet used for manufacture of the all-solid-state secondary battery which concerns on this invention, and a continuous laminated body green sheet is demonstrated.
  • the series all solid state secondary battery 21 in the second embodiment includes a positive electrode layer 12 and a solid electrolyte layer 13 provided on the positive electrode layer 12. , And a negative electrode layer 14 provided on the solid electrolyte layer 13. Further, the all-solid-state secondary battery 21 is in close contact with the positive electrode layer 12 or the negative electrode layer 14 between the stacked electrode stacks 20 and on the outer side in the stacking direction of the stacked electrode stacks 20. And provided with a plurality of metal foil current collectors (positive electrode current collector 11 or negative electrode current collector 15).
  • the interface between the positive electrode current collector 11 and the positive electrode layer 12 and the interface between the negative electrode current collector 15 and the negative electrode layer 14 are joined with calcinated carbide.
  • a plurality of laminated green sheets 10 in which a positive electrode layer green sheet 12a, a solid electrolyte layer green sheet 13a, and a negative electrode layer green sheet 14a are laminated are laminated via a positive electrode current collector 11. This is realized by the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 21 in which batch firing is performed with the outer surface sandwiched between the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15.
  • the interfaces between the current collector and the electrode layer are each joined with a baked carbide.
  • the positive electrode layer 12, the solid electrolyte layer 13 and the negative electrode layer 14, and the positive electrode current collector 11 or the negative electrode current collector 15 are the positive electrode layer 12, the solid electrolyte layer 13 and the negative electrode layer 14, and the positive electrode current collector of the first embodiment. Since it is the same as that of the body 11 or the negative electrode current collector 15, the description thereof is omitted.
  • the continuous laminated green sheet 30 in 2nd Embodiment is the positive electrode collector 11 which consists of metal foil collectors, and the positive electrode layer green sheet 12a provided on the positive electrode collector 11
  • a laminated green sheet 10 (10a to 10e) comprising: a solid electrolyte layer green sheet 13a provided on the positive electrode layer green sheet 12a; and a negative electrode layer green sheet 14a provided on the solid electrolyte layer green sheet 13a.
  • the positive electrode layer green sheet 12a, the solid electrolyte layer green sheet 13a, and the negative electrode layer green sheet 14a are the positive electrode layer green sheet 12a, the solid electrolyte layer green sheet 13a, and the negative electrode layer green sheet 14a of the multilayer green sheet 10 in the first embodiment. Since it is the same as that of FIG.
  • the manufacturing method of the continuous laminated body green sheet 30 forms the positive electrode layer green sheet 12a by apply
  • the manufacturing method of the continuous laminated green sheet 30 includes a green sheet laminating step of continuously laminating a plurality of laminated green sheets 10 (10a to 10e).
  • the continuous laminate green sheet 30 is, for example, the positive electrode current collector 11 side of one laminate green sheet 10 (eg, laminate green sheet 10b) among the plurality of laminate green sheets 10 (10a to 10e) and the other.
  • the laminated green sheet 10 (for example, the laminated green sheet 10a) is bonded to the negative electrode layer green sheet 14a so as to be adjacent to each other.
  • the method for laminating the laminate green sheets 10 is not particularly limited, and for example, a flat plate press, a roll press, a hot press, a cold isostatic press, a hot isostatic press, or the like can be used.
  • the all-solid-state secondary battery 21 of the second embodiment is formed by degreasing the binder from the continuous laminate green sheet 30 and firing it. That is, in the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 21 according to this embodiment, a positive electrode slurry containing a positive electrode active material is applied or printed on a positive electrode current collector 11 made of a metal foil current collector, and then dried.
  • a laminate green sheet forming step for forming the sheet 10 (10a to 10e) is provided.
  • the method for manufacturing the all-solid-state secondary battery 21 of the present embodiment includes a continuous laminate green sheet forming step in which a plurality of laminate green sheets 10 (10a to 10e) are laminated to form a continuous laminate green sheet 30; As shown in FIG. 7, a negative electrode current collector bonding step of bonding a negative electrode current collector 15 made of a metal foil current collector on the negative electrode layer green sheet 14a exposed on the surface of the continuous laminate green sheet 30; And a firing step of firing the laminate 21 a including the continuous laminate green sheet 30 and the negative electrode current collector 15.
  • the heating temperature in the firing step of the second embodiment, the method for attaching the metal foil current collector, and the like are the same as those of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • the all-solid-state secondary battery 21 of the second embodiment includes the electrode layer green sheet (positive electrode layer green sheet 12a) formed at the position farthest from the metal foil current collector of the continuous laminate green sheet 30.
  • the laminated body 21a which bonded the metal foil electrical power collector on the negative electrode layer green sheet 14a) can be formed by baking collectively. That is, when the continuous laminate green sheet 30 includes the positive electrode current collector 11, the negative electrode current collector 15 is bonded together on the negative electrode layer green sheet 14 a formed farthest from the positive electrode current collector 11.
  • the all-solid-state secondary battery 21 is obtained.
  • the laminate green sheet 10 includes a metal foil current collector, and a first electrode layer green sheet provided on the metal foil current collector.
  • the solid electrolyte layer green sheet provided on the first electrode layer green sheet and the second electrode layer green sheet provided on the solid electrolyte layer green sheet may be provided at least. Therefore, the laminate green sheet 10 is provided on the negative electrode current collector 15, the negative electrode layer green sheet 14a provided on the negative electrode current collector 15, and the negative electrode layer green sheet 14a in addition to the configuration described above.
  • the solid electrolyte layer green sheet 13a and the positive electrode layer green sheet 12a provided on the solid electrolyte layer green sheet 13a may be used.
  • a negative electrode slurry containing a negative electrode active material is applied or printed on the negative electrode current collector 15 and then dried to form a negative electrode layer green sheet 14a.
  • the solid electrolyte containing a solid electrolyte material on the negative electrode layer green sheet 14a The solid slurry green sheet 13a is formed by applying or printing the slurry for application, and the positive electrode layer green sheet 12a is formed by applying or printing the slurry for positive electrode containing the positive electrode active material on the solid electrolyte layer green sheet 13a.
  • the laminate green sheet is formed by forming.
  • the all-solid-state secondary battery 21 is formed by continuously laminating the laminated green sheets produced as described above, and the positive electrode current collector on the positive electrode layer green sheet 12a exposed on the surface of the continuous laminated green sheet. 11 is obtained by firing the laminated body to which 11 is bonded.
  • the positive electrode current collector 11 provided between the electrode stacks 20 has a three-dimensional network in which holes are connected in the thickness direction of the positive electrode current collector 11 and the direction intersecting with the thickness direction. You may have a structure.
  • the all-solid-state secondary battery 51 in the third embodiment includes a positive electrode layer 12, a solid electrolyte layer 13 provided on the positive electrode layer 12, and a negative electrode layer provided on the solid electrolyte layer 13. 14 is provided with a plurality of electrode laminates 20.
  • the parallel all-solid secondary battery 51 includes the positive electrode layer 12 or the negative electrode layer 14 between the stacked electrode stacks 20 and on the outer side in the stacking direction of the stacked electrode stacks 20.
  • a plurality of metal foil current collectors (positive electrode current collector 11 or negative electrode current collector 15) provided in close contact with each other are provided.
  • the interface between the positive electrode current collector 11 and the positive electrode layer 12, and the interface between the negative electrode current collector 15 and the negative electrode layer 14 are joined with calcinated carbide.
  • a plurality of stacked green sheets each including a positive electrode layer green sheet 12a, a solid electrolyte layer green sheet 13a, and a negative electrode layer green sheet 14a are stacked via the positive electrode current collector 11, This is realized by the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 51 in which baking is performed in a state where the outer surface is sandwiched between the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15.
  • the plurality of electrode laminates 20 included in the parallel all-solid secondary battery 51 are laminated in the order of positive electrode layer 12 / solid electrolyte layer 13 / negative electrode layer 14.
  • the electrode stack 20 is formed so that the stacking order of the adjacent electrode stacks 20 is different. That is, the parallel all-solid secondary battery 51 includes a positive electrode current collector 11 / (positive electrode layer 12 / solid electrolyte layer 13 / negative electrode layer 14) / negative electrode current collector 15 / (negative electrode layer 14 / solid electrolyte layer 13 / positive electrode layer).
  • the interface between the current collector and the electrode layer (the positive electrode layer 12 or the negative electrode layer 14) is joined with the fired carbide.
  • the positive electrode layer 12, the solid electrolyte layer 13 and the negative electrode layer 14, and the positive electrode current collector 11 or the negative electrode current collector 15 are the positive electrode layer 12, the solid electrolyte layer 13 and the negative electrode layer 14, and the positive electrode current collector of the first embodiment. Since it is the same as that of the body 11 or the negative electrode current collector 15, the description thereof is omitted.
  • the continuous laminate green sheet 50 (see FIG. 10) in the third embodiment is a laminate green sheet (first laminate in the third embodiment) used in the first embodiment and the second embodiment. 10 (also referred to as a green sheet) 10 (10a, 10b, 10c) and a second laminate green sheet 40 (40a, 40b) shown in FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the second laminate green sheet 40 used in the third embodiment.
  • the second laminate green sheet 40 is provided on the negative electrode current collector 15 made of a metal foil current collector, the negative electrode layer green sheet 14a provided on the negative electrode current collector 15, and the negative electrode layer green sheet 14a.
  • the solid electrolyte layer green sheet 13a and the positive electrode layer green sheet 12a provided on the solid electrolyte layer green sheet 13a are provided.
  • the second laminate green sheet 40 is different from the first laminate green sheet 10 in the order of lamination of the positive electrode layer green sheet 12a and the negative electrode layer green sheet 14a, and the metal foil current collector is different from the negative electrode current collector 15.
  • the difference from the positive electrode current collector 11 is different.
  • the continuous laminated body green sheet 50 in 3rd Embodiment is the 1st laminated body green sheet 10 (10a, 10b, 10c), and the 2nd laminated body green sheet (40a, 40b).
  • the continuous laminate green sheet 50 includes the first laminate green sheet 10a, the second laminate green sheet 40a, the first laminate green sheet 10b, the second laminate green sheet 40b, and the first laminate.
  • the body green sheets 10c are alternately stacked.
  • the positive electrode layer green sheet 12a, the solid electrolyte layer green sheet 13a, and the negative electrode layer green sheet 14a are the positive electrode layer green sheet 12a, the solid electrolyte layer green sheet 13a, and the negative electrode layer green sheet 14a of the multilayer green sheet 10 in the first embodiment. Since it is the same as that of FIG.
  • the continuous laminate green sheet 50 includes a first laminate green sheet forming step for forming the first laminate green sheet 10 and a second laminate for forming the second laminate green sheet 40 as follows. A body green sheet forming step, and a green sheet laminating step of alternately laminating the first laminate green sheet 10 and the second laminate green sheet 40.
  • a positive electrode slurry containing a positive electrode active material is applied or printed on a positive electrode current collector 11 made of a metal foil current collector, and then dried to form a positive electrode layer green sheet 12a.
  • a negative electrode slurry containing a negative electrode active material is applied or printed on the negative electrode current collector 15 made of a metal foil current collector, and then dried to form a negative electrode layer green sheet 14a.
  • the continuous laminate green sheet 50 includes the negative electrode layer green sheet 14a of one laminate green sheet (for example, the first laminate green sheet 10a) and the other laminate green sheet (eg, the second laminate green sheet 40a).
  • the negative electrode current collector 15 is bonded to be adjacent to each other.
  • the method for bonding the first laminate green sheet 10 and the second laminate green sheet 40 is not particularly limited. For example, flat plate press, roll press, hot press, cold isostatic press, hot isostatic press, etc. Can be used.
  • the parallel all-solid secondary battery 51 in the third embodiment is formed by degreasing the binder from the continuous laminate green sheet 50 and baking it. That is, the parallel all solid state secondary battery 51 of the present embodiment is exposed to the continuous laminate green sheet forming step for forming the continuous laminate green sheet 50 and the surface of the continuous laminate green sheet 50 as shown in FIG.
  • the continuous laminate green sheet forming step includes a first laminate green sheet forming step for forming the first laminate green sheet 10 and a second laminate green for forming the second laminate green sheet 40.
  • the 1st laminated body green sheet formation process and the 2nd laminated body green sheet formation process are the same as the process demonstrated in the manufacturing method of a continuous laminated body green sheet.
  • the heating temperature in the firing process of the third embodiment, the method for attaching the metal foil current collector, and the like are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
  • the all-solid-state secondary battery 51 of the third embodiment includes the electrode layer green sheet (positive electrode layer green sheet 12a) formed at the position farthest from the positive electrode current collector 11 of the continuous laminate green sheet 50.
  • the laminated body 21a which bonded the positive electrode collector 11 or the negative electrode collector 15 on the negative electrode layer green sheet 14a) can be formed by baking collectively.
  • the parallel all-solid secondary battery 51 includes a negative electrode current collector 15 / (negative electrode layer 14 / solid electrolyte layer 13 / positive electrode layer 12) / positive electrode current collector 11 / (positive electrode layer 12 / solid. Electrolyte layer 13 / negative electrode layer 14) / negative electrode current collector 15 / (negative electrode layer 14 / solid electrolyte layer 13 / positive electrode layer 12) / positive electrode current collector 11 / (positive electrode layer 12 / solid electrolyte layer 13 / negative electrode layer 14) / Negative electrode current collector 15 / (negative electrode layer 14 / solid electrolyte layer 13 / positive electrode layer 12) / positive electrode current collector 11 may be used.
  • Such a parallel all-solid-state secondary battery 51 is configured such that the first laminated green sheet 10 and the second laminated green sheet 40 are laminated in the order of the second laminated green sheet 40 and the first laminated green.
  • the sheet 10, the second laminate green sheet 40, the first laminate green sheet 10, and the second laminate green sheet 40 are obtained. Finally, the positive electrode current collector 11 is attached and fired at once.
  • Example 1-1 [Slurry preparation process] ⁇ Preparation of slurry for positive electrode> 50 parts by weight of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) powder as a positive electrode active material, 50 parts by weight of Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (hereinafter also referred to as LAGP) powder as an inorganic solid electrolyte, 20 parts by weight of acetylene black (AB) as a conductive additive, 16 parts by weight of polyvinyl butyral (PVB) as a binder, 4.8 parts by weight of dibutyl phthalate (DBP) as a plasticizer, and a mixed solvent (weight) of methyl ethyl ketone and acetone as a solvent (1: 1) 22 parts by weight were mixed to form a slurry, and this slurry was defoamed to prepare a positive electrode slurry.
  • LiCoO 2 lithium cobaltate
  • LAGP Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5
  • LAGP Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (
  • the slurry was defoamed to produce a solid electrolyte slurry.
  • ⁇ Laminated green sheet production process> A stainless foil having a thickness of 20 ⁇ m was used as a positive electrode current collector, and a positive electrode slurry was applied to one surface of the positive electrode current collector and dried to form a positive electrode layer green sheet. Subsequently, the solid electrolyte slurry was applied on the surface of the positive electrode layer green sheet opposite to the surface facing the metal foil current collector, and dried to form a solid electrolyte layer green sheet. Finally, the negative electrode slurry was applied on the surface of the solid electrolyte layer green sheet opposite to the surface facing the positive electrode layer green sheet and dried to form a negative electrode layer green sheet. Thereby, the laminated body green sheet as shown in FIG. 3 was produced.
  • ⁇ Degreasing process> The laminate green sheet with the bipolar current collector described above was heated from room temperature to 500 ° C. at a temperature rising rate of 20 ° C./min in a nitrogen stream, and degreased by holding at 500 ° C. for 30 minutes.
  • Example 1-2 From ⁇ slurry production process> to ⁇ laminated green sheet production process>, a laminate green sheet was produced by the same production method as in Example 1-1.
  • Example 1-1 A laminated green sheet produced in the same manner as in Example 1-1 was pressurized at 80 ° C. and 1000 kgf / cm 2 without placing the negative electrode current collector. Thereafter, a part of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is cut into individual elements so as to be exposed on different surfaces of the laminate, and the laminate green with the cathode current collector as shown in FIG. A sheet was produced.
  • Example 1-1 The degreased laminated green sheet with bipolar current collector was fired under the same conditions as in Example 1-1 to produce a laminated fired body with positive current collector. Thereafter, the same negative electrode current collector as in Example 1-1 was bonded to the laminated fired body with the positive electrode current collector, and pressed at 80 ° C. and 1000 kgf / cm 2 to obtain a laminated fired body with the negative electrode current collector. An all solid state secondary battery of Example 1-2 as shown in FIG. 1 was produced.
  • Example 1-3 From ⁇ slurry production process> to ⁇ laminated green sheet production process>, a laminate green sheet was produced by the same production method as in Example 1-1.
  • Example 1-1 ⁇ Continuous laminate green sheet production process> A laminated green sheet produced in the same manner as in Example 1-1 was cut into a predetermined size. Five laminate green sheets were produced. As shown in FIG. 6, five laminated green sheets were laminated to produce a continuous laminated green sheet. Finally, as shown in FIG. 7, a 20 ⁇ m-thick stainless steel foil as a negative electrode current collector was placed on the negative electrode layer green sheet not in contact with the metal foil current collector, and the whole was pressurized at 80 ° C. and 1000 kgf / cm 2. Thus, a continuous laminate green sheet with a bipolar collector was produced.
  • Example 1-4 From ⁇ slurry production process> to ⁇ laminated green sheet production process>, a laminate green sheet was produced by the same production method as in Example 1-1.
  • Example 1-1 ⁇ Continuous laminate green sheet production process> A laminated green sheet produced in the same manner as in Example 1-1 was cut into a predetermined size. Five laminate green sheets were produced. As shown in FIG. 6, five laminated green sheets were laminated to produce a continuous laminated green sheet. The whole continuous laminate green sheet was pressurized at 80 ° C. and 1000 kgf / cm 2 to prepare a continuous laminate green sheet with a positive electrode current collector.
  • a positive electrode slurry was applied on a polyethylene terephthalate sheet-like support film (hereinafter also referred to as a PET film) 61 and dried to form a positive electrode layer green sheet 12a.
  • the solid electrolyte slurry is applied on the surface of the positive electrode layer green sheet 12a opposite to the surface opposite to the PET film 61 and dried, and integrated with the positive electrode layer green sheet 12a as shown in FIG. A solid electrolyte layer green sheet 13a was formed.
  • a negative electrode slurry was applied on another PET film 62 and dried to form a negative electrode layer green sheet 14a as shown in FIG.
  • another PET film 62 was formed on the surface of the solid electrolyte layer green sheet 13 a prepared so as to be integrated with the positive electrode layer green sheet 12 a on the PET film 61.
  • the negative electrode layer green sheet 14a was overlapped.
  • pressure was applied at 80 ° C. and 1000 kgf / cm 2 (98 MPa). A laminate green sheet was produced.
  • the three-layer laminate green sheet was heated from room temperature to 500 ° C. in a nitrogen stream at a temperature rising rate of 20 ° C./min, and held at that temperature for 30 minutes for degreasing.
  • the same thickness as the positive electrode current collector 11 as the negative electrode current collector 15 is formed on the surface of the electrode laminate 20 where the negative electrode layer 14 is exposed (the surface of the negative electrode layer 14 opposite to the surface facing the solid electrolyte layer 13).
  • a 20 ⁇ m stainless steel foil was placed.
  • the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 sandwiched the electrode stack 20, and the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 were exposed on different surfaces of the electrode stack 20.
  • the electrode laminate 20 on which the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 were placed was laminated at 80 ° C. and 1000 kgf / cm 2 , and Comparative Example 1-1 was used. An all-solid secondary battery was produced.
  • ⁇ Slurry preparation step>, ⁇ cutting step>, ⁇ degreasing step> and ⁇ sintering step> are a three-layer fired body comprising a positive electrode layer, a solid electrolyte layer and a negative electrode layer in the same manner as in Comparative Example 1-1. An electrode laminate was produced.
  • the battery characteristics of the all solid state secondary batteries of each Example and Comparative Example were evaluated by the following methods. (Evaluation method of all solid state secondary batteries of Examples 1-1, 1-2 and Comparative Example 1-1) Ten all solid state secondary batteries of each Example and Comparative Example were prepared and evaluated. The all solid state secondary batteries of Examples and Comparative Examples were charged with a constant current of 0.2 C until the voltage reached 2.7 V, and then discharged with a constant current of 0.2 C to a voltage of 1.5 V. The discharge capacity (0.2 C discharge capacity) at this time was defined as the reference capacity A. The reference capacity A was the average value of the discharge capacity obtained with 10 all solid state secondary batteries.
  • the all solid state secondary batteries of the examples and comparative examples were charged to a voltage of 2.7 V at a constant current of 0.2 C, and then discharged to a voltage of 1.5 V at a constant current of 5 C.
  • the discharge capacity at this time was set to 5C discharge capacity B.
  • the 5C discharge capacity B was also an average value of the discharge capacity obtained by 10 all solid state secondary batteries.
  • a discharge capacity maintenance ratio represented by a ratio (B / A (%)) of the discharge capacity between the 5C discharge capacity B and the reference capacity A was obtained, and this was evaluated electrochemically. Evaluation criteria.
  • the series all solid state secondary batteries of each Example and Comparative Example were charged to a voltage of 13.5 V at a constant current of 0.2 C, and then discharged to a voltage of 7.5 V at a constant current of 5 C.
  • the discharge capacity at this time was set to 5C discharge capacity B.
  • the 5C discharge capacity B was also an average value of the discharge capacity obtained by 10 all solid state secondary batteries.
  • a discharge capacity maintenance ratio represented by a ratio (B / A (%)) of the discharge capacity of the 5C discharge capacity B to the reference capacity A is obtained. This was used as an evaluation standard for electrochemical evaluation.
  • Table 1 shows the main configuration of the all-solid-state secondary battery according to each example and comparative example.
  • Table 2 shows the evaluation results of the electrochemical evaluation of the all solid state secondary batteries according to the examples and comparative examples.
  • it means that it is an all-solid-state secondary battery which is excellent in the output characteristic as a battery, and has a small internal resistance, so that a discharge capacity maintenance factor is high.
