WO2020184652A1 - 積層型全固体二次電池及びその製造方法 - Google Patents

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negative electrode
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田中 一正
雅之 室井
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Definitions

  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a laminated all-solid-state secondary battery having improved charge / discharge capacity and pulse / discharge cycle characteristics.
  • the current collector layers of the positive electrode and the negative electrode are shrunk, and the exposure to the side surface may be insufficient. Therefore, when the external electrode is applied to the side surface of the laminated sintered body, excellent charge / discharge capacity may not be obtained because the bondability between the current collector layer and the external electrode is poor. Further, due to volume expansion and contraction accompanying the charge / discharge reaction, cracks are likely to occur at the joint surface between the current collector layer and the external electrode, and excellent cycle characteristics cannot be obtained.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a laminated all-solid-state secondary battery having excellent charge / discharge capacity, volumetric energy density, and cycle characteristics, and a method for manufacturing the same.
  • the laminated all-solid secondary battery according to the first aspect of the present invention has a positive electrode having a positive electrode current collector layer and a positive electrode active material layer, and a negative electrode current collector layer and a negative electrode active material layer.
  • the negative electrode is a laminated body laminated via a solid electrolyte layer, and has a side surface formed as a surface parallel to the stacking direction, and the side surface is a first surface on which the positive electrode current collector layer is exposed.
  • a laminate including a side surface and a second side surface from which the negative electrode current collector layer is exposed, a positive electrode external electrode attached to the first side surface, and a negative electrode external electrode attached to the second side surface are included.
  • the laminated body has an upper surface and a lower surface formed as surfaces orthogonal to the laminating direction, and the positive electrode external electrode and the negative electrode.
  • Each of the external electrodes may have an auxiliary electrode extending on at least one surface of the upper surface or the lower surface.
  • the tip of the sub-electrode of the negative electrode external electrode is laminated at the position closest to the sub-electrode in the stacking direction. It may be configured so as not to face the main surface of the above.
  • the laminated body has an upper surface and a lower surface formed as surfaces orthogonal to the laminated direction, and the positive electrode external electrode and the negative electrode.
  • the external electrode may be configured to have an upper surface sub-electrode or a lower surface sub-electrode.
  • the present inventor has found that in a laminated all-solid-state secondary battery, the upper end or the lower end of the positive electrode external electrode and the negative electrode external electrode It has been found that by forming at least one end inside the upper end or the lower end of the laminate, charge / discharge capacity, volumetric energy density, and cycle characteristics are improved. The reason for this is not always clear, but it can be considered as follows.
  • the positive electrode current collector and the negative electrode current collector and the external electrode can be electrically connected without increasing the volume of the laminated all-solid-state secondary battery. Since it can be connected, it is considered that the volumetric energy density becomes high.
  • the present inventor forms a groove in the laminated body before firing the laminated body in which the positive electrode and the negative electrode are laminated via the solid electrolyte layer, that is, at the stage of not firing, and the positive electrode is formed on the side surface of the laminated body.
  • the current collector and the negative electrode current collector are exposed, and the grooves are filled with a conductive material.
  • an unfired laminated all-solid-state secondary battery in which the conductive material is formed as a positive electrode external electrode and a negative electrode external electrode can be produced.
  • the laminated all-solid secondary battery according to another aspect of the present invention includes a positive electrode having a positive electrode current collector layer and a positive electrode active material layer, and a negative electrode having a negative electrode current collector layer and a negative electrode active material layer.
  • it is a laminated sintered body obtained by sintering a laminated body laminated via a solid electrolyte layer, and has a side surface formed as a surface parallel to the lamination direction, and the side surface is a positive electrode current collector.
  • a laminated sintered body including a first side surface where the body layer is exposed, a second side surface where the negative electrode current collector layer is exposed, a positive electrode external electrode attached to the first side surface, and a positive electrode external electrode attached to the second side surface.
  • the positive electrode external electrode includes a negative electrode external electrode, and the positive electrode external electrode is electrically connected to the positive electrode current collector layer, and at least one of the upper end or the lower end of the positive electrode external electrode in the stacking direction.