  • the all solid state secondary battery was higher in reference capacity A, discharge capacity B, and discharge capacity maintenance rate than the all solid state secondary battery of Comparative Example 1-2.
  • the all solid state secondary battery of Example 1-3 showed a high discharge capacity and a high discharge capacity retention rate. From the above, it was confirmed that the all solid state secondary battery according to the present invention has high battery performance. This is presumably because the resistance between the metal foil current collector and the electrode interface was reduced in the all solid state secondary batteries of Examples 1-1 to 1-4. Furthermore, it can be said that the method for producing an all-solid secondary battery by collectively firing the laminate green sheet is simplified in comparison with the conventional method.
  • the all-solid-state secondary battery produced by batch firing the laminate green sheet may have better battery performance than the conventional all-solid-state secondary battery produced by transferring each layer. all right. Furthermore, it was found that the all-solid-state secondary battery produced by firing the laminated green sheet at once is simplified in comparison with the conventional method.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an all solid state secondary battery described in the fourth embodiment.
  • the all-solid-state secondary battery 1 according to the fourth embodiment includes a positive electrode current collector 11 made of a porous metal foil, a positive electrode layer 12 provided on the positive electrode current collector 11, a positive electrode A solid electrolyte layer 13 provided on the layer 12; a negative electrode layer 14 provided on the solid electrolyte layer 13; and a negative electrode current collector 15 made of a porous metal foil provided on the negative electrode layer 14. ing.
  • the all-solid-state secondary battery 1 of this embodiment is different from the all-solid-state secondary battery 1 of the first embodiment in that the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 are each made of a porous metal foil.
  • the others are the same as those of the all-solid-state secondary battery 1 in the first embodiment. Therefore, only differences from the all-solid-state secondary battery 1 in the first embodiment will be described below, and description of the same parts will be omitted.
  • the positive electrode current collector 11 provided in close contact with the positive electrode layer 12 and the negative electrode current collector 15 provided in close contact with the negative electrode layer 14 are each made of a porous metal foil.
  • the porous metal foil used as the current collector in the all-solid-state secondary battery 1 of the present embodiment it is preferable to select an expanded metal, a punching metal, and a porous metal foil such as a metal fiber.
  • the porous metal foil is a metal fiber
  • the current collector preferably has a three-dimensional network structure in which pores are connected in the thickness direction and the direction intersecting the thickness direction.
  • the porous metal foil used as a current collector is used to improve the escape of gas generated by the decomposition of the binder during the production of the all-solid-state secondary battery 1 and to obtain the strength required for the current collector.
  • a material having a predetermined air permeability is preferably used.
  • the value measured by the Gurley tester method is preferably in the range of 15 sec / 100 ml or more and 160 sec / 100 ml or less, and 20 sec / 100 ml or more. More preferably, it is within the range of 120 sec / 100 ml or less.
  • the air permeability of the porous metal foil is in the range of 15 sec / 100 ml or more and 160 sec / 100 ml or less, the battery performance is improved due to the above-described improvement of the gas releasing property.
  • the air permeability of the porous metal foil is 20 sec / 100 ml or more, the strength of the current collector becomes sufficiently high, and the yield is improved by suppressing the occurrence of cracks or the like in the current collector during battery production. It is more preferable because it can be made.
  • the air permeability of the porous metal foil is 120 sec / 100 ml or less, the gas release property is sufficiently high, and therefore, it is possible to produce the all-solid-state secondary battery 1 by rapid firing, which is more preferable.
  • the aperture ratio of such a current collector is preferably in the range of 3% to 80%, more preferably in the range of 25% to 55%.
  • the theoretical weight Y is calculated by measuring the dimensions of the porous metal foil, calculating the volume from the measured dimensions, and multiplying the obtained volume by the density of the material of the produced porous metal foil. be able to.
  • the diameter of the opening is in the range of 1 ⁇ m to 30 ⁇ m, and it is preferable that the current collector is uniformly dispersed throughout the current collector.
  • the opening of the current collector is less than 1 ⁇ m, the air permeability of the porous metal foil is increased, and there is a possibility that the gas evacuation property is lowered.
  • the opening of a collector is larger than 30 micrometers, the air permeability of porous metal foil is low, and the intensity
  • a chemical bond between the positive electrode active material particles included in the positive electrode layer 12 is formed at the interface between the positive electrode current collector 11 and the positive electrode layer 12, and the negative electrode current collector
  • a chemical bond between the negative electrode active material particles included in the negative electrode layer 14 may be formed at the interface between the body 15 and the negative electrode layer 14.
  • this configuration is obtained by stacking a green sheet of a positive electrode layer green sheet 12a, a solid electrolyte layer green sheet 13a, and a negative electrode layer green sheet 14a into a positive electrode current collector 11 and a negative electrode current collector 15. This is realized by the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 1 in which the firing is performed after sandwiching.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the laminate green sheet 10 described in the fourth embodiment.
  • the laminate green sheet 10 in the fourth embodiment includes a positive electrode current collector 11 made of a porous metal foil, a positive electrode layer green sheet 12a provided on the positive electrode current collector 11, The solid electrolyte layer green sheet 13a provided on the positive electrode layer green sheet 12a and the negative electrode layer green sheet 14a provided on the solid electrolyte layer green sheet 13a are provided.
  • the laminate green sheet 10 of the present embodiment is different from the laminate green sheet 10 of the first embodiment in that the positive electrode current collector 11 is made of a porous metal foil, and the others are the first embodiment. It is the same as the laminate green sheet 10 in FIG. Therefore, only differences from the multilayer green sheet 10 in the first embodiment will be described below, and description of the same portions will be omitted.
  • the current collector is the positive electrode current collector 11 provided in close contact with the positive electrode layer green sheet 12a or the negative electrode current collector 15 provided in close contact with the negative electrode layer green sheet 14a when the laminate green sheet 10 is manufactured.
  • the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 are the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 used in the all solid state secondary battery 1.
  • the laminate green sheet 10 includes a current collector made of a porous metal foil, a first electrode layer green sheet provided on the current collector, and a solid electrolyte layer provided on the first electrode layer green sheet. It suffices to include at least a green sheet and a second electrode layer green sheet provided on the solid electrolyte layer green sheet. Therefore, in addition to the configuration shown in FIG. 3, the laminate green sheet 10 includes a negative electrode current collector 15 made of a porous metal foil, a negative electrode layer green sheet 14 a provided on the negative electrode current collector 15, and a negative electrode
  • the structure provided with the solid electrolyte layer green sheet 13a provided on the layer green sheet 14a and the positive electrode layer green sheet 12a provided on the solid electrolyte layer green sheet 13a may be sufficient.
  • the manufacturing method of the laminated body green sheet 10 is a method of forming a positive electrode layer green sheet 12a by applying or printing a positive electrode slurry containing a positive electrode active material on a positive electrode current collector 11 made of a porous metal foil to form a positive electrode layer green sheet 12a.
  • Green sheet forming step solid electrolyte layer green sheet forming step of forming solid electrolyte layer green sheet 13a by applying or printing slurry for solid electrolyte containing solid electrolyte on positive electrode layer green sheet 12a and drying, and solid electrolyte layer A negative electrode layer green sheet forming step of forming a negative electrode layer green sheet 14a by applying or printing a negative electrode slurry containing a negative electrode active material on the green sheet 13a and drying it.
  • the manufacturing method of the laminated body green sheet 10 of this embodiment is different from the manufacturing method of the laminated body green sheet 10 in the first embodiment in that the positive electrode current collector 11 is made of a porous metal foil. These are the same as the manufacturing method of the laminated body green sheet 10 in 1st Embodiment. Therefore, the detailed description of the method for manufacturing the laminate green sheet 10 in the present embodiment is omitted.
  • the manufacturing method of the laminated body green sheet 10 apply
  • the manufacturing method of the laminated body green sheet 10 applies the slurry for negative electrodes containing a negative electrode active material on the negative electrode collector 15 which consists of porous metal foil other than the manufacturing method provided with the manufacturing process mentioned above.
  • the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 1 of the present embodiment includes a positive electrode layer green sheet forming step of forming the positive electrode layer green sheet 12a on the positive electrode current collector 11.
  • generates the laminated body green sheet 10 is included.
  • the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 1 of the present embodiment includes a negative electrode collector made of a porous metal foil on the negative electrode layer green sheet 14 a exposed on the surface of the laminate green sheet 10.
  • the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 1 according to the present embodiment is the all-solid-state secondary battery 1 according to the first embodiment in that the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 are each made of a porous metal foil.
  • the other manufacturing method is the same as the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 1 in the first embodiment. Therefore, the detailed description of the method for manufacturing the all-solid-state secondary battery 1 in this embodiment is omitted.
  • the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 1 of the present embodiment includes the above-described laminated green sheet forming step, and a porous metal foil on the second electrode layer green sheet exposed on the surface of the laminated green sheet. At least a second current collector pasting step for pasting the second current collector, and a firing step for firing the laminate green sheet and the laminate including the second current collector pasted to the laminate green sheet. It only has to have. For this reason, the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 1 includes a laminate green sheet forming step and a positive electrode current collector made of a porous metal foil on the positive electrode layer green sheet 12a exposed on the surface of the laminate green sheet 10. 11, and a firing step of firing the laminate including the laminate green sheet 10 and the cathode current collector 11 attached to the laminate green sheet 10. .
  • the all-solid-state secondary battery 21 in the fifth embodiment includes a positive electrode layer 12, a solid electrolyte layer 13 provided on the positive electrode layer 12, and a negative electrode layer provided on the solid electrolyte layer 13. 14 is provided with a plurality of electrode laminates 20. Further, the all-solid-state secondary battery 21 is in close contact with the positive electrode layer 12 or the negative electrode layer 14 between the stacked electrode stacks 20 and on the outer side in the stacking direction of the stacked electrode stacks 20. And provided with a plurality of current collectors (positive electrode current collector 11 or negative electrode current collector 15) made of porous metal foil.
  • the all solid state secondary battery 21 of the present embodiment is different from the all solid state secondary battery 21 of the second embodiment in that the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 are each made of a porous metal foil.
  • the others are the same as those of the all-solid-state secondary battery 21 in the second embodiment. Therefore, the detailed description of the all solid state secondary battery 21 in the present embodiment is omitted.
  • the current collector provided between the stacked positive electrode layer 12 and negative electrode layer 14 has pores in the stacking direction of the current collector and in the direction intersecting therewith. It is preferable to have a three-dimensional network structure in which Since the current collector provided in close contact with the positive electrode layer 12 or the negative electrode layer 14 on the outer side of the outer surface in the stacking direction of the all-solid-state secondary battery 21 also escapes in the stacking direction of the all-solid-state secondary battery 21, High outgassing properties can be secured even with expanded metal and punched metal.
  • the current collector provided between the stacked positive electrode layer 12 and negative electrode layer 14 is in close contact with the electrode layer, a gas escape path is ensured in the direction intersecting the thickness direction of the current collector. Need to be. Therefore, the current collector provided between the stacked positive electrode layer 12 and negative electrode layer 14 has a three-dimensional network structure in which holes are connected in the thickness direction of the current collector and in the direction intersecting with the current collector. Thus, the gas generated inside the all-solid-state secondary battery 21 can be suitably released to the outside of the battery.
  • the continuous laminate green sheet 30 in the fifth embodiment includes a positive electrode current collector 11 made of a porous metal foil, and a positive electrode layer green sheet 12a provided on the positive electrode current collector 11.
  • a laminated green sheet 10 (10a to 10e) comprising a solid electrolyte layer green sheet 13a provided on the positive electrode layer green sheet 12a and a negative electrode layer green sheet 14a provided on the solid electrolyte layer green sheet 13a. It is laminated continuously.
  • the continuous laminate green sheet 30 of the present embodiment is different from the continuous laminate green sheet 30 of the second embodiment in that the positive electrode current collector 11 is made of a porous metal foil, and the others are the second one. It is the same as the continuous laminated body green sheet 30 in the embodiment. Therefore, detailed description of the continuous laminate green sheet 30 in the present embodiment is omitted.
  • the manufacturing method of the continuous laminated body green sheet 30 is the positive electrode which forms the positive electrode layer green sheet 12a by apply
  • the laminated green sheet 10 (10a to 10e) is formed by applying a negative electrode slurry containing a negative electrode active material on the layer green sheet 13a or printing and then drying to form a negative electrode layer green sheet 14a.
  • the manufacturing method of the continuous laminated green sheet 30 includes a green sheet laminating step of continuously laminating a plurality of laminated green sheets 10 (10a to 10e).
  • the manufacturing method of the continuous laminated body green sheet 30 of this embodiment differs from the manufacturing method of the continuous laminated body green sheet 30 in 2nd Embodiment by the point in which the positive electrode collector 11 consists of porous metal foil.
  • the others are the same as the manufacturing method of the continuous laminate green sheet 30 in the second embodiment. Therefore, detailed description of the manufacturing method of the continuous laminate green sheet 30 in the present embodiment is omitted.
  • the manufacturing method of the all solid secondary battery 21 of the present embodiment is for a positive electrode containing a positive electrode active material on the positive electrode current collector 11 made of a porous metal foil.
  • a laminate green sheet forming step for forming a laminate green sheet 10 (10a to 10e) including a layer green sheet forming step is provided.
  • the method for manufacturing the all-solid-state secondary battery 21 of the present embodiment includes a continuous laminate green sheet forming step in which a plurality of laminate green sheets 10 (10a to 10e) are laminated to form a continuous laminate green sheet 30; As shown in FIG. 7, a negative electrode current collector bonding step of bonding a negative electrode current collector 15 made of a porous metal foil on the negative electrode layer green sheet 14 a exposed on the surface of the continuous laminate green sheet 30, And a firing step of firing the laminate 21a including the laminate green sheet 30 and the negative electrode current collector 15.
  • the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 21 of this embodiment is the all-solid-state secondary battery 21 in the second embodiment in that the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 are each made of a porous metal foil.
  • the other method is the same as the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 21 in the second embodiment. Therefore, detailed description of the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 21 in the present embodiment is omitted.
  • the all-solid-state secondary battery 51 in the sixth embodiment includes a positive electrode layer 12, a solid electrolyte layer 13 provided on the positive electrode layer 12, and a negative electrode layer provided on the solid electrolyte layer 13. 14 is provided with a plurality of electrode laminates 20.
  • the parallel all-solid secondary battery 51 includes the positive electrode layer 12 or the negative electrode layer 14 between the stacked electrode stacks 20 and on the outer side in the stacking direction of the stacked electrode stacks 20.
  • a plurality of current collectors (positive electrode current collector 11 or negative electrode current collector 15) made of porous metal foil provided in close contact with each other are provided.
  • the all-solid-state secondary battery 51 the interface between the positive electrode current collector 11 and the positive electrode layer 12, and the interface between the negative electrode current collector 15 and the negative electrode layer 14 are joined with the fired carbide. That is, the all-solid-state secondary battery 51 of the present embodiment is different from the all-solid-state secondary battery 51 in the third embodiment in that the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 are each made of a porous metal foil. The others are the same as those of the all-solid-state secondary battery 51 in the third embodiment. Therefore, the detailed description of the all solid state secondary battery 51 in the present embodiment is omitted.
  • the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 have a three-dimensional network structure in which vacancies are connected in the stacking direction of the current collector and the direction intersecting with the current collector. It is preferable to have. Since the current collector provided in close contact with the positive electrode layer 12 or the negative electrode layer 14 on the outer side of the outer surface in the stacking direction of the all solid state secondary battery 51 also escapes in the stacking direction of the all solid state secondary battery 51, High outgassing properties can be secured even with expanded metal and punched metal.
  • the current collector provided between the stacked positive electrode layer 12 and negative electrode layer 14 is in close contact with the electrode layer, a gas escape path is ensured in the direction intersecting the thickness direction of the current collector. Need to be. Therefore, the current collector provided between the stacked positive electrode layer 12 and negative electrode layer 14 has a three-dimensional network structure in which holes are connected in the thickness direction of the current collector and in the direction intersecting with the current collector. Thus, the gas generated inside the all-solid-state secondary battery 51 can be suitably released to the outside of the battery.
  • the continuous laminated body green sheet 50 in 6th Embodiment is the 1st laminated body green sheet 10 (10a, 10b, 10c), and the 2nd laminated body green sheet (40a, 40b).
  • the continuous laminate green sheet 50 includes the first laminate green sheet 10a, the second laminate green sheet 40a, the first laminate green sheet 10b, the second laminate green sheet 40b, and the first laminate.
  • the body green sheets 10c are alternately stacked.
  • the positive electrode current collector 11 included in the first laminated green sheet 10 and the negative electrode current collector 15 included in the second laminated green sheet 40 are each formed of a porous metal foil. That is, the continuous laminate green sheet 50 of the present embodiment is different from the continuous laminate green sheet 50 of the third embodiment in that the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 are each made of a porous metal foil. The others are the same as those of the continuous laminate green sheet 50 in the third embodiment. Therefore, detailed description of the continuous laminate green sheet 50 in the present embodiment is omitted.
  • the continuous laminate green sheet 50 includes a first laminate green sheet forming step for forming the first laminate green sheet 10 and a second laminate for forming the second laminate green sheet 40 as follows. A body green sheet forming step, and a green sheet laminating step of alternately laminating the first laminate green sheet 10 and the second laminate green sheet 40.
  • a positive electrode slurry containing a positive electrode active material is applied or printed on a positive electrode current collector 11 made of a porous metal foil, and dried after forming a positive electrode layer green sheet 12a.
  • a solid electrolyte layer green sheet 13a by applying or printing a solid electrolyte slurry containing at least one of a solid electrolyte and a glass that becomes a solid electrolyte after firing on the positive electrode layer green sheet 12a.
  • the negative electrode current collector 15 made of porous metal foil is coated with or coated with a negative electrode slurry containing a negative electrode active material and dried to form the negative electrode layer green sheet 14a.
  • a solid electrolyte layer green sheet 13a by applying or printing a solid electrolyte slurry containing at least one of a solid electrolyte and a glass that becomes a solid electrolyte after firing on the negative electrode layer green sheet 14a.
  • the parallel all-solid secondary battery 51 in the sixth embodiment is formed by degreasing the binder from the continuous laminate green sheet 50 and firing it. That is, the parallel all solid state secondary battery 51 of the present embodiment is exposed to the continuous laminate green sheet forming step for forming the continuous laminate green sheet 50 and the surface of the continuous laminate green sheet 50 as shown in FIG.
  • the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 51 of this embodiment is the all-solid-state secondary battery 51 in the third embodiment in that the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 are each made of a porous metal foil.
  • the other method is the same as the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 51 in the third embodiment. Therefore, detailed description of the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery 51 in the present embodiment is omitted.
  • the parallel all solid state secondary battery 51 of the present embodiment is similar to the third embodiment in that the negative electrode current collector 15 / (negative electrode layer 14 / solid electrolyte layer 13 / positive electrode layer 12) / Positive electrode current collector 11 / (positive electrode layer 12 / solid electrolyte layer 13 / negative electrode layer 14) / negative electrode current collector 15 / (negative electrode layer 14 / solid electrolyte layer 13 / positive electrode layer 12) / positive electrode current collector 11 / ( The configuration may be as follows: positive electrode layer 12 / solid electrolyte layer 13 / negative electrode layer 14) / negative electrode current collector 15 / (negative electrode layer 14 / solid electrolyte layer 13 / positive electrode layer 12) / positive electrode current collector 11.
  • Example 2 The all solid state secondary batteries described in the fourth and fifth embodiments will be described below with specific examples and comparative examples. In addition, the structure of the all-solid-state secondary battery which concerns on this invention is not restrict
  • Example 2-1 [Slurry preparation process] ⁇ Preparation of slurry for positive electrode> 50 parts by weight of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) powder as a positive electrode active material, 50 parts by weight of Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (hereinafter also referred to as LAGP) powder as a solid electrolyte, conductive 20 parts by weight of acetylene black (AB) as an auxiliary agent, 16 parts by weight of polyvinyl butyral (PVB) as a binder, 4.8 parts by weight of dibutyl phthalate (DBP) as a plasticizer, and 22 parts by weight of terpineol as a solvent are mixed to form a slurry. The slurry was defoamed to produce a positive electrode slurry.
  • LiCoO 2 lithium cobaltate
  • LAGP Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5
  • LAGP Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5
  • AB acetylene black
  • PVB polyvinyl butyral
  • ⁇ Preparation of slurry for negative electrode 50 parts by weight of lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) powder as a negative electrode active material, 50 parts by weight of LAGP powder as a solid electrolyte, 20 parts by weight of graphite as a conductive additive, 16 parts by weight of PVB as a binder, DBP as a plasticizer was mixed with 4.8 parts by weight of terpineol as a solvent and 22 parts by weight of terpineol as a solvent, and this slurry was defoamed to prepare a slurry for negative electrode.
  • lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) powder 50 parts by weight of LAGP powder as a solid electrolyte
  • 20 parts by weight of graphite as a conductive additive
  • 16 parts by weight of PVB as a binder 16 parts by weight of PVB as a binder
  • DBP as a plasticizer was mixed with 4.8 parts by weight of terpineol as a solvent and 22 parts
  • a stainless steel porous current collector foil having a thickness of 30 ⁇ m, an aperture ratio of 40%, and an air permeability of 60 sec / 100 ml was used.
  • a positive electrode slurry was applied to one surface of the current collector and dried to prepare a positive electrode layer green sheet.
  • the solid electrolyte slurry was applied on the surface of the positive electrode layer green sheet opposite to the current collector-facing surface and dried to prepare a solid electrolyte layer green sheet.
  • the negative electrode slurry was applied on the surface of the solid electrolyte layer green sheet opposite to the surface facing the positive electrode layer green sheet and dried to prepare a negative electrode layer green sheet.
  • the laminated body green sheet as shown in FIG. 3 was produced.
  • a negative electrode current collector made of the same porous current collector foil as the positive electrode current collector was placed on the negative electrode layer green sheet of the produced laminate green sheet. Then, the laminated body which consists of a laminated body green sheet on which the negative electrode collector was mounted was pressurized at 80 degreeC and 1000 kgf / cm ⁇ 2 > (98 MPa). Thereafter, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector were cut into individual elements so as to be exposed on different surfaces of the laminate.
  • Example 2-2 The all-solid-state secondary battery of Example 2-2 as shown in FIG. 1 in the same manner as in Example 2-1, except that the temperature raising rate was changed to 20 ° C./min and the holding time was changed to 60 minutes in the firing step. Was made.
  • Example 2-3 The same procedure as in Example 2-1 was performed except that a stainless steel porous current collector having a thickness of 30 ⁇ m, an aperture ratio of 20%, and an air permeability of 160 sec / 100 ml was used as the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. An all solid state secondary battery of Example 2-3 as shown in FIG. 1 was produced.
  • Example 2-4 The same procedure as in Example 2-1 was performed except that a stainless steel porous current collector having a thickness of 30 ⁇ m, an aperture ratio of 65%, and an air permeability of 15 sec / 100 ml was used as the positive electrode current collector and the negative electrode current collector.
  • the all solid state secondary battery of Example 2-4 was produced.
  • Example 2-5 Continuous laminate green sheet production process> A laminate green sheet produced in the same manner as in Example 2-1 was cut into a predetermined size to produce a laminate. Five laminates were produced. Subsequently, five laminates were sequentially laminated to form a continuous laminate green sheet as shown in FIG. Finally, a negative electrode current collector made of the same porous current collector foil as the positive electrode current collector was placed on the negative electrode layer green sheet not in contact with the current collector to obtain a continuous laminate as shown in FIG. . Subsequently, the whole of the continuous laminate was pressurized at 80 ° C. and 1000 kgf / cm 2 (98 MPa).
  • Example 2-6 In the calcination step, the in-series all-solid secondary of Example 2-6 as shown in FIG. 5 was used in the same manner as in Example 2-5 except that the heating rate was changed to 20 ° C./min and the holding time was changed to 60 minutes. A battery was produced.
  • Example 2-5 Example 2-5 was performed except that a stainless steel porous current collector having a thickness of 30 ⁇ m, an aperture ratio of 20%, and an air permeability of 160 sec / 100 ml was used as the positive electrode current collector and the negative electrode current collector.
  • a series all solid state secondary battery of Example 2-7 as shown in FIG. 5 was produced.
  • Example 2-5 Example 2-5 was used except that a stainless steel porous current collector having a thickness of 30 ⁇ m, an aperture ratio of 65%, and an air permeability of 15 sec / 100 ml was used as the positive electrode current collector and the negative electrode current collector.
  • a series all-solid secondary battery of Example 2-8 was produced.
  • Comparative Example 2-1 The whole series of Comparative Example 2-1 was the same as Example 2-1 except that a non-porous stainless steel plate having a thickness of 30 ⁇ m (opening ratio 0%) was used as the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. A solid secondary battery was produced.
  • Comparative Example 2-2 The whole series in Comparative Example 2-2 was the same as Example 2-5 except that a non-porous stainless steel plate (opening ratio 0%) having a thickness of 30 ⁇ m was used as the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. A solid secondary battery was produced.
  • a positive electrode slurry was applied on a polyethylene terephthalate sheet-like support film (hereinafter also referred to as a PET film) 61 and dried to form a positive electrode layer green sheet 12a.
  • the solid electrolyte slurry is applied on the surface of the positive electrode layer green sheet 12a opposite to the surface opposite to the PET film 61 and dried, and integrated with the positive electrode layer green sheet 12a as shown in FIG. A solid electrolyte layer green sheet 13a was formed.
  • a negative electrode slurry was applied on another PET film 62 and dried to form a negative electrode layer green sheet 14a as shown in FIG.
  • another PET film 62 was formed on the surface of the solid electrolyte layer green sheet 13 a prepared so as to be integrated with the positive electrode layer green sheet 12 a on the PET film 61.
  • the negative electrode layer green sheet 14a was overlapped.
  • pressure was applied at 80 ° C. and 1000 kgf / cm 2 (98 MPa). A laminate green sheet was produced.
  • a stainless steel having a thickness of 30 ⁇ m, an aperture ratio of 40%, and an air permeability of 60 sec / 100 ml as the positive electrode current collector 11 is formed on the surface of the electrode laminate 20 on the opposite side of the solid electrolyte layer 13 of the positive electrode layer 12.
  • a porous metal foil made of metal was placed thereon.
  • the same porous metal foil as the positive electrode current collector 11 was placed as the negative electrode current collector 15 on the surface of the electrode laminate 20 opposite to the surface of the negative electrode layer 14 facing the solid electrolyte layer 13. Thereby, the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 were respectively exposed on different surfaces of the electrode laminate 20.
  • FIG. 12 (f) the electrode laminate 20 on which the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 15 are placed is laminated at 80 ° C. and 1000 kgf / cm 2 (98 MPa). -3 series all solid state secondary batteries were produced.
  • a porous current collector foil made of stainless steel having a thickness of 30 ⁇ m as a positive electrode current collector, an aperture ratio of 40%, and an air permeability of 60 sec / 100 ml is formed on the surface of the three-layer fired body on the side opposite to the surface facing the solid electrolyte layer. And laminated at 80 ° C. and 1000 kgf / cm 2 (98 MPa).
  • the electrochemical evaluation was performed about the produced all-solid-state secondary battery and series all-solid-state secondary battery as follows. (Evaluation method of all-solid-state secondary batteries of Example 2-1 to Example 2-4, Comparative Example 2-1 and Comparative Example 2-3) Ten all solid state secondary batteries of each Example and Comparative Example were prepared and evaluated. The all solid state secondary batteries of Examples and Comparative Examples were charged with a constant current of 0.2 C until the voltage reached 2.7 V, and then discharged with a constant current of 0.2 C to a voltage of 1.5 V. The discharge capacity (0.2 C discharge capacity) at this time was defined as the reference capacity A. The reference capacity A was the average value of the discharge capacity of all solid state secondary batteries that can be produced.
  • the all solid state secondary batteries of the examples and comparative examples were charged to a voltage of 2.7 V at a constant current of 0.2 C, and then discharged to a voltage of 1.5 V at a constant current of 5 C.
  • the discharge capacity at this time was set to 5C discharge capacity B.
  • the 5C discharge capacity B was also set to an average value of discharge capacity of all solid state secondary batteries that can be produced.
  • a discharge capacity maintenance ratio represented by a ratio (B / A (%)) of the discharge capacity of the 5C discharge capacity B to the reference capacity A is obtained. This was used as an evaluation standard for electrochemical evaluation.
  • the series all solid state secondary batteries of each Example and Comparative Example were charged to a voltage of 13.5 V at a constant current of 0.2 C, and then discharged to a voltage of 7.5 V at a constant current of 5 C.
  • the discharge capacity at this time was set to 5C discharge capacity B.
  • the 5C discharge capacity B was also set to an average value of discharge capacity of all solid state secondary batteries that can be produced.
  • a discharge capacity maintenance ratio represented by a ratio (B / A (%)) of the discharge capacity of the 5C discharge capacity B to the reference capacity A is obtained. This was used as an evaluation standard for electrochemical evaluation.
  • Table 3 below shows the evaluation results of electrochemical evaluation.
  • the all-solid-state secondary batteries of Examples 2-4 and 2-8 are batteries in which the current collector is insufficient in strength and the current collector cracks during battery production. There was also a bad yield. In addition, the battery performance which was producible was favorable.
  • Example 2-1 and Example 2-2 the battery performances of the all-solid-state secondary batteries of Example 2-1 and Example 2-2 were almost the same. That is, the all-solid-state secondary battery of Example 2-1 in which rapid firing was performed at a temperature rising rate of 80 ° C./min, and all of Example 2-2 in which rapid firing was not performed at a temperature rising rate of 20 ° C./min. There was no difference in battery performance between solid secondary batteries. From this result, it was found that rapid firing was possible by using a porous metal foil as a current collector. Further, the battery performances of the all solid state secondary batteries of Examples 2-5 and 2-6 were almost the same. That is, even in the case of the series all solid state secondary battery, it was found that rapid firing was possible by using the porous metal foil as the current collector.
  • Example 2-1 When comparing Example 2-1, Example 2-3, Example 2-4, and Comparative Example 2-1, the all-solid-state secondary battery of Example 2-1 has the best yield and the best battery performance. it was high. From this result, it was found that there was a range suitable for the air permeability of the current collector. When the air permeability of the current collector was too low as in the all-solid secondary battery of Example 2-4 (the aperture ratio was large and the gas releasing property was too good), the mechanical strength of the current collector was weak and the yield was poor. However, the obtained battery performance was almost the same as that of Example 2-1.
  • the improvement in the discharge capacity ratio from the all-solid secondary battery of Example 2-3 to the all-solid secondary battery of Example 2-1 was 10%
  • the series total of Example 2-7 It was found that the improvement in the discharge capacity ratio from the solid secondary battery to the series all solid secondary battery of Example 2-5 was 15%, and the battery performance of the series all solid secondary battery was higher. This is because the series all-solid-state secondary battery has a structure in which the gas is more difficult to escape, and the effect of improving the gas releasing property due to the use of the current collector made of the porous metal foil is more remarkable. This is probably because of this.
  • the all-solid-state secondary battery using the porous metal foil as the current collector has good battery performance and can be rapidly fired when the battery is manufactured.
  • the all-solid-state secondary battery produced by firing the green body of the laminated body has better battery performance than the all-solid-state secondary battery produced by conventional transfer method for each layer. It was. Furthermore, it was found that the all-solid-state secondary battery produced by firing the laminated green sheet at once is simplified in comparison with the conventional method.
  • the most promising secondary battery that satisfies these requirements is an all-solid lithium ion secondary battery in which the entire structure of the negative electrode layer, the electrolyte layer, and the positive electrode layer is made of a solid material.
  • This all-solid-state lithium ion secondary battery is being developed as a battery having high energy density, high safety, and long life.
  • the all-solid-state lithium ion secondary battery currently in practical use is an all-solid-state secondary battery in which each of the negative electrode layer, the solid electrolyte layer, and the positive electrode layer is very thin, and its energy density is not high. Furthermore, since the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode layer are produced by vapor deposition or sputtering, it is necessary to produce an all-solid lithium ion secondary battery in a reduced-pressure atmosphere. Is unsuitable.
  • Patent Document 1 to Patent Document 3 a method for producing an all-solid-state lithium ion secondary battery by firing the green sheets of the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode layer has been studied. Yes.