  • the end of the laminated sintered body is inside the upper end or the lower end of the laminated sintered body in the lamination direction, and the negative electrode external electrode is electrically connected to the negative electrode current collector layer and At least one end of the upper end or the lower end of the negative electrode external electrode in the stacking direction is inside the upper end or the lower end of the laminated sintered body in the stacking direction. is there.
  • the unit comprises a step of firing and sintering the unit laminate piece.
  • two or more positive electrodes having a positive electrode current collector layer and a positive electrode active material layer are provided along the surface direction of the positive electrode.
  • Two or more negative electrodes having a negative electrode current collector layer and a negative electrode active material layer, and a negative electrode unit arranged in parallel with a gap in the plane direction of the negative electrode are arranged.
  • the interval portion of the positive electrode unit and the negative electrode of the negative electrode unit face each other, and the interval portion of the negative electrode unit and the positive electrode of the positive electrode unit face each other, and the layers are laminated via a solid electrolyte layer.
  • a step of obtaining a unit laminated body piece by making a notch penetrating each of the second groove filled with the conductive material and cutting the unit laminated body along the laminating direction, and the unit laminated body piece. It has a step of firing and sintering.
  • FIG. 32 is a cross-sectional view taken along the line XVIII-XVIII of FIG.
  • FIG. 11A and 11B are schematic views of a conventional laminated all-solid-state secondary battery, in which FIG. 11A is a plan view seen from above and FIG. 11B is a bottom view seen from below.
  • FIG. 12 is a sectional view taken along line XII-XII of FIG.
  • FIG. 11A is a plan view seen from above
  • FIG. 11B is a bottom view seen from below.
  • FIG. 12 is a sectional view taken along line XII-XII of FIG.
  • Sufficient side margins are provided to prevent short circuits. Even if they are drawn as if they are in contact with each other in the drawing, a side margin that is not shown is provided between them.
  • a positive electrode external electrode 360 electrically connected to the positive electrode current collector layer 331 is attached to the first side surface 321 of the laminated body 320.
  • the positive electrode external electrode 360 has a side surface sub-electrode 360a extending to the third side surface 323 and a fourth side surface 324, an upper surface sub-electrode 360b extending to the upper surface 325, and a lower surface sub-electrode 360c extending to the lower surface 326. That is, the positive electrode external electrode 360 has a U-shaped cross section and has five surfaces.
  • the end portion of the side sub-electrode 360a (side end portion of the positive electrode external electrode 360) is located at a position facing the negative electrode 340 (side surface of the negative electrode 340).
  • FIG. 1A and 1B are schematic views of a laminated all-solid-state secondary battery according to the first embodiment
  • FIG. 1A is a plan view seen from above
  • FIG. 1B is a bottom view seen from below
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
  • the same reference numerals are given to the configurations overlapping with the conventional laminated all-solid-state secondary battery 310, and the description thereof will be omitted.
  • the paste of each material may contain a plasticizer.
  • the type of plasticizer is not particularly limited, but phthalates such as dioctyl phthalate and diisononyl phthalate may be used.
  • the paste for the solid electrolyte layer is printed in a region (margin) other than the positive electrode by a screen printing method and dried to obtain a height equivalent to that of the positive electrode.
  • a solid electrolyte layer is formed. Then, by peeling off the base material, a positive electrode unit having a positive electrode formed on the green sheet for the solid electrolyte layer can be obtained.
  • the negative electrode unit is a laminate having a negative electrode in which a negative electrode active material layer, a negative electrode current collector layer, and a negative electrode active material layer are laminated in this order on a green sheet for a solid electrolyte layer.
  • This negative electrode unit is the above-mentioned method for producing a positive electrode unit, except that a paste for a negative electrode active material layer and a paste for a negative electrode current collector layer are used instead of the paste for the positive electrode current collector layer and the paste for the positive electrode active material layer. It can be produced in the same manner as above.