  • Patent Document 1 discloses that a positive electrode layer green sheet and a negative electrode layer green sheet are fired to produce a positive electrode layer fired body and a negative electrode layer fired body, and then a positive electrode layer fired body through an ion conductive inorganic material layer green sheet. It describes that a negative electrode layer fired body is sandwiched and refired to form a laminated fired body. Patent Document 1 discloses an all-solid secondary battery produced by sandwiching the laminated fired body between two current collector plates.
  • Patent Document 2 a positive electrode layer green sheet, an ion conductive inorganic material layer green sheet, and a negative electrode layer green sheet are laminated in order to form a laminated body and then collectively fired to form a laminated fired body.
  • Patent Document 3 discloses a laminate green in which a positive electrode layer green sheet and a negative electrode layer green sheet are printed on both surfaces of an ion conductive inorganic material layer green sheet, and each metal foil current collector paste is printed on the upper layer.
  • An all-solid secondary battery produced by batch firing sheets is disclosed.
  • a lithium ion secondary battery which is an example of a secondary battery currently used for the above-described applications, uses an organic electrolyte. For this reason, there is a risk of leakage of the organic electrolyte or thermal runaway of the battery, and there is a demand for improved safety. Therefore, an all-solid-state secondary battery in which the electrolyte layer is composed of only solid materials without using organic electrolyte is excellent in safety with no possibility of leakage or ignition, and as a post lithium ion secondary battery. Promising.
  • JP 2000-340255 A a positive electrode layer green sheet, a solid electrolyte layer green sheet, and a negative electrode layer green sheet produced by a coating method and a printing method in the same manner as in a conventional lithium ion secondary battery are bonded together. It describes that a laminate green sheet is formed and fired at once. This publication discloses that a high-capacity all-solid-state secondary battery is manufactured by sandwiching a laminated body after batch firing between current collectors.
  • Japanese Patent No. 5551542 discloses that a green sheet of a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer is prepared and bonded together to form a laminate green sheet, and sandwiched between current collectors.
  • a high-capacity all-solid-state secondary battery formed by pressurizing with a hydraulic press and then sandwiching and sandwiching between graphite plates is disclosed.
  • All-solid-state secondary battery 1a Laminated body 10, 10a, 10b Laminated green sheet 11 Positive electrode collector 12 Positive electrode layer 12a Positive electrode layer green sheet 121 Positive electrode active material 122 Conductive auxiliary agent 123 Firing carbide 13 Solid electrolyte layer 13a Solid electrolyte layer Green sheet 14 Negative electrode layer 14a Negative electrode layer green sheet 15 Negative electrode current collector 20 Electrode laminate 21 All-solid secondary battery (series all-solid secondary battery) 21a Laminated body 30 Continuous laminated body green sheet 51 All solid state secondary battery (parallel all solid state secondary battery) 51a Laminate 50 Continuous laminate green sheet 61, 62 PET film

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Abstract

本発明は、簡易な作製工程で電池性能の高い全固体二次電池を提供することを目的とする。また、本発明は、簡易な作製工程で電池性能の高い全固体二次電池を得るために用いられる積層体グリーンシート、連続積層体グリーンシート、積層焼成体及び連続積層焼成体、並びに積層体グリーンシートの製造方法、連続積層体グリーンシートの製造方法及び全固体二次電池の製造方法を提供する。本発明の一態様に係る積層体グリーンシート(10)は、正極集電体(11)と、正極集電体(11)上に設けられた正極層グリーンシート(12a)と、正極層グリーンシート(12a)上に設けられた固体電解質層グリーンシート(13a)と、固体電解質層グリーンシート(13a)上に設けられた負極層グリーンシート(14a)と、を備える。

Description

積層体グリーンシート、連続積層体グリーンシート、積層焼成体、連続積層焼成体及び全固体二次電池、並びに積層体グリーンシートの製造方法、連続積層体グリーンシートの製造方法及び全固体二次電池の製造方法
 本発明は、積層体グリーンシート、連続積層体グリーンシート、積層焼成体、連続積層焼成体及び全固体二次電池、並びに積層体グリーンシートの製造方法、連続積層体グリーンシートの製造方法及び全固体二次電池の製造方法に関する。
 電子機器に用いられる二次電池として最も有力であるのが、負極層、電解質層及び正極層の全構成が固体材料から成る全固体リチウムイオン二次電池(以下、全固体二次電池とも記載する)である。この全固体二次電池に関する技術としては、例えば、特許文献1~3に記載されたものがある。
特開2000-340255号 特許第4845244号 特許第5430930号
 しかしながら、特許文献1に開示された発明のように、正極層、固体電解質層、負極層から成る積層焼成体を正極集電体、負極集電体で挟み込んだ場合、正極集電体と正極層、負極集電体と負極層との界面抵抗が高くなり、電池性能が悪くなる可能性があるという課題がある。また、全固体二次電池を作製するために焼成工程を2度経る必要があり、製造効率が悪くなる可能性があるという課題がある。
 また、特許文献2に開示された発明のように、正極層、固体電解質層、負極層の各グリーンシートを貼り合わせた積層体グリーンシートを一括焼成した場合、焼成工程は一工程であり、特許文献1と比較して製造効率は高い。しかしながら、特許文献2に開示された発明は、正極集電体と正極層との界面抵抗及び負極集電体と負極層との界面抵抗が高くなる可能性があるという課題がある。
 さらに、特許文献3に開示された発明のように、正極集電体、正極層グリーンシート、固体電解質層グリーンシート、負極層グリーンシート及び負極集電体が積層されて成る積層体グリーンシートを一括焼成した場合、正極集電体と正極層、負極集電体と負極層との界面抵抗は低減すると考えられる。しかしながら、固体電解質層グリーンシートの両面に正極層グリーンシート、負極層グリーンシートを印刷形成し、その上層に金属箔集電体ペーストを印刷形成しており、製造方法が煩雑になる可能性があるという課題がある。
 本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、簡易な作製工程で電池性能の高い全固体二次電池を提供することを目的とする。また、本発明は、簡易な作製工程で電池性能の高い全固体二次電池を得るために用いられる積層体グリーンシート、連続積層体グリーンシート、積層焼成体及び連続積層焼成体、並びに積層体グリーンシートの製造方法、連続積層体グリーンシートの製造方法及び全固体二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
 以上の課題を解決するため、本発明の一態様に係る積層体グリーンシートは、金属箔集電体と、前記金属箔集電体上に設けられた第1電極層グリーンシートと、前記第1電極層グリーンシート上に設けられた固体電解質層グリーンシートと、前記固体電解質層グリーンシート上に設けられた第2電極層グリーンシートと、を備えることを特徴とする。
 また、本発明の一態様に係る連続積層体グリーンシートは、金属箔集電体と、前記金属箔集電体上に設けられた第1電極層グリーンシートと、前記第1電極層グリーンシート上に設けられた固体電解質層グリーンシートと、前記固体電解質層グリーンシート上に設けられた第2電極層グリーンシートと、を備える積層体グリーンシートが連続的に積層されたことを特徴とする。
 また、本発明の一態様に係る積層焼成体は、第1金属箔集電体と、前記第1金属箔集電体上に設けられた第1電極層と、前記第1電極層上に設けられた固体電解質層と、前記固体電解質層上に設けられた第2電極層と、を備え、前記第1金属箔集電体及び前記第1電極層の界面が、焼成炭化物で接合されていることを特徴とする。
 また、本発明の一態様に係る連続積層焼成体は、第1金属箔集電体と、第1電極層と、前記第1電極層上に設けられた固体電解質層と、前記固体電解質層上に設けられた第2電極層と、を備える積層焼成体が複数連続的に積層され、前記第1金属箔集電体及び前記第1電極層の界面、並びに一積層焼成体の前記第2電極層及び前記一積層焼成体と隣接する他の積層焼成体の前記第1金属箔集電体とが、焼成炭化物で接合されていることを特徴とする。
 また、本発明の他の態様に係る全固体二次電池は、多孔質金属箔からなる第1金属箔集電体と、前記第1金属箔集電体上に設けられた第1電極層と、前記第1電極層上に設けられた固体電解質層と、前記固体電解質層上に設けられた第2電極層と、前記第2電極層上に設けられた、多孔質金属箔からなる第2金属箔集電体と、を備えることを特徴とする。
 また、本発明の一態様に係る全固体二次電池は、第1金属箔集電体と、前記第1金属箔集電体上に設けられた第1電極層と、前記第1電極層上に設けられた固体電解質層と、前記固体電解質層上に設けられた第2電極層と、前記第2電極層上に設けられた第2金属箔集電体と、を備え、前記第1金属箔集電体及び前記第1電極層の界面、並びに前記第2金属箔集電体及び前記第2電極層の界面の少なくとも一方が、焼成炭化物で接合されていることを特徴とする。
 また、本発明の他の態様に係る全固体二次電池は、第1電極層、前記第1電極層上に設けられた固体電解質層、及び前記固体電解質層上に設けられた第2電極層、を備える複数の積層焼成体と、積層された複数の前記積層焼成体同士の間及び積層された複数の前記積層焼成体の積層方向外面のさらに外側に、前記第1電極層又は前記第2電極層と密着して設けられた、複数の金属箔集電体と、を備え、前記金属箔集電体及び前記第1電極層の界面、並びに前記金属箔集電体及び前記第2電極層の界面の少なくとも一方が、焼成炭化物で接合されていることを特徴とする。
 また、本発明の他の態様に係る全固体二次電池は、第1電極層、前記第1電極層上に設けられた固体電解質層、及び前記固体電解質層上に設けられた第2電極層、を備える複数の積層焼成体と、積層された複数の前記積層焼成体同士の間及び積層された複数の前記積層焼成体の積層方向外面のさらに外側に、前記第1電極層又は前記第2電極層と密着して設けられた、多孔質金属箔からなる複数の金属箔集電体と、を備えることを特徴とする。
 また、本発明の一態様に係る積層体グリーンシートの製造方法は、金属箔集電体上に、第1電極活物質を含む第1電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第1電極層グリーンシートを形成する第1電極層グリーンシート形成工程と、前記第1電極層グリーンシート上に、固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシートを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、前記固体電解質層グリーンシート上に、第2電極活物質を含む第2電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第2電極層グリーンシートを形成する第2電極層グリーンシート形成工程と、を備えることを特徴とする。
 また、本発明の一態様に係る連続積層体グリーンシートの製造方法は、金属箔集電体上に、第1電極活物質を含む第1電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第1電極層グリーンシートを形成する第1電極層グリーンシート形成工程と、前記第1電極層グリーンシート上に、固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシートを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、前記固体電解質層グリーンシート上に、第2電極活物質を含む第2電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第2電極層グリーンシートを形成する第2電極層グリーンシート形成工程と、前記金属箔集電体、前記第1電極層グリーンシート、前記固体電解質層グリーンシート及び前記第2電極層グリーンシートが順に積層された積層体グリーンシートを、複数連続的に積層するグリーンシート積層工程と、を備えることを特徴とする。
 また、本発明の一態様に係る固体二次電池の製造方法は、第1金属箔集電体上に、第1電極活物質を含む第1電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第1電極層グリーンシートを形成する第1電極層グリーンシート形成工程、前記第1電極層グリーンシート上に、固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシートを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程、及び前記固体電解質層グリーンシート上に、第2電極活物質を含む第2電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第2電極層グリーンシートを形成する第2電極層グリーンシート形成工程を含む、積層体グリーンシートを生成する積層体グリーンシート形成工程と、前記積層体グリーンシートの表面に露出する前記第2電極層グリーンシート上に、第2金属箔集電体を貼り合わせる第2金属箔集電体貼り合わせ工程と、前記積層体グリーンシート及び前記積層体グリーンシートに貼り合わされた前記第2金属箔集電体を含む積層体を一括して焼成する焼成工程と、を備えることを特徴とする。
 また、本発明の他の態様に係る固体二次電池の製造方法は、第1金属箔集電体上に、第1電極活物質を含む第1電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第1電極層グリーンシートを形成する第1電極層グリーンシート形成工程、前記第1電極層グリーンシート上に、固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシートを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程、及び前記固体電解質層グリーンシート上に、第2電極活物質を含む第2電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第2電極層グリーンシートを形成する第2電極層グリーンシート形成工程を含む、積層体グリーンシートを生成する積層体グリーンシート形成工程と、前記積層体グリーンシートを一括して焼成する焼成工程と、前記積層体グリーンシートを焼成した積層焼成体の表面に露出する、前記第2電極層グリーンシートが焼成されて形成された第2電極層上に、第2金属箔集電体を貼り合わせる第2金属箔集電体貼り合わせ工程と、を備えることを特徴とする。
 また、本発明の他の態様に係る固体二次電池の製造方法は、第1金属箔集電体上に、第1電極活物質を含む第1電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第1電極層グリーンシートを形成する第1電極層グリーンシート形成工程、前記第1電極層グリーンシート上に、固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシートを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程、及び前記固体電解質層グリーンシート上に、第2電極活物質を含む第2電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第2電極層グリーンシートを形成する第2電極層グリーンシート形成工程を含む、積層体グリーンシートを生成する積層体グリーンシート形成工程と、前記積層体グリーンシートを複数積層して連続積層体グリーンシートを生成する連続積層体グリーンシート形成工程と、前記連続積層体グリーンシートの表面に露出する前記第2電極層グリーンシート上に、第2金属箔集電体を貼り合わせる第2金属箔集電体貼り合わせ工程と、前記連続積層体グリーンシート及び前記積層体グリーンシートに貼り合わされた前記第2金属箔集電体を含む積層体を一括して焼成する焼成工程と、を備えることを特徴とする。
 また、本発明の他の態様に係る固体二次電池の製造方法は、第1金属箔集電体上に、第1電極活物質を含む第1電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第1電極層グリーンシートを形成する第1電極層グリーンシート形成工程、前記第1電極層グリーンシート上に、固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシートを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程、及び前記固体電解質層グリーンシート上に、第2電極活物質を含む第2電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第2電極層グリーンシートを形成する第2電極層グリーンシート形成工程を含む、積層体グリーンシートを生成する積層体グリーンシート形成工程と、前記積層体グリーンシートを複数積層して連続積層体グリーンシートを生成する連続積層体グリーンシート形成工程と、前記連続積層体グリーンシートを一括して焼成する焼成工程と、前記連続積層体グリーンシートを焼成した連続積層焼成体の表面に露出する、前記第2電極層グリーンシートが焼成されて形成された第2電極層上に、第2金属箔集電体を貼り合わせる第2金属箔集電体貼り合わせ工程と、を備えることを特徴とする。
 本発明によれば、簡易な作製工程で電池性能の高い全固体二次電池を提供することができる。また、本発明によれば、上述したような全固体二次電池を得るために用いられる積層体グリーンシート、連続積層体グリーンシート、積層焼成体、連続積層焼成体を得ることができる。さらに、本発明によれば、簡易に電池性能の高い全固体二次電池を得るための積層体グリーンシート、連続積層体グリーンシート及び全固体二次電池の製造方法を得ることができる。
本願の第1及び第4の各実施形態に記載の全固体二次電池の構成を示す断面図である。 本願の第1の実施形態に記載の全固体二次電池の集電体及び電極層界面の状態の一例を示す断面模式図である。 本願の第1及び第4の各実施形態に記載の積層体グリーンシートの構成を示す断面図である。 本願の第1及び第4の各実施形態に記載の積層体グリーンシートの表面に負極集電体を貼り合わせた積層体の構成を示す断面図である。 本願の第2及び第5の各実施形態に記載の直列全固体二次電池の構成を示す断面図である。 本願の第2及び第5の各実施形態に記載の連続積層体グリーンシートの構成を示す断面図である。 本願の第2及び第5の各実施形態に記載の連続積層体グリーンシートの表面に負極集電体を貼り合わせた積層体の構成を示す断面図である。 本願の第3及び第6の各実施形態に記載の全固体二次電池の構成を示す断面図である。 本願の第3及び第6の各実施形態に記載の積層体グリーンシートの構成を示す断面図である。 本願の第3及び第6の各実施形態に記載の連続積層体グリーンシートの構成を示す断面図である。 本願の第3及び第6の各実施形態に記載の連続積層体グリーンシートの表面に負極集電体を貼り合わせた積層体の構成を示す断面図である。 積層体グリーンシートの従来の製造方法を説明する断面図である。
 次に、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。
 ここで、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造が略図で示されている。また、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、及び構造等が下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
1.第1の実施形態
 以下の第1の実施形態において、本発明に係る単層の全固体二次電池及び全固体二次電池の製造方法について説明する。また、以下の第1の実施形態において、本発明に係る全固体二次電池の製造に用いられる積層体グリーンシート及び積層体グリーンシートの製造方法について説明する。
(1-1)全固体二次電池の構成
[全固体二次電池の構成]
 図1は、第1の実施形態で説明する全固体二次電池の断面図である。
 図1に示すように、第1の実施形態における全固体二次電池1は、金属箔集電体(第1金属箔集電体)からなる正極集電体11と、正極集電体11上に設けられた正極層12と、正極層12上に設けられた無機固体電解質層(以下、固体電解質層とも記載する)13と、固体電解質層13上に設けられた負極層14と、負極層14上に設けられた金属箔集電体(第2金属箔集電体)からなる負極集電体15と、を備えている。また、全固体二次電池1において、正極集電体11及び正極層12の界面、並びに負極集電体15及び負極層14の界面は、それぞれ焼成炭化物で接合されている。ここで、「焼成炭化物で接合されている」とは、集電体と、電極層に含まれる電極材料(活物質及び導電助剤)との間に焼成炭化物が存在すること、又は集電体及び電極層に含まれる電極材料(活物質及び導電助剤)の周辺を焼成炭化物が覆っていることをいう。「集電体及び電極層に含まれる電極材料の周辺を焼成炭化物が覆っている」とは、集電体と電極層との界面において、焼成炭化物が、集電体の表面の一部から電極層に含まれる電極材料の表面の少なくとも一部までを連続的に覆うことをいう。
 例えば、図2に示すように、正極集電体11と正極層12に含まれる電極材料である正極活物質121及び導電助剤122との間には、焼成炭化物123が存在している。また、焼成炭化物123は、正極集電体11並びに正極活物質121及び導電助剤122の周辺を覆っていてもよい。
 この構成は、後に詳細に説明するように、正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aを積層した積層体グリーンシートが正極集電体11及び負極集電体15で挟持された状態で一括焼成を行うという全固体二次電池1の製造方法により実現される。
(固体電解質層)
 固体電解質層13は、固体電解質及び焼成後に固体電解質となるガラスの少なくとも一方を含んでいる。
 固体電解質層13に含まれる固体電解質及び焼成後に固体電解質となるガラスの少なくとも一方は、電子の伝導性が小さく、リチウムイオンの伝導性が高い材料であれば特に限定されず、例えば、酸化物系固体電解質や硫化物系固体電解質の非晶質体(ガラス体)、結晶体、及びガラスセラミックス等が用いられる。特に、固体電解質としては、高温焼成が可能な酸化物系固体電解質が好ましく、NASICON(Na super ionic conductor)型酸化物、ペロブスカイト型酸化物、LISICON(Lithium super ionic conductor)型酸化物、ガーネット型酸化物、酸化物ガラスなどを用いることが好ましい。このような高温焼成が可能な酸化物系固体電解質としては、例えば、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO、Li0.29La0.571TiO、LiSiO-LiPO、LiBO-LiPO、LiLaZr12、Li3.40.6Si0.4などを用いることができる。
 固体電解質層13の厚さは、1μm以上500μm以下の範囲内であることが好ましい。固体電解質層13の厚さが1μmよりも薄い場合、正極層12と負極層14とが短絡しやすくなり、全固体二次電池1の性能が低下するだけでなく、安全性も低下する可能性がある。また、固体電解質層13の厚さが500μmよりも厚い場合、固体電解質層13におけるリチウムイオン等の伝導イオンの移動が阻害されやすくなり、全固体二次電池1の出力が低くなる可能性がある。
(正極層)
 正極層12は、正極活物質と固体電解質及び焼成後に固体電解質となるガラスの少なくとも一方とを含んでいる。
 正極層12に含まれる正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出することができる材料であればよく、特に限定されない。正極層12は、負極層14に含まれる活物質より貴な電位を示す活物質を正極活物質として含有する。
 正極活物質としては、例えば、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(LiNiCo1-y-xMn)、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMn)、リン酸鉄リチウム(LiFePO)、リン酸コバルトリチウム(LiCoPO)、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO)、リン酸バナジウムリチウム(Li(PO)などのリチウム遷移金属化合物を用いることができる。
 また、正極層12に含まれる固体電解質としては、固体電解質層13に含まれる固体電解質と同様の材料を用いることができる。正極層12に含まれる固体電解質は、2種以上を混合して用いてもよい。また、正極層12に含まれる固体電解質は、固体電解質層13及び後述する負極層14に含まれる固体電解質と同じであってもよく、異なっていてもよい。
 正極層12は、導電助剤を含有していてもよい。導電助剤としては、導電性を有するものであれば特に限定されず、例えば、導電性炭素材料、特にカーボンブラックや活性炭、カーボン炭素繊維等を用いることができる。
 正極層12における導電助剤の含有量は、正極活物質の重量に対して0重量%超90重量%未満の範囲内であることが好ましい。導電助剤の含有量が90重量%以上であると、正極層12中の正極活物質量が不足してリチウム吸蔵容量が低下してしまうことがあるためである。
 正極層12は、所望の電池容量に応じて任意の厚さを選択することができる。
(負極層)
 負極層14は、負極活物質と固体電解質及び焼成後に固体電解質となるガラスの少なくとも一方とを含んでいる。
 負極層14に含まれる負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出することができる材料であればよく、特に限定されない。負極層14は、正極層12に含まれる活物質より卑な電位を示す活物質を負極活物質として含有する。
 負極活物質としては、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、グラファイト等の炭素材料や、Sn系合金、Si系合金などの合金材料、LiCoNなどの窒化物、チタン酸リチウム(LiTi12)、リン酸バナジウムリチウム(Li(PO)などのリチウム遷移金属酸化物を用いることができる。また、負極活物質として金属リチウム箔を用いてもよい。
 また、負極層14に含まれる固体電解質としては、固体電解質層13及び正極層12に含まれる固体電解質と同様の材料を用いることができる。負極層14に含まれる固体電解質は、2種以上を混合して用いてもよい。また、負極層14に含まれる固体電解質は、固体電解質層13及び正極層12に含まれる固体電解質と同じであってもよく、異なっていてもよい。
 負極層14は、導電助剤を含有していてもよい。導電助剤としては、正極層12に含まれる導電助剤と同様に導電性を有するものであれば特に限定されず、例えば、導電性炭素材料、特にカーボンブラックや活性炭、カーボン炭素繊維等を用いることができる。
 負極層14における導電助剤の含有量は、負極活物質の重量に対して0重量%超90重量%未満の範囲内であることが好ましい。導電助剤の含有量が90重量%以上であると、負極層14中の負極活物質量が不足してリチウム吸蔵容量が低下してしまうことがあるためである。
 負極層14は、所望の電池容量に応じて任意の厚さを選択することができる。
(金属箔集電体)
 正極層12と密着して設けられる正極集電体11と、負極層14と密着して設けられる負極集電体15とは、それぞれ金属箔集電体からなる。なお、以下、正極集電体11と負極集電体15との双方を指す場合、又は正極集電体11と負極集電体15とを区別しない場合には、正極集電体11及び負極集電体15を「金属箔集電体」、又は単に「集電体」と記載する場合がある。
 金属箔集電体の材料としては、導電性を有する材料であれば特に限定はされず、例えば、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、鉄、チタン、銅、パラジウム、金及び白金などの金属材料を用いることができる。また、金属箔集電体の材料として、後述する焼成条件で溶融及び分解しないことや、金属箔集電体にかかる電池作動電位や導電性を考慮して選択することが好ましい。
 金属箔集電体の引っ張り強さは、10N/10mm以上であることが好ましい。金属箔集電体の引っ張り強さが10N/10mm以上である場合、全固体二次電池1を製造時の焼成工程において金属箔集電体にクラック等が生じにくくなる。また、金属箔集電体の引っ張り強さが10N/10mm以上である場合、正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aからなる積層体グリーンシートを十分に支持する強度が得られる。
 なお、本実施形態の全固体二次電池1は、後述する正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aを積層し、焼成して製造される。このため、全固体二次電池1の金属箔集電体は、焼成工程においてクラック等が生じないという特性を有することが重要となる。
 金属箔集電体の厚さは、3μm以上50μm以下の範囲内であることが好ましい。金属箔集電体の厚さが3μm以上50μm以下の範囲内である場合、積層焼成体の製造時において金属箔集電体にクラック等が入りにくく、また、積層体グリーンシート10を十分に支持する厚みが得られる。
(1-2)積層体グリーンシートの構成
 以下、積層体グリーンシート10について説明する。
[積層体グリーンシートの構成]
 図3は、第1の実施形態で用いられる積層体グリーンシート10の断面図である。
 図3に示すように、第1の実施形態における積層体グリーンシート10は、金属箔集電体からなる正極集電体11と、正極集電体11上に設けられた正極層グリーンシート12aと、正極層グリーンシート12a上に設けられた固体電解質層グリーンシート13aと、固体電解質層グリーンシート13a上に設けられた負極層グリーンシート14aと、を備えている。
 以下、各グリーンシートについて説明する。
(固体電解質層グリーンシート)
 固体電解質層グリーンシート13aは、固体電解質及び有機物からなるバインダーが溶媒に分散された固体電解質用スラリーが後述する正極層グリーンシート12a又は負極層グリーンシート14a上に塗布もしくは印刷され、乾燥されることにより形成される。固体電解質用スラリーの調製方法は特に限定されない。
 固体電解質層グリーンシート13aが焼成されることにより、固体電解質層13が得られる。
(正極層グリーンシート)
 正極層グリーンシート12aは、正極活物質、固体電解質及び有機物からなるバインダーが溶媒に分散された正極用スラリーが、金属箔集電体からなる正極集電体11又は固体電解質層グリーンシート13a上に塗布もしくは印刷され、乾燥されることにより形成される。正極用スラリーの調製方法は特に限定されない。
 正極層グリーンシート12aが焼成されることにより、正極層12が得られる。
(負極層グリーンシート)
 負極層グリーンシート14aは、負極活物質、固体電解質及び有機物からなるバインダーが溶媒に分散された負極用スラリーが、金属箔集電体からなる負極集電体15又は固体電解質層グリーンシート13a上に塗布もしくは印刷され、乾燥されることにより形成される。負極用スラリーの調製方法は特に限定されない。
 負極層グリーンシート14aが焼成されることにより、負極層14が得られる。
(金属箔集電体)
 金属箔集電体は、積層体グリーンシート10製造時に正極層グリーンシート12aと密着して設けられる正極集電体11又は負極層グリーンシート14aと密着して設けられる負極集電体15である。正極集電体11及び負極集電体15は、全固体二次電池1に用いられる正極集電体11及び負極集電体15である。なお、金属箔集電体としては、例えば、無孔質の金属箔が挙げられる。
 なお、積層体グリーンシート10は、金属箔集電体と、金属箔集電体上に設けられた第1電極層グリーンシートと、第1電極層グリーンシート上に設けられた固体電解質層グリーンシートと、固体電解質層グリーンシート上に設けられた第2電極層グリーンシートと、を少なくとも備えていればよい。
 このため、積層体グリーンシート10は、図3に示す構成以外にも、金属箔集電体からなる負極集電体15と、負極集電体15上に設けられた負極層グリーンシート14aと、負極層グリーンシート14a上に設けられた固体電解質層グリーンシート13aと、固体電解質層グリーンシート13a上に設けられた正極層グリーンシート12aと、を備えた構成であってもよい。
(1-3)積層体グリーンシートの製造方法
 以下、積層体グリーンシート10及び全固体二次電池1の製造方法について説明する。
 積層体グリーンシート10の製造方法は、金属箔集電体からなる正極集電体11上に、正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程と、正極層グリーンシート12a上に固体電解質を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、固体電解質層グリーンシート13a上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程と、を備えている。
(固体電解質層グリーンシートの製造方法)
 固体電解質層グリーンシート13aは、固体電解質及び有機物からなるバインダーを溶媒と共に混合して形成された固体電解質用スラリーを塗布もしくは印刷したのち、乾燥して形成される。固体電解質用スラリーは、例えば後述する正極層グリーンシート12a又は負極層グリーンシート14a上に塗布される。固体電解質用スラリーの調製方法は特に限定されない。
(正極層グリーンシートの製造方法)
 正極層グリーンシート12aは、正極活物質、固体電解質及び有機物からなるバインダーを溶媒と共に混合して正極用スラリーを塗布もしくは印刷したのち、乾燥して形成される。正極用スラリーは、正極集電体11又は後述する固体電解質層グリーンシート13a上に塗布される。正極用スラリーの調製方法は特に限定されない。
(負極層グリーンシートの製造方法)
 負極層グリーンシート14aは、負極活物質、固体電解質及び有機物からなるバインダーを溶媒と共に混合して負極用スラリーを塗布もしくは印刷したのち、乾燥して形成される。負極用スラリーは、負極集電体15又は後述する固体電解質層グリーンシート13a上に塗布される。負極用スラリーの調製方法は特に限定されない。
 正極用スラリー、負極用スラリー及び固体電解質用スラリーに含まれるバインダーは、後述する焼成条件で分解するものであれば特に限定されない。バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチルセルロース、アクリル樹脂などを用いることができる。
 正極層グリーンシート12a、負極層グリーンシート14a及び固体電解質層グリーンシート13aにおいて、各バインダーは、3重量%以上40重量%以下の範囲内で含まれることが好ましく、3重量%以上25重量%以下の範囲内であることがより好ましい。すなわち、各スラリーから溶媒を除いた固形分全体に対するバインダーの含有量が3重量%以上40重量%以下の範囲内であることが好ましく、3重量%以上25重量%以下の範囲内であることがより好ましい。
 バインダーの含有量が3重量%より少ない場合、例えば活物質同士又は固体電解質同士が十分に結着することできない場合がある。また、バインダーの含有量が40重量%より大きい場合には、体積あたりの電池容量が低下する。
 正極層グリーンシート12a、負極層グリーンシート14a及び固体電解質層グリーンシート13aは、焼成時に各グリーンシート内においてマトリックス構造の形成を促進し、焼成温度を低下させる焼成助剤を含有していてもよい。焼成助剤は正極活物質、負極活物質及び固体電解質と反応せず、固体電解質の焼成温度よりも軟化点温度が低ければ特に限定はされず、例えばホウ素化合物を用いることができる。正極層グリーンシート12a、負極層グリーンシート14a及び固体電解質層グリーンシート13aの焼成助剤の含有量と焼成温度を調整することで、積層焼成体を焼成により形成する際に、各層の内部歪や内部応力によるクラックを防止するとともに、マトリックス構造の形成を促進することができる。
 焼成助剤は、リチウムイオン伝導性を有する材料でもリチウムイオン伝導性を有しない材料でも構わないが、リチウムイオン伝導性を有する材料が好ましい。リチウムイオン伝導性を有しない焼成助剤の含有量は各グリーンシート内に含有される固体電解質重量に対して5重量%以下が好ましく、より好ましくは3重量%以下である。リチウムイオン伝導性を有する焼成助剤の含有量は各グリーンシート内に含有される固体電解質重量に対して50重量%以下の範囲内で含まれることが好ましい。焼成助剤が、過剰に含まれると各グリーンシートを焼成して得た積層焼成体におけるリチウムイオン伝導性が低下し、電池性能が低下する場合がある。
 正極用スラリー、負極用スラリー及び固体電解質用スラリーに用いられる溶媒は、上述したバインダーを溶解可能であれば特に限定されないが、例えばエタノール、イソプロパノール、n-ブタノール等のアルコール類、トルエン、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチレングリコールエチルエーテル、イソホロン、乳酸ブチル、ジオクチルフタレート、ジオクチルアジペート、ベンジルアルコール、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などの有機溶剤、及び水を用いることができる。なお、これらの溶媒は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。スラリーの乾燥が容易であることから、溶媒の沸点は200℃以下であることが好ましい。
 正極用スラリー及び負極用スラリーは、上述した正極活物質又は負極活物質、固体電解質、バインダー、導電助剤、焼成助剤などと、溶媒とを混合することで作製できる。また、固体電解質用スラリーは、上述した固体電解質、バインダー、導電助剤、焼成助剤などと、溶媒とを混合することで作製できる。スラリーの混合方法は特に限定されず、必要に応じて、増粘剤、可塑剤、消泡剤、レベリング剤、密着性付与剤のような添加剤を添加してもよい。
 正極用スラリー、負極用スラリー及び固体電解質用スラリーの塗布及び印刷方法としては、具体的には、ドクターブレード法、カレンダー法、スピンコート法、ディップコート法、インクジェット法、オフセット法、ダイコート法、スプレー法、スクリーン印刷法等を用いることができる。
 正極用スラリー、負極用スラリー及び固体電解質用スラリーの乾燥方法は、特に限定されないが、例えば、加熱乾燥、減圧乾燥、加熱減圧乾燥などを用いることができる。乾燥雰囲気は、特に限定されず、例えば、大気雰囲気下、不活性雰囲気(窒素雰囲気、アルゴン雰囲気)下で行うことができる。
 正極層グリーンシート、固体電解質層グリーンシート及び負極層グリーンシートは、順に積層された積層体グリーンシートを構成する。
(1-4)全固体二次電池の製造方法
 本実施形態の全固体二次電池1は、積層体グリーンシート10を焼成し、バインダーを脱脂することで形成される。
 すなわち、本実施形態の全固体二次電池1の製造方法は、正極集電体11上に正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程と、正極層グリーンシート12a上に固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、固体電解質層グリーンシート13a上に負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程と、を含んで積層体グリーンシート10を生成する積層体グリーンシート形成工程を備えている。また、本実施形態の全固体二次電池1の製造方法は、図4に示すように、積層体グリーンシート10の表面に露出する負極層グリーンシート14a上に、金属箔集電体からなる負極集電体15を貼り合わせる負極集電体貼り合わせ工程と、積層体グリーンシート10及び負極集電体15を含む積層体1aを焼成する焼成工程と、を備える。
 焼成工程における加熱温度は、積層体グリーンシート10に含まれるバインダーの熱分解温度以上、且つ、正極活物質及び負極活物質の酸化温度未満又は金属箔集電体の燃焼温度未満の温度であることが好ましい。加熱温度は、具体的には300℃以上1100℃以下の範囲内が好ましく、300℃以上900℃以下の範囲内がより好ましい。加熱温度が300℃より低い場合、焼成工程においてバインダーが燃焼しきらずに残渣となり、電子伝導やイオン伝導を阻害する可能性がある。また、加熱温度が1100℃よりも高い場合、正極活物質及び負極活物質や固体電解質が溶融・変質し、電池性能を劣化させる可能性がある。
 焼成工程での雰囲気は特に限定されず、例えば、大気雰囲気下、不活性雰囲気(窒素雰囲気、アルゴン雰囲気)下で行うことができる。正極活物質及び負極活物質と金属箔集電体の反応や金属箔集電体の導電性低下が懸念される場合は、焼成工程を不活性雰囲気下で行うことが望ましい。
 焼成工程における焼成時間は、使用するバインダーが十分に分解される時間であればよく、特に限定されない。
 以上のように、本実施形態の全固体二次電池1は、積層体グリーンシート10の金属箔集電体から最も離れた位置に形成される正極層グリーンシート12aもしくは負極層グリーンシート14a上に金属箔集電体を貼り合わせた積層体1aを一括焼成して形成することができる。すなわち、図3に示すように、積層体グリーンシート10が正極集電体11を備える場合、正極集電体11から最も離れた位置に形成された負極層グリーンシート14a上に、負極集電体15を貼り合わせて一括焼成することにより、全固体二次電池1が得られる。
 これにより、正極集電体11及び正極層12、負極集電体15と負極層14との界面抵抗を抑制しつつ、1回の焼成工程で全固体二次電池1を製造することが可能となった。金属箔集電体の貼り合わせ方法は特に限定されないが、例えば平板プレス、ロールプレス、ホットプレス、冷間静水圧プレス、熱間静水圧プレスなどを用いることができる。
(1-5)他の構成
 積層体グリーンシート10は、金属箔集電体と、金属箔集電体上に設けられた第1電極層グリーンシートと、第1電極層グリーンシート上に設けられた固体電解質層グリーンシートと、固体電解質層グリーンシート上に設けられた第2電極層グリーンシートと、を少なくとも備えていればよい。
 このため、積層体グリーンシート10は、上述した構成以外にも、負極集電体15と、負極集電体15上に設けられた負極層グリーンシート14aと、負極層グリーンシート14a上に設けられた固体電解質層グリーンシート13aと、固体電解質層グリーンシート13a上に設けられた正極層グリーンシート12aと、を備えた構成であってもよい。
 この場合、負極集電体15上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成し、負極層グリーンシート14a上に固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成し、固体電解質層グリーンシート13a上に正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成して積層体グリーンシート10が形成される。
 また、全固体二次電池1は、上述のようにして作製した積層体グリーンシートの表面に露出する正極層グリーンシート12a上に正極集電体11を貼り合わせた積層体を焼成することにより得られる。
 なお、上記実施形態では、金属箔集電体(正極集電体11及び負極集電体15)としては、無孔質の金属箔を例示したが、本実施形態は、これに限定されるものではない。金属箔集電体は、例えば、後述する孔質の金属箔であってもよい。
 また、孔質の金属箔からなる集電体(正極集電体11及び負極集電体15)の各透気度は、ガーレー試験機法にて測定される値が、15sec/100ml以上160sec/100ml以下の範囲内であってもよい。
 また、本実施形態の全固体二次電池1における、正極集電体11及び正極層12の界面、並びに負極集電体15及び負極層14の界面で、正極層12に含まれる正極活物質粒子同士及び負極層14に含まれる負極活物質粒子同士の化学結合がそれぞれ形成されていてもよい。
2.第2の実施形態
 第2の実施形態では、本発明に係る積層型の全固体二次電池(直列全固体二次電池)及び全固体二次電池の製造方法について説明する。また、以下の第2の実施形態において、本発明に係る全固体二次電池の製造に用いられる連続積層体グリーンシート及び連続積層体グリーンシートの製造方法について説明する。
(2-1)直列全固体二次電池の構成
[直列全固体二次電池の構成]
 図5に示すように、第2の実施形態における直列全固体二次電池(以下、全固体二次電池とも記載する)21は、正極層12、正極層12上に設けられた固体電解質層13、及び固体電解質層13上に設けられた負極層14、を備える複数の電極積層体20を備えている。また、全固体二次電池21は、積層された複数の電極積層体20同士の間及び積層された複数の電極積層体20における積層方向外面のさらに外側に、正極層12又は負極層14と密着して設けられた、複数の金属箔集電体(正極集電体11又は負極集電体15)を備えている。全固体二次電池21において、正極集電体11及び正極層12の界面、並びに負極集電体15及び負極層14の界面は、それぞれ焼成炭化物で接合されている。この構成は、後に詳細に説明するように、正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aを積層した積層体グリーンシート10が正極集電体11を介して複数積層され、正極集電体11及び負極集電体15で外面を挟持された状態で一括焼成を行うという全固体二次電池21の製造方法により実現される。
 また、全固体二次電池21において、集電体及び電極層(正極層12又は負極層14)の界面は、それぞれ焼成炭化物で接合されている。
 正極層12、固体電解質層13及び負極層14、並びに正極集電体11又は負極集電体15は、第1の実施形態の正極層12、固体電解質層13及び負極層14、並びに正極集電体11又は負極集電体15と同様であるため、説明を省略する。
(2-2)連続積層体グリーンシートの構成
 以下、連続積層体グリーンシートについて説明する。
[積層体グリーンシートの構成]
 図6に示すように、第2の実施形態における連続積層体グリーンシート30は、金属箔集電体からなる正極集電体11と、正極集電体11上に設けられた正極層グリーンシート12aと、正極層グリーンシート12a上に設けられた固体電解質層グリーンシート13aと、固体電解質層グリーンシート13a上に設けられた負極層グリーンシート14aと、を備える積層体グリーンシート10(10a~10e)が連続的に積層されている。
 正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aは、第1の実施形態における積層体グリーンシート10の正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aと同様であるため、説明を省略する。
(2-3)連続積層体グリーンシートの製造方法
 以下、連続積層体グリーンシート30及び全固体二次電池21の製造方法について説明する。
 連続積層体グリーンシート30の製造方法は、金属箔集電体からなる正極集電体11上に、正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程と、正極層グリーンシート12a上に固体電解質を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、固体電解質層グリーンシート13a上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程とにより積層体グリーンシート10(10a~10e)を形成する。また、連続積層体グリーンシート30の製造方法は、図3に示すように、積層体グリーンシート10(10a~10e)を、複数連続的に積層するグリーンシート積層工程と、を備えている。
 連続積層体グリーンシート30は、例えば、複数個の積層体グリーンシート10(10a~10e)のうち、一の積層体グリーンシート10(例えば積層体グリーンシート10b)の正極集電体11側と他の積層体グリーンシート10(例えば積層体グリーンシート10a)の負極層グリーンシート14aとを隣接するように貼り合わせて形成される。積層体グリーンシート10同士の貼り合わせ方法は特に限定されず、例えば平板プレス、ロールプレス、ホットプレス、冷間静水圧プレス、熱間静水圧プレスなどを用いることができる。
(2-4)直列全固体二次電池の製造方法
 第2の実施形態の全固体二次電池21は、連続積層体グリーンシート30からバインダーを脱脂し、焼成することで形成される。
 すなわち、本実施形態の全固体二次電池21の製造方法は、金属箔集電体からなる正極集電体11上に、正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程、正極層グリーンシート12a上に、固体電解質を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程、及び固体電解質層グリーンシート13a上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程を含んで積層体グリーンシート10(10a~10e)を形成する積層体グリーンシート形成工程を備えている。
 また、本実施形態の全固体二次電池21の製造方法は、積層体グリーンシート10(10a~10e)を複数積層して連続積層体グリーンシート30を形成する連続積層体グリーンシート形成工程と、図7に示すように、連続積層体グリーンシート30の表面に露出する負極層グリーンシート14a上に、金属箔集電体からなる負極集電体15を貼り合わせる負極集電体貼り合わせ工程と、連続積層体グリーンシート30及び負極集電体15を含む積層体21aを焼成する焼成工程と、を備えている。
 第2の実施形態の焼成工程における加熱温度、金属箔集電体の貼り合わせ方法などは、第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。
 以上のように、第2の実施形態の全固体二次電池21は、連続積層体グリーンシート30の金属箔集電体から最も離れた位置に形成される電極層グリーンシート(正極層グリーンシート12aもしくは負極層グリーンシート14a)上に金属箔集電体を貼り合わせた積層体21aを一括焼成して形成することができる。すなわち、連続積層体グリーンシート30が正極集電体11を備える場合、正極集電体11から最も離れた位置に形成された負極層グリーンシート14a上に、負極集電体15を貼り合わせて一括焼成することにより、全固体二次電池21が得られる。
 これにより、正極集電体11及び正極層12、負極集電体15と負極層14との界面抵抗を抑制しつつ、1回の焼成工程で全固体二次電池21を製造することが可能となった。
(2-5)他の構成
 第1の実施形態に記載したように、積層体グリーンシート10は、金属箔集電体と、金属箔集電体上に設けられた第1電極層グリーンシートと、第1電極層グリーンシート上に設けられた固体電解質層グリーンシートと、固体電解質層グリーンシート上に設けられた第2電極層グリーンシートと、を少なくとも備えていればよい。
 このため、積層体グリーンシート10は、上述した構成以外にも、負極集電体15と、負極集電体15上に設けられた負極層グリーンシート14aと、負極層グリーンシート14a上に設けられた固体電解質層グリーンシート13aと、固体電解質層グリーンシート13a上に設けられた正極層グリーンシート12aと、を備えた構成であってもよい。
 この場合、負極集電体15上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成し、負極層グリーンシート14a上に固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成し、固体電解質層グリーンシート13a上に正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成して積層体グリーンシートが形成される。
 また、全固体二次電池21は、上述のようにして作製した積層体グリーンシートを連続的に積層し、この連続積層体グリーンシートの表面に露出する正極層グリーンシート12a上に正極集電体11を貼り合わせた積層体を焼成することにより得られる。