  • the positive electrode external electrode 362 is an electrode having an L-shaped cross section having a lower surface sub-electrode 362c extending to the lower surface 326.
  • the end portion of the lower surface sub-electrode 362c (the lower end portion of the positive electrode external electrode 362) is located at a position not facing the negative electrode 340 (the lower surface of the negative electrode 340).
  • the positive electrode external electrode 362 does not have a side subelectrode extending to the third side surface 323 and the fourth side surface 324, and does not have the top surface subelectrode 361b in the laminated all-solid-state secondary battery 311 of the first embodiment.
  • the generation of parasitic capacitance is suppressed and the current consumption other than the charge / discharge reaction is reduced as compared with the conventional laminated all-solid-state secondary battery 10.
  • Charge / discharge capacity is improved.
  • the current distribution associated with the charge / discharge reaction becomes uniform, and the battery reaction proceeds uniformly.
  • the charge / discharge capacity is improved.
  • the volume is larger than that of the laminated all-solid-state secondary battery 10. Becomes smaller and the charge / discharge capacity per unit volume increases.
  • the positive electrode active material and the negative electrode active material may be selected according to the solid electrolyte described later. For example, when Li 1 + n Al n Ti 2-n (PO 4 ) 3 (0 ⁇ n ⁇ 0.6) is used as the solid electrolyte, LiVOPO 4 and Li 3 V 2 (PO 4 ) are used as the positive electrode active material and the negative electrode active material. ) It is preferable to use one or both of 3 .
  • the bond between the positive electrode active material layer 32 and the negative electrode active material layer 42 and the solid electrolyte layer 50 becomes strong. Further, the contact area at the interface between the positive electrode active material layer 32 and the negative electrode active material layer 42 and the solid electrolyte layer 50 can be widened.
  • the unit laminated body 120 is obtained, for example, a paste manufacturing step of manufacturing a paste of each member constituting the unit laminated body 120, and a unit manufacturing step of manufacturing a positive electrode unit 135 and a negative electrode unit 145 using the prepared paste. It can be produced by a method including a laminating step of alternately laminating the positive electrode unit 135 and the negative electrode unit 145 to produce a laminated structure.
  • each member of the positive electrode current collector layer, the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, the negative electrode current collector layer, the negative electrode active material layer, and the external electrode is made into a paste.
  • the method of making a paste is not particularly limited, but for example, a paste can be prepared by mixing the powder of each member and the vehicle.
  • the mixing device for producing the paste conventionally known kneading devices such as a bead mill, a planetary paste kneader, an automatic grinder, a three-roll mill, a high-share mixer, and a planetary mixer can be used.
  • a paste for the positive electrode current collector layer a paste for the positive electrode active material layer, a paste for the solid electrolyte layer, a paste for the negative electrode active material layer, and a paste for the negative electrode current collector layer are prepared.
  • the positive electrode unit 135 can be manufactured as follows. First, the prepared paste for the solid electrolyte layer is applied on a substrate such as a polyethylene terephthalate (PET) film to a desired thickness and dried to prepare a green sheet for the solid electrolyte layer.
  • a substrate such as a polyethylene terephthalate (PET) film
  • PET polyethylene terephthalate
  • the method for applying the paste for the solid electrolyte layer is not particularly limited, and known methods such as a doctor blade method, a die coater method, a comma coater method, and a gravure coater method can be adopted.
  • the positive electrode unit and the negative electrode unit are alternately laminated. As a result, a laminated structure including a plurality of positive electrode units and a plurality of negative electrode units is produced.
  • the unit laminated body piece is fired and sintered to generate a laminated all-solid-state secondary battery 11.
  • the firing conditions are, for example, a temperature of 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in a nitrogen atmosphere.
  • the firing time is, for example, in the range of 0.1 hours or more and 3 hours or less. If it is a reducing atmosphere, firing may be performed in, for example, an argon atmosphere or a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere instead of the nitrogen atmosphere.
  • the debinder treatment can be performed as a step separate from the firing step. By heat-decomposing the binder component contained in the unit laminate piece before firing, rapid decomposition of the binder component in the firing step can be suppressed.