 また、全固体二次電池21において、電極積層体20同士の間に設けられた正極集電体11は、正極集電体11の厚さ方向及びそれに交差する方向に空孔が繋がる三次元網目構造を有していてもよい。
3.第3の実施形態
 第3の実施形態では、変形例である積層型の全固体二次電池(並列全固体二次電池)及び全固体二次電池の製造方法について説明する。
(3-1)並列全固体二次電池の構成
[並列全固体二次電池の構成]
 図8に示すように、第3の実施形態における全固体二次電池51は、正極層12、正極層12上に設けられた固体電解質層13、及び固体電解質層13上に設けられた負極層14、を備える複数の電極積層体20を備えている。また、並列全固体二次電池51は、積層された複数の電極積層体20同士の間及び積層された複数の電極積層体20における積層方向外面のさらに外側に、正極層12又は負極層14と密着して設けられた、複数の金属箔集電体(正極集電体11又は負極集電体15)を備えている。全固体二次電池51において、正極集電体11及び正極層12の界面、並びに負極集電体15及び負極層14の界面は、それぞれ焼成炭化物で接合されている。この構成は、後に詳細に説明するように、正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aを積層した積層体グリーンシートが正極集電体11を介して複数積層され、正極集電体11及び負極集電体15で外面を挟持された状態で一括焼成を行うという全固体二次電池51の製造方法により実現される。
 ここで、並列全固体二次電池51が備える複数の電極積層体20は、正極層12/固体電解質層13/負極層14の順に積層されている。並列全固体二次電池51において、電極積層体20は、隣接する電極積層体20の積層順が異なるように形成されている。すなわち、並列全固体二次電池51は、正極集電体11/(正極層12/固体電解質層13/負極層14)/負極集電体15/(負極層14/固体電解質層13/正極層12)/正極集電体11/(正極層12/固体電解質層13/負極層14)/負極集電体15/(負極層14/固体電解質層13/正極層12)/正極集電体11/(正極層12/固体電解質層13/負極層14)/負極集電体15のように各層及び金属箔集電体が積層されている。
 また、全固体二次電池51において、集電体及び電極層(正極層12又は負極層14)の界面は、それぞれ焼成炭化物で接合されている。
 正極層12、固体電解質層13及び負極層14、並びに正極集電体11又は負極集電体15は、第1の実施形態の正極層12、固体電解質層13及び負極層14、並びに正極集電体11又は負極集電体15と同様であるため、説明を省略する。
(3-2)連続積層体グリーンシートの構成
 以下、連続積層体グリーンシートについて説明する。
[積層体グリーンシートの構成]
 第3の実施形態における連続積層体グリーンシート50(図10参照)は、第1の実施形態及び第2の実施形態で用いられる積層体グリーンシート(第3の実施形態においては第1の積層体グリーンシートとも記載する)10(10a、10b、10c)と、図9に示す第2の積層体グリーンシート40(40a、40b)とを備えている。
 図9は、第3の実施形態で用いられる第2の積層体グリーンシート40の断面図である。第2の積層体グリーンシート40は、金属箔集電体からなる負極集電体15と、負極集電体15上に設けられた負極層グリーンシート14aと、負極層グリーンシート14a上に設けられた固体電解質層グリーンシート13aと、固体電解質層グリーンシート13a上に設けられた正極層グリーンシート12aと、を備えている。第2の積層体グリーンシート40は、第1の積層体グリーンシート10と、正極層グリーンシート12a及び負極層グリーンシート14aの積層順が異なる点、金属箔集電体が負極集電体15と正極集電体11とで異なる点において相違する。
 図10に示すように、第3の実施形態における連続積層体グリーンシート50は、第1の積層体グリーンシート10(10a、10b、10c)と、第2の積層体グリーンシート(40a、40b)とが交互に積層されている。すなわち、連続積層体グリーンシート50は、第1の積層体グリーンシート10a、第2の積層体グリーンシート40a、第1の積層体グリーンシート10b、第2の積層体グリーンシート40b、第1の積層体グリーンシート10cの順に交互に積層されている。
 正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aは、第1の実施形態における積層体グリーンシート10の正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aと同様であるため、説明を省略する。
(3-3)連続積層体グリーンシートの製造方法
 以下、連続積層体グリーンシート50及び全固体二次電池51の製造方法について説明する。
 連続積層体グリーンシート50は、以下のように、第1の積層体グリーンシート10を形成する第1の積層体グリーンシート形成工程と、第2の積層体グリーンシート40を形成する第2の積層体グリーンシート形成工程と、第1の積層体グリーンシート10及び第2の積層体グリーンシート40を交互に積層するグリーンシート積層工程と、を備える。
 第1の積層体グリーンシート形成工程は、金属箔集電体からなる正極集電体11上に、正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程と、正極層グリーンシート12a上に固体電解質及び焼成後に固体電解質となるガラスの少なくとも一方を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、固体電解質層グリーンシート13a上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程と、を備える。
 第2の積層体グリーンシート形成工程は、金属箔集電体からなる負極集電体15上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程と、負極層グリーンシート14a上に固体電解質及び焼成後に固体電解質となるガラスの少なくとも一方を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、固体電解質層グリーンシート13a上に、正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程と、を備える。
 連続積層体グリーンシート50は、一方の積層体グリーンシート(例えば第1の積層体グリーンシート10a)の負極層グリーンシート14aと、他方の積層体グリーンシート(例えば第2の積層体グリーンシート40a)の負極集電体15とが隣接するように貼り合わせて形成される。第1の積層体グリーンシート10及び第2の積層体グリーンシート40の貼り合わせ方法は特に限定されず、例えば平板プレス、ロールプレス、ホットプレス、冷間静水圧プレス、熱間静水圧プレスなどを用いることができる。
(3-4)並列全固体二次電池の製造方法
 第3の実施形態における並列全固体二次電池51は、連続積層体グリーンシート50からバインダーを脱脂し、焼成することで形成される。
 すなわち、本実施形態の並列全固体二次電池51は、連続積層体グリーンシート50を形成する連続積層体グリーンシート形成工程と、図11に示すように、連続積層体グリーンシート50の表面に露出する負極層グリーンシート14a上に、金属箔集電体からなる負極集電体15を貼り合わせる金属箔集電体貼り合わせ工程と、連続積層体グリーンシート50及び負極集電体15を含む積層体51aを焼成する焼成工程と、により製造される。
 なお、連続積層体グリーンシート形成工程は、第1の積層体グリーンシート10を形成する第1の積層体グリーンシート形成工程と、第2の積層体グリーンシート40を形成する第2の積層体グリーンシート形成工程と、第1の積層体グリーンシート10及び第2の積層体グリーンシート40を交互に積層する連続積層体グリーンシート積層工程と、を備える。
 また、第1の積層体グリーンシート形成工程及び第2の積層体グリーンシート形成工程は、連続積層体グリーンシートの製造方法において説明した工程と同様である。
 第3の実施形態の焼成工程における加熱温度、金属箔集電体の貼り合わせ方法などは、第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。
 以上のように、第3の実施形態の全固体二次電池51は、連続積層体グリーンシート50の正極集電体11から最も離れた位置に形成される電極層グリーンシート(正極層グリーンシート12aもしくは負極層グリーンシート14a)上に正極集電体11もしくは負極集電体15を貼り合わせた積層体21aを一括焼成して形成することができる。
 これにより、正極集電体11及び正極層12、負極集電体15と負極層14との界面抵抗を抑制しつつ、1回の焼成工程で並列全固体二次電池51を製造することが可能となった。
(3-5)他の構成
 並列全固体二次電池51は、負極集電体15/(負極層14/固体電解質層13/正極層12)/正極集電体11/(正極層12/固体電解質層13/負極層14)/負極集電体15/(負極層14/固体電解質層13/正極層12)/正極集電体11/(正極層12/固体電解質層13/負極層14)/負極集電体15/(負極層14/固体電解質層13/正極層12)/正極集電体11のような構成であってもよい。
 このような並列全固体二次電池51は、第1の積層体グリーンシート10と第2の積層体グリーンシート40との積層順を、第2の積層体グリーンシート40、第1の積層体グリーンシート10、第2の積層体グリーンシート40、第1の積層体グリーンシート10、第2の積層体グリーンシート40とし、最後に正極集電体11を貼り付けて一括焼成することにより得られる。
[実施例1]
 以下に、第1及び第2の実施形態で説明した全固体二次電池に関して、具体的な実施例及び比較例を挙げて説明する。なお、本発明に係る全固体二次電池の構成は、以下の実施例によって制限されるものではない。
(実施例1-1)
[スラリー作製工程]
<正極用スラリーの作製>
 正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO)粉末50重量部、無機固体電解質としてLi1.5Al0.5Ge1.5(PO(以下、LAGPとも記載する)粉末50重量部、導電助剤としてアセチレンブラック(AB)20重量部、バインダーとしてポリビニルブチラール(PVB)16重量部、可塑剤としてフタル酸ジブチル(DBP)4.8重量部及び溶剤としてメチルエチルケトンとアセトンとの混合溶媒(重量比1:1)22重量部を混合してスラリーとし、このスラリーを脱泡して正極用スラリーを作製した。
<固体電解質用スラリーの作製>
 固体電解質としてLAGP粉末を100重量部、バインダーとしてPVBを16重量部、可塑剤としてDBPを4.8重量部及び溶剤としてメチルエチルケトンとアセトンとの混合溶媒(重量比1:1)22重量部を混合してスラリーとし、このスラリーを脱泡して固体電解質用スラリーを作製した。
<負極用スラリーの作製>
 負極活物質としてチタン酸リチウム(LiTi12)粉末50重量部、無機固体電解質としてLAGP粉末50重量部、導電助剤として人造黒鉛20重量部、バインダーとしてPVB16重量部、可塑剤としてDBP4.8重量部及び溶剤としてメチルエチルケトンとアセトンとの混合溶媒(重量比1:1)22重量部を混合してスラリーとし、このスラリーを脱泡して負極用スラリーを作製した。
<積層体グリーンシート作製工程>
 正極集電体として厚さ20μmのステンレス箔を使用し、この正極集電体の一方の面に、正極用スラリーを塗布、乾燥して正極層グリーンシートを形成した。
 続いて、正極層グリーンシートの金属箔集電体対向面とは反対側の面上に、固体電解質用スラリーを塗布、乾燥して固体電解質層グリーンシートを形成した。
 最後に、固体電解質層グリーンシートの正極層グリーンシート対向面とは反対側の面上に、負極用スラリーを塗布、乾燥して負極層グリーンシートを形成した。これにより、図3に示すような積層体グリーンシートを作製した。
<切断工程>
 作製した積層体グリーンシートの負極層グリーンシート上に、正極集電体と同様の厚み20μmのステンレス箔からなる負極集電体を乗せた。続いて、負極集電体を乗せた積層体グリーンシートからなる積層体を80℃、1000kgf/cmで加圧した。この後、正極集電体及び負極集電体の一部が、積層体のそれぞれ異なる面で露出するように個々の要素に切断して、両極集電体付き積層体グリーンシートを作製した。
<脱脂工程>
 上述した両極集電体付き積層体グリーンシートを、窒素気流中、昇温速度20℃/分で室温から500℃まで昇温し、500℃で30分間保持して脱脂を実施した。
<焼成工程>
 脱脂を実施した両極集電体付き積層体グリーンシートを、窒素気流中、昇温速度20℃/分で500℃から700℃まで昇温し、700℃で30分間保持し焼成を実施した。その後、焼成された積層焼成体を炉内放冷で室温まで冷却し、図1に示すような実施例1-1の全固体二次電池を作製した。
(実施例1-2)
 <スラリー作製工程>から<積層体グリーンシート作製工程>までは、実施例1-1と同様の製造方法により積層体グリーンシートを作製した。
<切断工程>
 実施例1-1と同様にして作製した積層体グリーンシートを負極集電体を乗せずに80℃、1000kgf/cmで加圧した。この後、正極集電体及び負極集電体の一部が、積層体のそれぞれ異なる面で露出するように個々の要素に切断して、図3に示すような正極集電体付き積層体グリーンシートを作製した。
<脱脂工程>
 上述した正極集電体付き積層体グリーンシートに対して実施例1-1と同様の条件で脱脂を実施した。
<焼成工程>
 脱脂を実施した両極集電体付き積層体グリーンシートを実施例1-1と同様の条件で焼成し、正極集電体付き積層焼成体を作製した。
 その後、正極集電体付き積層焼成体に実施例1-1と同様の負極集電体を貼り合わせ、80℃、1000kgf/cmで加圧して、負極集電体貼り合わせ積層焼成体である、図1に示すような実施例1-2の全固体二次電池を作製した。
(実施例1-3)
 <スラリー作製工程>から<積層体グリーンシート作製工程>までは、実施例1-1と同様の製造方法により積層体グリーンシートを作製した。
<連続積層体グリーンシート作製工程>
 実施例1-1と同様にして作製した積層体グリーンシートを所定の大きさに切断した。この積層体グリーンシートを5個作製した。図6に示すように、5個の積層体グリーンシートを積層して、連続積層体グリーンシートを作製した。最後に、図7に示すように、金属箔集電体と接していない負極層グリーンシートに、負極集電体として厚み20μmのステンレス箔を乗せ、全体を80℃、1000kgf/cmで加圧して、両極集電体付き連続積層体グリーンシートを作製した。
<連続積層焼成体作製工程>
<脱脂工程>
 上述した両極集電体付き連続積層体グリーンシートに対して実施例1-1と同様の条件で脱脂を実施した。
<焼成工程>
 脱脂を実施した両極集電体付き連続積層体グリーンシートを実施例1-1と同様の条件で焼成した後、焼成された連続積層焼成体を炉内放冷で室温まで冷却し、連続積層焼成体である、図5に示すような実施例1-3の全固体二次電池(直列全固体二次電池)を作製した。
(実施例1-4)
 <スラリー作製工程>から<積層体グリーンシート作製工程>までは、実施例1-1と同様の製造方法により積層体グリーンシートを作製した。
<連続積層体グリーンシート作製工程>
 実施例1-1と同様にして作製した積層体グリーンシートを所定の大きさに切断した。この積層体グリーンシートを5個作製した。図6に示すように、5個の積層体グリーンシートを積層し、連続積層体グリーンシートを作製した。この連続積層体グリーンシート全体を80℃、1000kgf/cmで加圧して、正極集電体付き連続積層体グリーンシートを作製した。
<連続積層焼成体作製工程>
<脱脂工程>
 上述した正極集電体付き連続積層体グリーンシートに対して実施例1-1と同様の条件で脱脂を実施した。
<焼成工程>
 脱脂を実施した正極集電体付き連続積層体グリーンシートを実施例1-1と同様の条件で焼成した後、焼成された連続積層焼成体を炉内放冷で室温まで冷却し、負極集電体無し連続積層焼成体を作製した。
 上述した負極集電体無し連続積層焼成体のうち、露出した負極層に負極集電体を貼り合わせ、80℃、1000kgf/cmで加圧した。これにより、図5に示すような、負極集電体貼り合わせ連続積層焼成体である実施例1-4の全固体二次電池(直列全固体二次電池)を作製した。
(比較例1-1)
<スラリー作製工程>
 正極用スラリー、固体電解質用スラリー及び負極用スラリーのそれぞれを、実施例1-1と同様にして作製した。
<積層体グリーンシート作製工程>
 比較例1-1における積層体グリーンシートの作製工程について、図12(a)から図12(e)を参照して説明する。
 図12(a)に示すように、ポリエチレンテレフタレート製シート状支持フィルム(以下、PETフィルムとも記載する)61上に正極用スラリーを塗布、乾燥し、正極層グリーンシート12aを形成した。
 続いて、正極層グリーンシート12aのPETフィルム61の対向面とは反対側の面上に、固体電解質用スラリーを塗布、乾燥し、図12(a)に示すような正極層グリーンシート12aと一体化した固体電解質層グリーンシート13aを形成した。
 次に、他のPETフィルム62上に負極用スラリーを塗布、乾燥し、図12(b)に示すような負極層グリーンシート14aを形成した。
 続いて、図12(c)に示すように、PETフィルム61上に正極層グリーンシート12aと一体化するように作製した固体電解質層グリーンシート13aの表面に、他のPETフィルム62上に作成した負極層グリーンシート14aを重ねあわせた。その後、2枚のPETフィルム61、62に正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aが挟持された状態で、80℃、1000kgf/cm(98MPa)で加圧して積層体グリーンシートを作製した。
<切断工程>
 作製した積層体グリーンシートから2枚のPETフィルム61、62を剥離し、所定の大きさに切断して、図12(d)に示すような三層積層体グリーンシートを作製した。
<脱脂工程>
 続いて、三層積層体グリーンシートを窒素気流中、昇温速度20℃/分で室温から500℃まで昇温し、その温度で30分間保持して脱脂を実施した。
<焼成工程>
 脱脂後、昇温速度20℃/分で500℃から700℃まで昇温し、700℃で30分間保持した後、炉内放冷で室温まで冷却した。以上の工程により、図12(e)に示すような正極層12、固体電解質層13及び負極層14から構成される三層焼成体である電極積層体20を作製した。
 続いて、作製した電極積層体20の正極層12が露出する面(正極層12の固体電解質層13の対向面とは反対側の面)に、正極集電体11として厚み20μmのステンレス箔を乗せた。また、電極積層体20の負極層14が露出する面(負極層14の固体電解質層13の対向面とは反対側の面)に、負極集電体15として正極集電体11と同様の厚み20μmのステンレス箔を乗せた。これにより、正極集電体11及び負極集電体15が電極積層体20を挟持し、電極積層体20の異なる面で正極集電体11及び負極集電体15がそれぞれ露出するようにした。
 最後に、図12(f)で示すように、正極集電体11及び負極集電体15を乗せた電極積層体20を、80℃、1000kgf/cmでラミネートし、比較例1-1の全固体二次電池を作製した。
(比較例1-2)
 <スラリー作製工程>、<切断工程>、<脱脂工程>及び<焼結工程>は、比較例1-1と同様にして正極層、固体電解質層及び負極層から構成される三層焼成体である電極積層体を作製した。
<連続積層焼成体作製工程>
 作製した電極積層体と、金属箔集電体としての厚み20μmのステンレス箔とを交互に積層して、金属箔集電体/電極積層体/金属箔集電体/電極積層体/金属箔集電体/電極積層体/金属箔集電体/電極積層体/金属箔集電体/電極積層体/金属箔集電体の積層構成からなる連続積層体を作製した。最後に、連続積層体全体を80℃、1000kgf/cmで加圧し、比較例1-2の金属箔集電体付き連続積層焼成体である、全固体二次電池を作製した。
[電池特性評価]
 各実施例及び比較例の全固体二次電池の電池特性を、以下の方法で評価した。
(実施例1-1、1-2及び比較例1-1の全固体二次電池の評価方法)
 各実施例及び比較例の全固体二次電池を10個ずつ準備し、評価を行った。
 各実施例及び比較例の全固体二次電池を0.2Cの定電流によって電圧が2.7Vとなるまで充電した後、0.2Cの定電流にて電圧1.5Vまで放電した。このときの放電容量(0.2C放電容量)を基準容量Aとした。基準容量Aは10個の全固体二次電池で得られた放電容量の平均値とした。
 次に、各実施例及び比較例の全固体二次電池を0.2Cの定電流にて電圧2.7Vまで充電した後、5Cの定電流にて電圧1.5Vまで放電した。このときの放電容量を5C放電容量Bとした。5C放電容量Bも基準容量Aと同様に、10個の全固体二次電池で得られた放電容量の平均値とした。
 最後に、各実施例及び比較例のそれぞれについて、5C放電容量Bと基準容量Aの放電容量の比(B/A(%))で表される放電容量維持率を求め、これを電気化学評価の評価基準とした。
(実施例1-3、1-4及び比較例1-2の全固体二次電池の評価方法)
 各実施例及び比較例の直列全固体二次電池を10個ずつ準備し、評価を行った。
 各実施例及び比較例の直列全固体二次電池を0.2Cの定電流によって電圧が13.5Vとなるまで充電した後、0.2Cの定電流にて電圧7.5Vまで放電した。このときの放電容量(0.2C放電容量)を基準容量Aとした。基準容量Aは10個の全固体二次電池で得られた放電容量の平均値とした。
 次に、各実施例及び比較例の直列全固体二次電池を0.2Cの定電流にて電圧13.5Vまで充電した後、5Cの定電流にて電圧7.5Vまで放電した。このときの放電容量を5C放電容量Bとした。5C放電容量Bも基準容量Aと同様に、10個の全固体二次電池で得られた放電容量の平均値とした。
 最後に、各実施例及び比較例の全固体二次電池のそれぞれについて、5C放電容量Bと基準容量Aの放電容量の比(B/A(%))で表される放電容量維持率を求め、これを電気化学評価の評価基準とした。
 以下の表1に、各実施例及び比較例に係る全固体二次電池の主な構成を示す。また、表2に各実施例及び比較例に係る全固体二次電池の電気化学評価の評価結果を示す。なお、放電容量維持率が高いほど、電池としての出力特性に優れ、内部抵抗が小さい全固体二次電池であることを意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1に示すように、実施例1-1、1-2及び比較例1-1の単層の全固体二次電池の評価を比較すると、実施例1-1、1-2の全固体二次電池は、比較例1-1の全固体二次電池よりも基準容量A、放電容量B及び放電容量維持率共に高かった。特に、実施例1-1の全固体二次電池は高い放電容量と、高い放電容量維持率を示した。
 同様に、実施例1-3、1-4及び比較例1-2の5直列の全固体二次電池(直列全固体二次電池)の評価を比較すると、実施例1-3、1-4の全固体二次電池は、比較例1-2の全固体二次電池よりも基準容量A、放電容量B、放電容量維持率共に高かった。特に、実施例1-3の全固体二次電池は高い放電容量と、高い放電容量維持率を示した。
 以上より、本発明に係る全固体二次電池が、高い電池性能を有することを確認した。これは、実施例1-1~1-4の全固体二次電池において、金属箔集電体と電極界面との間の抵抗が低減したためであると推測される。さらに、積層体グリーンシートを一括焼成して全固体二次電池を作製する方法は、全固体二次電池の作製工程が従来法と比較して簡略化されていると言える。
 以上のとおり、積層体グリーンシートを一括焼成して作製された全固体二次電池は、各層を転写法で作製した従来の全固体二次電池と比較して、電池性能が良好となることがわかった。さらに、積層体グリーンシートを一括焼成して作製された全固体二次電池は、全固体二次電池の作製工程が従来法と比較して簡略化されることがわかった。
 なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
4.第4の実施形態
 第4の実施形態では、本発明に係る単層の全固体二次電池及び全固体二次電池の製造方法について説明する。また、以下の第4の実施形態において、本発明に係る全固体二次電池の製造に用いられる積層体グリーンシート及び積層体グリーンシートの製造方法について説明する。
(4-1)全固体二次電池の構成
[全固体二次電池の構成] 
 図1は、第4の実施形態で説明する全固体二次電池の断面図である。
 図1に示すように、第4の実施形態における全固体二次電池1は、多孔質金属箔からなる正極集電体11と、正極集電体11上に設けられた正極層12と、正極層12上に設けられた固体電解質層13と、固体電解質層13上に設けられた負極層14と、負極層14上に設けられた多孔質金属箔からなる負極集電体15と、を備えている。つまり、本実施形態の全固体二次電池1は、正極集電体11及び負極集電体15がそれぞれ多孔質金属箔からなる点で第1の実施形態における全固体二次電池1と異なっており、その他は第1の実施形態における全固体二次電池1と同じである。そこで、以下、第1の実施形態における全固体二次電池1と異なる点についてのみ説明し、同じ部分については説明を省略する。
(集電体)
 正極層12と密着して設けられる正極集電体11と、負極層14と密着して設けられる負極集電体15とは、それぞれ多孔質金属箔からなる。
 本実施形態の全固体二次電池1において集電体として使用する多孔質金属箔は、エキスパンドメタル及びパンチングメタル、並びに金属繊維等の多孔質金属箔を選択することが好ましい。多孔質金属箔が金属繊維である場合、集電体は、その厚さ方向及び厚さ方向に交差する方向に空孔が繋がる三次元網目構造を有していることが好ましい。
 集電体として用いられる多孔質金属箔は、全固体二次電池1の作製時においてバインダーが分解することにより発生するガスの抜け性を向上させ、かつ集電体として必要な強度を得るために、所定の透気度を有する材料が用いられることが好ましい。集電体として用いられる多孔質金属箔の透気度は、例えば、ガーレー試験機法にて測定される値が15sec/100ml以上160sec/100ml以下の範囲内であることが好ましく、20sec/100ml以上120sec/100ml以下の範囲内であることがより好ましい。多孔質金属箔の透気度が15sec/100ml以上160sec/100ml以下の範囲内の場合、上述したガス抜け性の向上により電池性能が向上する。また、多孔質金属箔の透気度が20sec/100ml以上である場合、集電体の強度が十分に高くなり、電池作製時に集電体にクラック等が発生することを抑制して歩留まりを向上させることができるためより好ましい。また、多孔質金属箔の透気度が120sec/100ml以下の場合、ガス抜け性が十分に高くなるため、急速焼成して全固体二次電池1を製造することが可能となりより好ましい。
 このような集電体の開口率は、好ましくは3%以上80%以下の範囲内、より好ましくは25%以上55%以下の範囲内である。ここで、集電体の開口率X(%)は、多孔質金属箔と同等の組成及び寸法を有する無孔質金属箔の理論重量Yに占める多孔質金属箔の重量Zの比率Z/Yを用いて、以下の式(1)で定義される。
   X=100-[(Z/Y)×100]     ・・・式(1)
 ここで、理論重量Yは、多孔質金属箔の寸法を測定し、測定された寸法から体積を算出し、得られた体積に、作製した多孔質金属箔の材質の密度を乗じることにより算出することができる。
 集電体がエキスパンドメタルやパンチングメタルの場合、その開口の直径は1μm以上30μm以下の範囲内であり、集電体全体に均一分散していることが好ましい。集電体の開口が1μm未満の場合、多孔質金属箔の透気度が高くなってガスの抜け性が低下するおそれがある。また、集電体の開口が30μmより大きい場合、多孔質金属箔の透気度が低く、集電体の強度が十分でない場合がある。
 なお、本実施形態の全固体二次電池1において、正極集電体11及び正極層12の界面で、正極層12に含まれる正極活物質粒子同士の化学結合が形成され、また、負極集電体15及び負極層14の界面で、負極層14に含まれる負極活物質粒子同士の化学結合が形成されていてもよい。この構成は、後に詳細に説明するように、正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aを積層した積層体グリーンシートを正極集電体11及び負極集電体15で挟持してから焼成を行うという全固体二次電池1の製造方法により実現される。
(4-2)積層体グリーンシートの構成
 以下、本実施形態の積層体グリーンシート10について説明する。
[積層体グリーンシートの構成]
 図3は、第4の実施形態で説明する積層体グリーンシート10の断面図である。
 図3に示すように、第4の実施形態における積層体グリーンシート10は、多孔質金属箔からなる正極集電体11と、正極集電体11上に設けられた正極層グリーンシート12aと、正極層グリーンシート12a上に設けられた固体電解質層グリーンシート13aと、固体電解質層グリーンシート13a上に設けられた負極層グリーンシート14aと、を備えている。つまり、本実施形態の積層体グリーンシート10は、正極集電体11が多孔質金属箔からなる点で第1の実施形態における積層体グリーンシート10と異なっており、その他は第1の実施形態における積層体グリーンシート10と同じである。そこで、以下、第1の実施形態における積層体グリーンシート10と異なる点についてのみ説明し、同じ部分については説明を省略する。
(集電体)
 集電体は、積層体グリーンシート10製造時に正極層グリーンシート12aと密着して設けられる正極集電体11又は負極層グリーンシート14aと密着して設けられる負極集電体15である。正極集電体11及び負極集電体15は、全固体二次電池1に用いられる正極集電体11及び負極集電体15である。
 なお、積層体グリーンシート10は、多孔質金属箔からなる集電体と、集電体上に設けられた第1電極層グリーンシートと、第1電極層グリーンシート上に設けられた固体電解質層グリーンシートと、固体電解質層グリーンシート上に設けられた第2電極層グリーンシートと、を少なくとも備えていればよい。
 このため、積層体グリーンシート10は、図3に示す構成以外にも、多孔質金属箔からなる負極集電体15と、負極集電体15上に設けられた負極層グリーンシート14aと、負極層グリーンシート14a上に設けられた固体電解質層グリーンシート13aと、固体電解質層グリーンシート13a上に設けられた正極層グリーンシート12aと、を備えた構成であってもよい。
(4-3)積層体グリーンシートの製造方法
 以下、本実施形態の積層体グリーンシート10及び全固体二次電池1の製造方法について説明する。
 積層体グリーンシート10の製造方法は、多孔質金属箔からなる正極集電体11上に、正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程と、正極層グリーンシート12a上に固体電解質を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、固体電解質層グリーンシート13a上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程と、を備えている。つまり、本実施形態の積層体グリーンシート10の製造方法は、正極集電体11が多孔質金属箔からなる点で第1の実施形態における積層体グリーンシート10の製造方法と異なっており、その他は第1の実施形態における積層体グリーンシート10の製造方法と同じである。そこで、本実施形態における積層体グリーンシート10の製造方法については、その詳細な説明を省略する。
 なお、積層体グリーンシート10の製造方法は、多孔質金属箔からなる集電体上に、第1電極活物質を含む第1電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第1電極層グリーンシートを形成する第1電極層グリーンシート形成工程と、第1電極層グリーンシート上に固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシートを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、固体電解質層グリーンシート上に、第2電極活物質を含む第2電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第2電極層グリーンシートを形成する第2電極層グリーンシート形成工程と、を少なくとも備えていればよい。
 このため、積層体グリーンシート10の製造方法は、上述した製造工程を備える製造方法以外にも、多孔質金属箔からなる負極集電体15上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程と、負極層グリーンシート14a上に固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、固体電解質層グリーンシート13a上に、正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程と、を備えていてもよい。
(4-4)全固体二次電池の製造方法
 本実施形態の全固体二次電池1の製造方法は、正極集電体11上に正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程と、正極層グリーンシート12a上に固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、固体電解質層グリーンシート13a上に負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程と、を含んで積層体グリーンシート10を生成する積層体グリーンシート形成工程を備えている。また、本実施形態の全固体二次電池1の製造方法は、図4に示すように、積層体グリーンシート10の表面に露出する負極層グリーンシート14a上に、多孔質金属箔からなる負極集電体15を貼り合わせる負極集電体貼り合わせ工程と、積層体グリーンシート10及び負極集電体15を含む積層体1aを焼成する焼成工程と、を備える。つまり、本実施形態の全固体二次電池1の製造方法は、正極集電体11及び負極集電体15がそれぞれ多孔質金属箔からなる点で第1の実施形態における全固体二次電池1の製造方法と異なっており、その他は第1の実施形態における全固体二次電池1の製造方法と同じである。そこで、本実施形態における全固体二次電池1の製造方法については、その詳細な説明を省略する。
 なお、本実施形態の全固体二次電池1の製造方法は、上述した積層体グリーンシート形成工程と、積層体グリーンシートの表面に露出する第2電極層グリーンシート上に、多孔質金属箔からなる第2集電体を貼り合わせる第2集電体貼り合わせ工程と、積層体グリーンシート及び積層体グリーンシートに貼り合わされた第2集電体を含む積層体を焼成する焼成工程と、を少なくとも備えていればよい。
 このため、全固体二次電池1の製造方法は、積層体グリーンシート形成工程と、積層体グリーンシート10の表面に露出する正極層グリーンシート12a上に、多孔質金属箔からなる正極集電体11を貼り合わせる正極集電体貼り合わせ工程と、積層体グリーンシート10及び積層体グリーンシート10に貼り合わされた正極集電体11を含む積層体を焼成する焼成工程と、を備えていてもよい。
(4-5)他の構成
 本実施形態の全固体二次電池1における、正極集電体11及び正極層12の界面、並びに負極集電体15及び負極層14の界面の少なくとも一方は、焼成炭化物で接合されていてもよい。
5.第5の実施形態
 以下の第5の実施形態では、本発明に係る積層型の全固体二次電池(直列全固体二次電池)及び全固体二次電池の製造方法について説明する。また、以下の第5の実施形態において、本発明に係る全固体二次電池の製造に用いられる連続積層体グリーンシート及び連続積層体グリーンシートの製造方法について説明する。
(5-1)直列全固体二次電池の構成
[直列全固体二次電池の構成]
 図5に示すように、第5の実施形態における全固体二次電池21は、正極層12、正極層12上に設けられた固体電解質層13、及び固体電解質層13上に設けられた負極層14、を備える複数の電極積層体20を備えている。また、全固体二次電池21は、積層された複数の電極積層体20同士の間及び積層された複数の電極積層体20における積層方向外面のさらに外側に、正極層12又は負極層14と密着して設けられた、多孔質金属箔からなる複数の集電体(正極集電体11又は負極集電体15)を備えている。つまり、本実施形態の全固体二次電池21は、正極集電体11及び負極集電体15がそれぞれ多孔質金属箔からなる点で第2の実施形態における全固体二次電池21と異なっており、その他は第2の実施形態における全固体二次電池21と同じである。そこで、本実施形態における全固体二次電池21については、その詳細な説明を省略する。
 なお、第5の実施形態の全固体二次電池21において、積層された正極層12及び負極層14の間に設けられる集電体は、集電体の積層方向及びそれに交差する方向に空孔が繋がる三次元網目構造を有していることが好ましい。
 全固体二次電池21の積層方向外面のさらに外側に、正極層12又は負極層14と密着して設けられた集電体は、ガスが全固体二次電池21の積層方向にも抜けるため、エキスパンドメタル及びパンチングメタル等でも高いガス抜け性を確保することができる。しかしながら、積層された正極層12及び負極層14の間に設けられる集電体は、両面が電極層と密着しているため、集電体の厚み方向に交差する方向にガス抜けの経路が確保されている必要がある。このため、積層された正極層12及び負極層14の間に設けられる集電体が、集電体の厚さ方向及びそれに交差する方向に空孔が繋がる三次元網目構造を有していることにより、全固体二次電池21の内部で発生したガスを電池外部に好適に逃がすことができる。
(5-2)連続積層体グリーンシートの構成
 以下、本実施形態の連続積層体グリーンシートについて説明する。
[積層体グリーンシートの構成]
 図6に示すように、第5の実施形態における連続積層体グリーンシート30は、多孔質金属箔からなる正極集電体11と、正極集電体11上に設けられた正極層グリーンシート12aと、正極層グリーンシート12a上に設けられた固体電解質層グリーンシート13aと、固体電解質層グリーンシート13a上に設けられた負極層グリーンシート14aと、を備える積層体グリーンシート10(10a~10e)が連続的に積層されている。つまり、本実施形態の連続積層体グリーンシート30は、正極集電体11が多孔質金属箔からなる点で第2の実施形態における連続積層体グリーンシート30と異なっており、その他は第2の実施形態における連続積層体グリーンシート30と同じである。そこで、本実施形態における連続積層体グリーンシート30については、その詳細な説明を省略する。
(5-3)連続積層体グリーンシートの製造方法
 以下、本実施形態の連続積層体グリーンシート30及び直列全固体二次電池21の製造方法について説明する。
 連続積層体グリーンシート30の製造方法は、多孔質金属箔からなる正極集電体11上に、正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程と、正極層グリーンシート12a上に固体電解質を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、固体電解質層グリーンシート13a上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程とにより積層体グリーンシート10(10a~10e)を形成する。また、連続積層体グリーンシート30の製造方法は、図6に示すように、積層体グリーンシート10(10a~10e)を、複数連続的に積層するグリーンシート積層工程と、を備えている。つまり、本実施形態の連続積層体グリーンシート30の製造方法は、正極集電体11が多孔質金属箔からなる点で第2の実施形態における連続積層体グリーンシート30の製造方法と異なっており、その他は第2の実施形態における連続積層体グリーンシート30の製造方法と同じである。そこで、本実施形態における連続積層体グリーンシート30の製造方法については、その詳細な説明を省略する。
(5-4)直列全固体二次電池の製造方法
 本実施形態の全固体二次電池21の製造方法は、多孔質金属箔からなる正極集電体11上に、正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程、正極層グリーンシート12a上に、固体電解質を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程、及び固体電解質層グリーンシート13a上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程を含んで積層体グリーンシート10(10a~10e)を形成する積層体グリーンシート形成工程を備えている。
 また、本実施形態の全固体二次電池21の製造方法は、積層体グリーンシート10(10a~10e)を複数積層して連続積層体グリーンシート30を形成する連続積層体グリーンシート形成工程と、図7に示すように、連続積層体グリーンシート30の表面に露出する負極層グリーンシート14a上に、多孔質金属箔からなる負極集電体15を貼り合わせる負極集電体貼り合わせ工程と、連続積層体グリーンシート30及び負極集電体15を含む積層体21aを焼成する焼成工程と、を備えている。つまり、本実施形態の全固体二次電池21の製造方法は、正極集電体11及び負極集電体15がそれぞれ多孔質金属箔からなる点で第2の実施形態における全固体二次電池21の製造方法と異なっており、その他は第2の実施形態における全固体二次電池21の製造方法と同じである。そこで、本実施形態における全固体二次電池21の製造方法については、その詳細な説明を省略する。
6.第6の実施形態
 以下の第6の実施形態では、本発明に係る積層型の全固体二次電池(並列全固体二次電池)及び全固体二次電池の製造方法について説明する。また、以下の第6の実施形態において、本発明に係る全固体二次電池の製造に用いられる連続積層体グリーンシート及び連続積層体グリーンシートの製造方法について説明する。
(6-1)並列全固体二次電池の構成
[並列全固体二次電池の構成]
 図8に示すように、第6の実施形態における全固体二次電池51は、正極層12、正極層12上に設けられた固体電解質層13、及び固体電解質層13上に設けられた負極層14、を備える複数の電極積層体20を備えている。また、並列全固体二次電池51は、積層された複数の電極積層体20同士の間及び積層された複数の電極積層体20における積層方向外面のさらに外側に、正極層12又は負極層14と密着して設けられた、多孔質金属箔からなる複数の集電体(正極集電体11又は負極集電体15)を備えている。また、全固体二次電池51において、正極集電体11及び正極層12の界面、並びに負極集電体15及び負極層14の界面は、それぞれ焼成炭化物で接合されている。つまり、本実施形態の全固体二次電池51は、正極集電体11及び負極集電体15がそれぞれ多孔質金属箔からなる点で第3の実施形態における全固体二次電池51と異なっており、その他は第3の実施形態における全固体二次電池51と同じである。そこで、本実施形態における全固体二次電池51については、その詳細な説明を省略する。
 なお、第6の実施形態の全固体二次電池51において、正極集電体11及び負極集電体15は、集電体の積層方向及びそれに交差する方向に空孔が繋がる三次元網目構造を有していることが好ましい。
 全固体二次電池51の積層方向外面のさらに外側に、正極層12又は負極層14と密着して設けられた集電体は、ガスが全固体二次電池51の積層方向にも抜けるため、エキスパンドメタル及びパンチングメタル等でも高いガス抜け性を確保することができる。しかしながら、積層された正極層12及び負極層14の間に設けられる集電体は、両面が電極層と密着しているため、集電体の厚み方向に交差する方向にガス抜けの経路が確保されている必要がある。このため、積層された正極層12及び負極層14の間に設けられる集電体が、集電体の厚さ方向及びそれに交差する方向に空孔が繋がる三次元網目構造を有していることにより、全固体二次電池51の内部で発生したガスを電池外部に好適に逃がすことができる。
(6-2)連続積層体グリーンシートの構成
 以下、連続積層体グリーンシートについて説明する。
[積層体グリーンシートの構成]
 図10に示すように、第6の実施形態における連続積層体グリーンシート50は、第1の積層体グリーンシート10(10a、10b、10c)と、第2の積層体グリーンシート(40a、40b)とが交互に積層されている。すなわち、連続積層体グリーンシート50は、第1の積層体グリーンシート10a、第2の積層体グリーンシート40a、第1の積層体グリーンシート10b、第2の積層体グリーンシート40b、第1の積層体グリーンシート10cの順に交互に積層されている。そして、第1の積層体グリーンシート10が備える正極集電体11及び第2の積層体グリーンシート40が備える負極集電体15は、それぞれ多孔質金属箔で形成されている。つまり、本実施形態の連続積層体グリーンシート50は、正極集電体11及び負極集電体15がそれぞれ多孔質金属箔からなる点で第3の実施形態における連続積層体グリーンシート50と異なっており、その他は第3の実施形態における連続積層体グリーンシート50と同じである。そこで、本実施形態における連続積層体グリーンシート50については、その詳細な説明を省略する。
(6-3)連続積層体グリーンシートの製造方法
 以下、連続積層体グリーンシート50及び全固体二次電池51の製造方法について説明する。
 連続積層体グリーンシート50は、以下のように、第1の積層体グリーンシート10を形成する第1の積層体グリーンシート形成工程と、第2の積層体グリーンシート40を形成する第2の積層体グリーンシート形成工程と、第1の積層体グリーンシート10及び第2の積層体グリーンシート40を交互に積層するグリーンシート積層工程と、を備える。
 第1の積層体グリーンシート形成工程は、多孔質金属箔からなる正極集電体11上に、正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程と、正極層グリーンシート12a上に固体電解質及び焼成後に固体電解質となるガラスの少なくとも一方を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、固体電解質層グリーンシート13a上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程と、を備える。
 第2の積層体グリーンシート形成工程は、多孔質金属箔からなる負極集電体15上に、負極活物質を含む負極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して負極層グリーンシート14aを形成する負極層グリーンシート形成工程と、負極層グリーンシート14a上に固体電解質及び焼成後に固体電解質となるガラスの少なくとも一方を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシート13aを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、固体電解質層グリーンシート13a上に、正極活物質を含む正極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して正極層グリーンシート12aを形成する正極層グリーンシート形成工程と、を備える。
 つまり、本実施形態の連続積層体グリーンシート50の製造方法は、正極集電体11及び負極集電体15が多孔質金属箔からなる点で第3の実施形態における連続積層体グリーンシート50の製造方法と異なっており、その他は第3の実施形態における連続積層体グリーンシート50の製造方法と同じである。そこで、本実施形態における連続積層体グリーンシート50の製造方法については、その詳細な説明を省略する。
(6-4)並列全固体二次電池の製造方法
 第6の実施形態における並列全固体二次電池51は、連続積層体グリーンシート50からバインダーを脱脂し、焼成することで形成される。
 すなわち、本実施形態の並列全固体二次電池51は、連続積層体グリーンシート50を形成する連続積層体グリーンシート形成工程と、図11に示すように、連続積層体グリーンシート50の表面に露出する負極層グリーンシート14a上に、多孔質金属箔からなる負極集電体15を貼り合わせる金属箔集電体貼り合わせ工程と、連続積層体グリーンシート50及び負極集電体15を含む積層体51aを焼成する焼成工程と、により製造される。つまり、本実施形態の全固体二次電池51の製造方法は、正極集電体11及び負極集電体15がそれぞれ多孔質金属箔からなる点で第3の実施形態における全固体二次電池51の製造方法と異なっており、その他は第3の実施形態における全固体二次電池51の製造方法と同じである。そこで、本実施形態における全固体二次電池51の製造方法については、その詳細な説明を省略する。
(6-5)他の構成
 本実施形態の並列全固体二次電池51は、第3の実施形態と同様に、負極集電体15/(負極層14/固体電解質層13/正極層12)/正極集電体11/(正極層12/固体電解質層13/負極層14)/負極集電体15/(負極層14/固体電解質層13/正極層12)/正極集電体11/(正極層12/固体電解質層13/負極層14)/負極集電体15/(負極層14/固体電解質層13/正極層12)/正極集電体11のような構成であってもよい。
[実施例2]
 以下に、第4及び第5の実施形態で説明した全固体二次電池に関して、具体的な実施例及び比較例を挙げて説明する。なお、本発明に係る全固体二次電池の構成は、以下の実施例によって制限されるものではない。
(実施例2-1)
[スラリー作製工程]
<正極用スラリーの作製>
 正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO)粉末50重量部、固体電解質としてLi1.5Al0.5Ge1.5(PO(以下、LAGPとも記載する)粉末50重量部、導電助剤としてアセチレンブラック(AB)20重量部、バインダーとしてポリビニルブチラール(PVB)16重量部、可塑剤としてフタル酸ジブチル(DBP)4.8重量部及び溶剤としてターピネオール22重量部を混合してスラリーとし、このスラリーを脱泡して正極用スラリーを作製した。
<固体電解質用スラリーの作製>
 固体電解質としてLAGP粉末100重量部、バインダーとしてPVBを16重量部、可塑剤としてDBPを4.8重量部及び溶剤としてターピネオール22重量部を混合してスラリーとし、このスラリーを脱泡して固体電解質用スラリーを作製した。
<負極用スラリーの作製>
 負極活物質としてチタン酸リチウム(LiTi12)粉末50重量部、固体電解質としてLAGP粉末50重量部、導電助剤としてグラファイト20重量部、バインダーとしてPVBを16重量部、可塑剤としてDBPを4.8重量部及び溶剤としてターピネオール22重量部を混合してスラリーとし、このスラリーを脱泡して負極用スラリーを作製した。
<積層体グリーンシート作製工程>
 正極集電体として厚さ30μm、開口率40%、透気度60sec/100mlのステンレス製の多孔質集電箔を使用した。この集電体の一方の面に、正極用スラリーを塗布、乾燥し、正極層グリーンシートを作製した。
 続いて、正極層グリーンシートの集電体対向面とは反対側の面上に、固体電解質用スラリーを塗布、乾燥し、固体電解質層グリーンシートを作製した。
 最後に、固体電解質層グリーンシートの正極層グリーンシート対向面とは反対側の面上に、負極用スラリーを塗布、乾燥し、負極層グリーンシートを作製した。これにより、図3に示すような積層体グリーンシートを作製した。
<切断工程>
 作製した積層体グリーンシートの負極層グリーンシート上に、正極集電体と同様の多孔質集電箔からなる負極集電体を乗せた。続いて、負極集電体を乗せた積層体グリーンシートからなる積層体を80℃、1000kgf/cm(98MPa)で加圧した。この後、正極集電体及び負極集電体が、積層体のそれぞれ異なる面で露出するように個々の要素に切断した。
<焼成工程>
 個々の要素に切断した積層体を、窒素気流中、昇温速度80℃/minで室温から700℃まで昇温し、その温度で30分間保持し焼成を実施した。その後、積層体を炉内放冷で室温まで冷却し、図1に示すような積層焼成体である実施例2-1の全固体二次電池を作製した。
(実施例2-2)
 焼成工程において、昇温速度を20℃/min、保持時間を60分に変更した以外は、実施例2-1と同様にして図1に示すような実施例2-2の全固体二次電池を作製した。
(実施例2-3)
 正極集電体及び負極集電体として、厚さ30μm、開口率20%、透気度160sec/100mlのステンレス製の多孔質集電箔を使用した以外は、実施例2-1と同様にして図1に示すような実施例2-3の全固体二次電池を作製した。
(実施例2-4)
 正極集電体及び負極集電体として、厚さ30μm、開口率65%、透気度15sec/100mlのステンレス製の多孔質集電箔を使用した以外は、実施例2-1と同様にして実施例2-4の全固体二次電池を作製した。
(実施例2-5)
<連続積層体グリーンシート作製工程>
 実施例2-1と同様にして作製した積層体グリーンシートを所定の大きさに切断して積層体を作製した。この積層体を5個作製した。続いて、5個の積層体を順に積層し、図6に示すような連続積層体グリーンシートを形成した。最後に、集電体と接していない負極層グリーンシート上に、正極集電体と同様の多孔質集電箔からなる負極集電体を乗せて図7に示すような連続積層体を得た。続いて、連続積層体を、全体を80℃、1000kgf/cm(98MPa)で加圧した。
<焼成工程>
 連続積層体を、実施例2-1と同様の条件で焼成した後、炉内放冷で室温まで冷却し、図5に示すような連続積層焼成体である実施例2-5の直列全固体二次電池を作製した。
(実施例2-6)
 焼成工程において、昇温速度を20℃/min、保持時間を60分に変更した以外は、実施例2-5と同様にして図5に示すような実施例2-6の直列全固体二次電池を作製した。
(実施例2-7)
 正極集電体及び負極集電体として、厚さ30μm、開口率20%、透気度160sec/100mlのステンレス製の多孔質集電箔を使用した以外は、実施例2-5と同様にして図5に示すような実施例2-7の直列全固体二次電池を作製した。
(実施例2-8)
 正極集電体及び負極集電体として、厚さ30μm、開口率65%、透気度15sec/100mlのステンレス製の多孔質集電箔を使用した以外は、実施例2-5と同様にして実施例2-8の直列全固体二次電池を作製した。
(比較例2-1)
 正極集電体及び負極集電体として、厚さ30μmの無孔質のステンレス板(開口率0%)を用いた以外は、実施例2-1と同様にして比較例2-1の直列全固体二次電池を作製した。
(比較例2-2)
 正極集電体及び負極集電体として、厚さ30μmの無孔質のステンレス板(開口率0%)を用いた以外は、実施例2-5と同様にして比較例2-2の直列全固体二次電池を作製した。
(比較例2-3)
<スラリー作製工程>
 正極用スラリー、固体電解質用スラリー及び負極用スラリーのそれぞれを、実施例2-1と同様にして作製した。
<積層体グリーンシート作製工程>
 比較例2-3における積層体グリーンシートの作製工程について、図12(a)から図12(f)を参照して説明する。
 図12(a)に示すように、ポリエチレンテレフタレート製シート状支持フィルム(以下、PETフィルムとも記載する)61上に正極用スラリーを塗布、乾燥し、正極層グリーンシート12aを形成した。
 続いて、正極層グリーンシート12aのPETフィルム61の対向面とは反対側の面上に、固体電解質用スラリーを塗布、乾燥し、図12(a)に示すような正極層グリーンシート12aと一体化した固体電解質層グリーンシート13aを形成した。
 次に、他のPETフィルム62上に負極用スラリーを塗布、乾燥し、図12(b)に示すような負極層グリーンシート14aを形成した。
 続いて、図12(c)に示すように、PETフィルム61上に正極層グリーンシート12aと一体化するように作製した固体電解質層グリーンシート13aの表面に、他のPETフィルム62上に作成した負極層グリーンシート14aを重ねあわせた。その後、2枚のPETフィルム61、62に正極層グリーンシート12a、固体電解質層グリーンシート13a及び負極層グリーンシート14aが挟持された状態で、80℃、1000kgf/cm(98MPa)で加圧して積層体グリーンシートを作製した。
<切断・焼成工程>
 作製した積層体グリーンシートを所定の大きさに切断し、両側のPETフィルム61、62を剥がし、図12(d)に示すような積層体グリーンシートを作製した。続いて、窒素気流中、昇温速度80℃/minで室温から700℃まで昇温し、その温度で30分間保持し焼成を実施した。その後、炉内放冷で室温まで冷却した。以上の工程により、図12(e)に示すような正極層12、固体電解質層13及び負極層14から構成される三層焼成体である電極積層体20を作製した。
 続いて、作製した電極積層体20の正極層12の固体電解質層13の対向面と反対側の面に、正極集電体11として厚み30μm、開口率40%、透気度60sec/100mlのステンレス製の多孔質金属箔を乗せた。また、電極積層体20における負極層14の固体電解質層13の対向面と反対側の面に、負極集電体15として正極集電体11と同様の多孔質金属箔を乗せた。これにより、正極集電体11及び負極集電体15が、電極積層体20の異なる面でそれぞれ露出するようにした。
 最後に、図12(f)で示すように、正極集電体11及び負極集電体15を乗せた電極積層体20を、80℃、1000kgf/cm(98MPa)でラミネートし、比較例2-3の直列全固体二次電池を作製した。
(比較例2-4)
 切断・焼成工程において、比較例2-3と同様にして三層焼成体である電極積層体を作製した。
<連続積層焼成体作製工程>
 作製した三層焼成体の正極層の固体電解質層対向面と反対側の面に、正極集電体として厚み30μm、開口率40%、透気度60sec/100mlのステンレス製の多孔質集電箔を乗せ、80℃、1000kgf/cm(98MPa)でラミネートした。
 この正極集電体付きの三層焼成体を5個用意し、順に同じ向きで積層した。最後に、露出する負極層の固体電解質層対向面と反対側の面に、負極集電体として正極集電体と同様の多孔質金属箔を乗せた。これにより、正極集電体及び負極集電体が、三層焼成体の異なる面でそれぞれ露出するようにした。
 最後に、正極集電体及び負極集電体を乗せた三層焼成体を80℃、1000kgf/cm(98MPa)でラミネートし、比較例2-4の直列全固体二次電池を作製した。
[電気化学評価]
 以下のようにして、作製した全固体二次電池及び直列全固体二次電池について電気化学評価を行った。
(実施例2-1から実施例2-4、比較例2-1、比較例2-3の全固体二次電池の評価方法)
 各実施例及び比較例の全固体二次電池を10個ずつ準備し、評価を行った。
 各実施例及び比較例の全固体二次電池を0.2Cの定電流によって電圧が2.7Vとなるまで充電した後、0.2Cの定電流にて電圧1.5Vまで放電した。このときの放電容量(0.2C放電容量)を基準容量Aとした。基準容量Aは作製可能である全固体二次電池の放電容量の平均値とした。
 次に、各実施例及び比較例の全固体二次電池を0.2Cの定電流にて電圧2.7Vまで充電した後、5Cの定電流にて電圧1.5Vまで放電した。このときの放電容量を5C放電容量Bとした。5C放電容量Bも基準容量Aと同様に、作製可能である全固体二次電池の放電容量の平均値とした。
 最後に、各実施例及び比較例の全固体二次電池のそれぞれについて、5C放電容量Bと基準容量Aの放電容量の比(B/A(%))で表される放電容量維持率を求め、これを電気化学評価の評価基準とした。
(実施例2-5から実施例2-8、比較例2-2、比較例2-4の直列全固体二次電池の評価方法)
 各実施例及び比較例の直列全固体二次電池を10個ずつ準備し、評価を行った。
 各実施例及び比較例の直列全固体二次電池を0.2Cの定電流によって電圧が13.5Vとなるまで充電した後、0.2Cの定電流にて電圧7.5Vまで放電した。このときの放電容量(0.2C放電容量)を基準容量Aとした。基準容量Aは作製可能である全固体二次電池の放電容量の平均値とした。
 次に、各実施例及び比較例の直列全固体二次電池を0.2Cの定電流にて電圧13.5Vまで充電した後、5Cの定電流にて電圧7.5Vまで放電した。このときの放電容量を5C放電容量Bとした。5C放電容量Bも基準容量Aと同様に、作製可能である全固体二次電池の放電容量の平均値とした。
 最後に、各実施例及び比較例の全固体二次電池のそれぞれについて、5C放電容量Bと基準容量Aの放電容量の比(B/A(%))で表される放電容量維持率を求め、これを電気化学評価の評価基準とした。
 なお、実施例2-1から実施例2-4及び比較例2-1、比較例2-3の全固体二次電池並びに実施例2-5から実施例2-8及び比較例2-2、比較例2-4の直列全固体二次電池は、以下の基準で評価した。評価が高いほど、電池としての出力特性に優れている、すなわち内部抵抗が小さいことを意味する。
A:50%以上
B:40%以上50%未満
C:30%以上40%未満
D:20%以上30%未満
E:20%未満
 以下の表3に、電気化学評価の評価結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表3及び表4に示すように、実施例2-4、実施例2-8の全固体二次電池は、集電体の強度が足りず、電池作製時に集電体の割れが発生した電池もあり、歩留まりが悪かった。なお、作製可能であった電池性能は良好であった。
 表3及び表4に示すように、実施例2-1、実施例2-2の全固体二次電池の電池性能はほぼ同等であった。すなわち、昇温速度80℃/minで急速焼成を実施した実施例2-1の全固体二次電池と、昇温速度20℃/minで急速焼成を実施していない実施例2-2の全固体二次電池では電池性能に差はなかった。この結果から、多孔質金属箔を集電体に使用することで、急速焼成が可能となったことがわかった。また、実施例2-5、実施例2-6の全固体二次電池の電池性能もほぼ同等であった。すなわち、直列全固体二次電池の場合でも、多孔質金属箔を集電体に使用することで急速焼成が可能となったことがわかった。
 実施例2-1、実施例2-3及び実施例2-4並びに比較例2-1を比較すると、実施例2-1の全固体二次電池が、歩留まりが良く、かつ、電池性能が最も高かった。この結果から、集電体の透気度にも適する範囲があると言えることが分かった。実施例2-4の全固体二次電池のように集電体の透気度が低すぎる(開口率が大きくガス抜け性が良すぎる)場合、集電体の機械強度が弱く歩留まりが悪かったものの、得られた電池性能は実施例2-1とほぼ同等の性能であった。また、比較例2-1の全固体二次電池のように集電体の透気度が高すぎる(開口率が低い、又は開口がない)場合は、電池性能が低下することが分かった。これは、集電体の透気度が高すぎると、焼成工程において生じるガスのガス抜け性が悪いためであると考えられる。
 また、実施例2-5、実施例2-7及び実施例2-8並びに比較例2-2の直列全固体二次電池の電池性能についてもほぼ同様の結果が得られた。すなわち、直列全固体二次電池の場合でも、集電体の透気度に適する範囲があると言えることが分かった。
 なお、実施例2-1及び実施例2-3と、実施例2-5及び実施例2-7との比較から、透気度が低い集電体を用いた場合の電池性能の向上は、直列全固体二次電池の方が大きいことが分かった。すなわち、実施例2-3の全固体二次電池から実施例2-1の全固体二次電池への放電容量比の向上が10%であるのに対して、実施例2-7の直列全固体二次電池から実施例2-5の直列全固体二次電池への放電容量比の向上が15%であり、直列全固体二次電池の電池性能の向上がより高いことが分かった。これは、直列全固体二次電池の方がよりガスが抜けにくい構成となっており、多孔質金属箔からなる集電体を用いたことによるガス抜け性の向上効果がより顕著に発揮されるためであると考えられる。
 実施例2-1と比較例2-3の全固体二次電池の電池性能を比較すると、実施例2-1の全固体二次電池の方が電池性能が高かった。この結果から、実施例2-1のように積層体グリーンシートを一括焼成して全固体二次電池を作製した方が、比較例2-3のように従来型の転写法で全固体二次電池を作製した場合よりも電池性能が良好となることが分かった。これは、積層体グリーンシートを一括焼成して全固体二次電池を作製することで、各層の界面抵抗が抑制された全固体二次電池が得られると考えられる。さらに、積層体グリーンシートを一括焼成して全固体二次電池を作製する方法は、全固体二次電池の作製工程が従来法と比較して簡略化されると言える。また、実施例2-4と比較例2-4の直列全固体二次電池についても同様の結果を得た。すなわち、本実施形態で説明した方法により直列全固体二次電池を作製することで、電池性能が良好となることが分かった。
 以上のとおり、多孔質金属箔を集電体に用いた全固体二次電池は、電池性能が良好であり、かつ電池製造時に急速焼成が可能となることが分かった。また、積層体グリーンシートを一括焼成して作製された全固体二次電池は、各層を従来型の転写法で作製した全固体二次電池と比較して、電池性能が良好となることがわかった。さらに、積層体グリーンシートを一括焼成して作製された全固体二次電池は、全固体二次電池の作製工程が従来法と比較して簡略化されることがわかった。
(参考例1)
 上述した第1、第2及び第3の各実施形態に係る積層体グリーンシート、連続積層体グリーンシート及び全固体二次電池、並びにそれらの製造方法が有する技術的特徴を備えない積層体グリーンシート、連続積層体グリーンシート及び全固体二次電池、並びにそれらの製造方法について、上記各実施形態の参考例として、以下、簡単に説明する。
 パーソナルコンピュータ、スマートフォンに代表される携帯電話、デジタルカメラ等の電子機器の高機能化に伴い、これら電子機器の消費電力が増大している。また、これら電子機器の小型化が求められている。このため、電子機器に用いられる二次電池に対してさらなる高エネルギー密度化が求められている。
 また、定置用途である家庭用蓄電池においても高エネルギー密度化が求められている。更に、近年、ハイブリッド車や電気自動車などの車載用途の二次電池の需要拡大に伴い、二次電池の高出力密度化、高エネルギー密度化の両立が求められている。この他にも、二次電池には電解液に有機溶媒が使用されている為、電解液の漏液や熱暴走などのおそれがあり、二次電池の安全性向上も求められている。
 そして、これらの要求を満たす二次電池として最も有力であるのが、負極層、電解質層及び正極層の全構成が固体材料から成る全固体リチウムイオン二次電池である。この全固体リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度、高い安全性、長寿命を兼ね備えた電池として、開発が進んでいる。
 しかしながら、現在実用化されている全固体リチウムイオン二次電池は、負極層、固体電解質層及び正極層の各層が非常に薄膜な全固体二次電池であり、エネルギー密度は高くない。さらに、正極層、固体電解質層及び負極層を、蒸着法又はスパッタ法により作製している為、減圧雰囲気下で全固体リチウムイオン二次電池を製造する必要があり、大面積化、大量生産には不適である。
 そこで、特許文献1から特許文献3に開示されているように、正極層、固体電解質層及び負極層の各層グリーンシートを焼成することで全固体リチウムイオン二次電池を作製する手法が検討されている。
 特許文献1には、正極層グリーンシート、負極層グリーンシートを各々焼成して正極層焼成体、負極層焼成体を作製した後、イオン伝導性無機物質層グリーンシートを介して正極層焼成体、負極層焼成体を挟み込み、再焼成して積層焼成体を形成することが記載されている。特許文献1では、この積層焼成体を2枚の集電板で挟み込んで作製した全固体二次電池が開示されている。
 特許文献2には、正極層グリーンシート、イオン伝導性無機物質層グリーンシート及び負極層グリーンシートを順に貼り合わせて積層体を形成して一括焼成して積層焼成体を形成した後、積層焼成体を2枚の集電板で挟み込んで作製した全固体二次電池が開示されている。
 特許文献3には、イオン伝導性無機物質層グリーンシートの両面に正極層グリーンシート及び負極層グリーンシートをそれぞれ印刷形成し、更にその上層に各金属箔集電体ペーストを印刷形成した積層体グリーンシートを一括焼成して作製した全固体二次電池が開示されている。
(参考例2)
 上述した第4及び第5の各実施形態に係る積層体グリーンシート、連続積層体グリーンシート及び全固体二次電池、並びにそれらの製造方法が有する技術的特徴を備えない積層体グリーンシート、連続積層体グリーンシート及び全固体二次電池、並びにそれらの製造方法について、上記各実施形態の参考例として、以下、簡単に説明する。
 現在上述した用途に用いられている二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池は、有機電解液を使用している。この為、有機電解液の漏液や電池の熱暴走等のおそれがあり、安全性向上が求められている。そのため、有機電解液を使用せず固体材料のみで電解質層が構成されている全固体二次電池は、漏液、発火の可能性が無く安全性に優れており、ポストリチウムイオン二次電池として有望である。
 しかしながら、現在実用化されている全固体二次電池は、薄膜全固体二次電池のみであり、エネルギー密度が小さい。さらに、正極層、固体電解質層、負極層を、蒸着法、スパッタ法等により作製している為、減圧雰囲気下で製造する必要があり、大面積化、大量生産には不適であった。
 特開2000-340255号公報には、従来のリチウムイオン二次電池と同様に塗布法・印刷法により作製した厚膜の正極層グリーンシート、固体電解質層グリーンシート、負極層グリーンシートを貼り合わせて積層体グリーンシートを形成して一括焼成することが記載されている。当該公報には、一括焼成後の積層体を集電体で挟み込んで高容量型の全固体二次電池を作製することが開示されている。
 また、特許第5430930号公報には、固体電解質層グリーンシートの両面に正極層、負極層の各グリーンシートを印刷形成し、更にその上層に正極層集電層、負極集電層の各グリーンシートを印刷形成した積層体グリーンシートを一括焼成して形成した高容量型の全固体二次電池が開示されている。
 また、特許第5551542号公報には、正極層、固体電解質層、及び負極層の各グリーンシートを作製後貼り合わせて積層体グリーンシートを形成し、集電体で挟みこんだ後、冷間静水圧プレスで加圧し、その後、グラファイト板に挟み込んで一括焼成して形成した高容量型の全固体二次電池が開示されている。
1 全固体二次電池
1a 積層体
10、10a、10b 積層体グリーンシート
11 正極集電体
12 正極層
12a 正極層グリーンシート
121 正極活物質
122 導電助剤
123 焼成炭化物
13 固体電解質層
13a 固体電解質層グリーンシート
14 負極層
14a 負極層グリーンシート
15 負極集電体
20 電極積層体
21 全固体二次電池(直列全固体二次電池)
21a 積層体
30 連続積層体グリーンシート
51 全固体二次電池(並列全固体二次電池)
51a 積層体
50 連続積層体グリーンシート
61、62 PETフィルム

Claims (29)

  1.  金属箔集電体と、
     前記金属箔集電体上に設けられた第1電極層グリーンシートと、
     前記第1電極層グリーンシート上に設けられた固体電解質層グリーンシートと、
     前記固体電解質層グリーンシート上に設けられた第2電極層グリーンシートと、
     を備える積層体グリーンシート。
  2.  前記金属箔集電体は、多孔質金属箔からなる集電体である請求項1に記載の積層体グリーンシート。
  3.  金属箔集電体と、
     前記金属箔集電体上に設けられた第1電極層グリーンシートと、
     前記第1電極層グリーンシート上に設けられた固体電解質層グリーンシートと、
     前記固体電解質層グリーンシート上に設けられた第2電極層グリーンシートと、
     を備える積層体グリーンシートが連続的に積層された連続積層体グリーンシート。
  4.  前記金属箔集電体は、多孔質金属箔からなる集電体である請求項3に記載の連続積層体グリーンシート。
  5.  第1金属箔集電体と、
     前記第1金属箔集電体上に設けられた第1電極層と、
     前記第1電極層上に設けられた固体電解質層と、
     前記固体電解質層上に設けられた第2電極層と、
     を備え、
     前記第1金属箔集電体及び前記第1電極層の界面が、焼成炭化物で接合されている
     積層焼成体。
  6.  前記第1金属箔集電体は、多孔質金属箔からなる集電体である請求項5に記載の積層焼成体。
  7.  前記第1金属箔集電体及び前記第1電極層の界面で、前記第1電極層に含まれる正極活物質粒子同士の化学結合がそれぞれ形成されている請求項5又は請求項6に記載の積層焼成体。
  8.  第1金属箔集電体と、
     第1電極層と、
     前記第1電極層上に設けられた固体電解質層と、
     前記固体電解質層上に設けられた第2電極層と、
     を備える積層焼成体が複数連続的に積層され、
     前記第1金属箔集電体及び前記第1電極層の界面、並びに一積層焼成体の前記第2電極層及び前記一積層焼成体と隣接する他の積層焼成体の前記第1金属箔集電体とが、焼成炭化物で接合されている
     連続積層焼成体。
  9.  前記第1金属箔集電体は、多孔質金属箔からなる集電体である請求項8に記載の連続積層焼成体。
  10.  前記第1金属箔集電体及び前記第1電極層の界面、並びに一積層焼成体の前記第2電極層及び前記一積層焼成体と隣接する他の積層焼成体の前記第1金属箔集電体の界面で、前記第1電極層に含まれる正極活物質粒子同士及び前記第2電極層に含まれる負極活物質粒子同士の化学結合がそれぞれ形成されている請求項8又は請求項9に記載の連続積層焼成体。
  11.  第1金属箔集電体と、
     前記第1金属箔集電体上に設けられた第1電極層と、
     前記第1電極層上に設けられた固体電解質層と、
     前記固体電解質層上に設けられた第2電極層と、
     前記第2電極層上に設けられた第2金属箔集電体と、
     を備え、
     前記第1金属箔集電体及び前記第1電極層の界面、並びに前記第2金属箔集電体及び前記第2電極層の界面の少なくとも一方が、焼成炭化物で接合されている
     全固体二次電池。
  12.  前記第1金属箔集電体及び前記第2金属箔集電体のそれぞれは、多孔質金属箔からなる集電体である請求項11に記載の全固体二次電池。
  13.  多孔質金属箔からなる第1金属箔集電体と、
     前記第1金属箔集電体上に設けられた第1電極層と、
     前記第1電極層上に設けられた固体電解質層と、
     前記固体電解質層上に設けられた第2電極層と、
     前記第2電極層上に設けられた、多孔質金属箔からなる第2金属箔集電体と、
     を備える全固体二次電池。
  14.  前記第1金属箔集電体及び前記第2金属箔集電体の各透気度は、ガーレー試験機法にて測定される値が、15sec/100ml以上160sec/100ml以下の範囲内である請求項12又は請求項13に記載の全固体二次電池。
  15.  前記第1金属箔集電体及び前記第1電極層の界面、並びに前記第2金属箔集電体及び前記第2電極層の界面で、前記第1電極層に含まれる正極活物質粒子同士及び前記第2電極層に含まれる負極活物質粒子同士の化学結合がそれぞれ形成されている請求項11から請求項14のいずれか1項に記載の全固体二次電池。
  16.  第1電極層、
     前記第1電極層上に設けられた固体電解質層、及び
     前記固体電解質層上に設けられた第2電極層、
     を備える複数の電極積層体と、
     積層された複数の前記電極積層体同士の間及び積層された複数の前記電極積層体の積層方向外面のさらに外側に、前記第1電極層又は前記第2電極層と密着して設けられた、複数の金属箔集電体と、
     を備え、
     前記金属箔集電体及び前記第1電極層の界面、並びに前記金属箔集電体及び前記第2電極層の界面の少なくとも一方が、焼成炭化物で接合されている
     全固体二次電池。
  17.  前記複数の金属箔集電体のそれぞれは、多孔質金属箔からなる集電体である請求項16に記載の全固体二次電池。
  18.  第1電極層、
     前記第1電極層上に設けられた固体電解質層、及び
     前記固体電解質層上に設けられた第2電極層、
    を備える複数の電極積層体と、
     積層された複数の前記電極積層体同士の間及び積層された複数の前記電極積層体の積層方向外面のさらに外側に、前記第1電極層又は前記第2電極層と密着して設けられた、多孔質金属箔からなる複数の金属箔集電体と、
     を備える全固体二次電池。
  19.  前記第1電極層と密着して設けられた前記金属箔集電体及び前記第1電極層の界面、並びに前記第2電極層と密着して設けられた前記金属箔集電体及び前記第2電極層の界面で、前記第1電極層に含まれる正極活物質粒子同士及び前記第2電極層に含まれる負極活物質粒子同士の化学結合がそれぞれ形成されている請求項16から請求項18のいずれか1項に記載の全固体二次電池。
  20.  積層された複数の前記電極積層体同士の間に設けられた前記金属箔集電体は、該金属箔集電体の厚さ方向及びそれに交差する方向に空孔が繋がる三次元網目構造を有している請求項16から請求項19のいずれか1項に記載の全固体二次電池。
  21.  金属箔集電体上に、第1電極活物質を含む第1電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第1電極層グリーンシートを形成する第1電極層グリーンシート形成工程と、
     前記第1電極層グリーンシート上に、固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシートを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、
     前記固体電解質層グリーンシート上に、第2電極活物質を含む第2電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第2電極層グリーンシートを形成する第2電極層グリーンシート形成工程と、
     を備える積層体グリーンシートの製造方法。
  22.  前記金属箔集電体は、多孔質金属箔からなる集電体である請求項21に記載の積層体グリーンシートの製造方法。
  23.  金属箔集電体上に、第1電極活物質を含む第1電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第1電極層グリーンシートを形成する第1電極層グリーンシート形成工程と、
     前記第1電極層グリーンシート上に、固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシートを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程と、
     前記固体電解質層グリーンシート上に、第2電極活物質を含む第2電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第2電極層グリーンシートを形成する第2電極層グリーンシート形成工程と、
     前記金属箔集電体、前記第1電極層グリーンシート、前記固体電解質層グリーンシート及び前記第2電極層グリーンシートが順に積層された積層体グリーンシートを、複数連続的に積層するグリーンシート積層工程と、
     を備える連続積層体グリーンシートの製造方法。
  24.  前記金属箔集電体は、多孔質金属箔からなる集電体である請求項23に記載の連続積層体グリーンシートの製造方法。
  25.  第1金属箔集電体上に、第1電極活物質を含む第1電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第1電極層グリーンシートを形成する第1電極層グリーンシート形成工程、前記第1電極層グリーンシート上に、固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシートを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程、及び前記固体電解質層グリーンシート上に、第2電極活物質を含む第2電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第2電極層グリーンシートを形成する第2電極層グリーンシート形成工程を含む、前記第1金属箔集電体、前記第1電極層グリーンシート、前記固体電解質層グリーンシート及び前記第2電極層グリーンシートが順に積層された積層体グリーンシートを生成する積層体グリーンシート形成工程と、
     前記積層体グリーンシートの表面に露出する前記第2電極層グリーンシート上に、第2金属箔集電体を貼り合わせる第2金属箔集電体貼り合わせ工程と、
     前記積層体グリーンシート及び前記積層体グリーンシートに貼り合わされた前記第2金属箔集電体を含む積層体を一括して焼成する焼成工程と、
     を備える全固体二次電池の製造方法。
  26.  第1金属箔集電体上に、第1電極活物質を含む第1電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第1電極層グリーンシートを形成する第1電極層グリーンシート形成工程、前記第1電極層グリーンシート上に、固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシートを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程、及び前記固体電解質層グリーンシート上に、第2電極活物質を含む第2電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第2電極層グリーンシートを形成する第2電極層グリーンシート形成工程を含む、前記第1金属箔集電体、前記第1電極層グリーンシート、前記固体電解質層グリーンシート及び前記第2電極層グリーンシートが順に積層された積層体グリーンシートを生成する積層体グリーンシート形成工程と、
     前記積層体グリーンシートを一括して焼成する焼成工程と、
     前記積層体グリーンシートを焼成した積層焼成体の表面に露出する、前記第2電極層グリーンシートが焼成されて形成された第2電極層上に、第2金属箔集電体を貼り合わせる第2金属箔集電体貼り合わせ工程と、
     を備える全固体二次電池の製造方法。
  27.  第1金属箔集電体上に、第1電極活物質を含む第1電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第1電極層グリーンシートを形成する第1電極層グリーンシート形成工程、前記第1電極層グリーンシート上に、固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシートを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程、及び前記固体電解質層グリーンシート上に、第2電極活物質を含む第2電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第2電極層グリーンシートを形成する第2電極層グリーンシート形成工程を含む、前記第1金属箔集電体、前記第1電極層グリーンシート、前記固体電解質層グリーンシート及び前記第2電極層グリーンシートが順に積層された積層体グリーンシートを生成する積層体グリーンシート形成工程と、
     前記積層体グリーンシートを複数積層して連続積層体グリーンシートを生成する連続積層体グリーンシート形成工程と、
     前記連続積層体グリーンシートの表面に露出する前記第2電極層グリーンシート上に、第2金属箔集電体を貼り合わせる第2金属箔集電体貼り合わせ工程と、
     前記連続積層体グリーンシート及び前記連続積層体グリーンシートに貼り合わされた前記第2金属箔集電体を含む積層体を一括して焼成する焼成工程と、
     を備える全固体二次電池の製造方法。
  28.  第1金属箔集電体上に、第1電極活物質を含む第1電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第1電極層グリーンシートを形成する第1電極層グリーンシート形成工程、前記第1電極層グリーンシート上に、固体電解質材料を含む固体電解質用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して固体電解質層グリーンシートを形成する固体電解質層グリーンシート形成工程、及び前記固体電解質層グリーンシート上に、第2電極活物質を含む第2電極用スラリーを塗布又は印刷後乾燥して第2電極層グリーンシートを形成する第2電極層グリーンシート形成工程を含む、前記第1金属箔集電体、前記第1電極層グリーンシート、前記固体電解質層グリーンシート及び前記第2電極層グリーンシートが順に積層された積層体グリーンシートを生成する積層体グリーンシート形成工程と、
     前記積層体グリーンシートを複数積層して連続積層体グリーンシートを生成する連続積層体グリーンシート形成工程と、
     前記連続積層体グリーンシートを一括して焼成する焼成工程と、
     前記連続積層体グリーンシートを焼成した連続積層焼成体の表面に露出する、前記第2電極層グリーンシートが焼成されて形成された第2電極層上に、第2金属箔集電体を貼り合わせる第2金属箔集電体貼り合わせ工程と、
     を備える全固体二次電池の製造方法。
  29.  前記第1金属箔集電体及び前記第2金属箔集電体のそれぞれは、多孔質金属箔からなる集電体である請求項25から請求項28のいずれか1項に記載の全固体二次電池の製造方法。
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