  • the debinder treatment is performed, for example, in a nitrogen atmosphere at a temperature in the range of 300 ° C. to 800 ° C. for 0.1 to 10 hours. If it is a reducing atmosphere, the debinder treatment may be performed in, for example, an argon atmosphere or a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere instead of the nitrogen atmosphere.
  • the positive electrode external electrode 62 is attached to the first side surface 21 of the laminated sintered body 20, and the negative electrode external electrode 62 is attached to the second side surface 22. 72 is attached.
  • the positive electrode external electrode 62 and the negative electrode external electrode 72 each have a lower surface sub-electrode 62a and a lower surface sub-electrode 72a, and the cross-sectional shape is L-shaped, respectively, in that the laminated all-solid-state secondary battery of the sixth embodiment It is common with 11.
  • the lower surface sub-electrode 62a and the lower surface sub-electrode 72a are embedded in the lower surface 26 of the laminated sintered body 20, that is, the laminated type of the sixth embodiment. It is different from the all-solid-state secondary battery 11.
  • the lower surface sub-electrode 62a of the positive electrode external electrode 62 and the lower surface sub-electrode 72a of the negative electrode external electrode 72 are embedded in the lower surface 26 of the laminated sintered body 20.
  • the volume is smaller than that of the laminated all-solid-state secondary battery 11 of the sixth embodiment. Therefore, the stacked all-solid-state secondary battery 13 of the present embodiment has an improved volume energy density.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view of the laminated all-solid-state secondary battery according to the eighth embodiment, (a) is a plan view seen from above, and (b) is a bottom view seen from below.
  • FIG. 29 is a sectional view taken along line II-II of the laminated all-solid-state secondary battery according to the eighth embodiment.
  • the same reference numerals are given to the configurations overlapping with the laminated all-solid-state secondary battery 11 of the sixth embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the laminated all-solid-state battery 13 of the present embodiment is a laminated all-solid-state battery 13 of the sixth embodiment in that the positive electrode external electrode 63 and the negative electrode external electrode 73 do not have lower surface subelectrodes, respectively. It is different from the secondary battery 11.
  • the laminated all-solid-state secondary battery 13 of the present embodiment parasitic capacitance is less likely to occur between the lower surface sub-electrode 61a of the positive electrode external electrode 63 and the lower surface of the negative electrode 40.
  • parasitic capacitance is less likely to occur between the lower surface subelectrode 71a of the negative electrode external electrode 71 and the lower surface of the positive electrode 30. Therefore, the stacked all-solid-state secondary battery 13 of the present embodiment has an improved charge / discharge capacity.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view of the laminated all-solid-state secondary battery according to the ninth embodiment, (a) is a plan view seen from above, and (b) is a bottom view seen from below.
  • FIG. 31 is a sectional view taken along line II-II of the laminated all-solid-state secondary battery according to the ninth embodiment.
  • the same reference numerals are given to the configurations overlapping with the laminated all-solid-state secondary battery 11 of the sixth embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the method for manufacturing the laminated all-solid-state secondary battery 14 of the present embodiment includes a unit laminate manufacturing step S11, a groove forming step S12, a conductive material filling step S13, a solid electrolyte layer forming step S14, and a cutting step S15. , A firing step S16.
  • the unit laminate 220 shown in FIG. 21 is manufactured.
  • the unit laminate 220 is a laminate in which the solid electrolyte layer 150a, the positive electrode unit 135, the solid electrolyte layer 150b, and the negative electrode unit 145 are laminated in this order from the lower surface 226 side.
  • the unit laminate 220 is a hexahedron, and has four side surfaces formed as surfaces parallel to the lamination direction, an upper surface 225 formed upward as a surface orthogonal to the lamination direction, and a lower surface 226 formed below. Has.
  • the positive electrode unit 235 is formed by arranging two or more positive electrodes 230 having a positive electrode current collector layer 231 and a positive electrode active material layer 232 in parallel with an interval portion 233 along the surface direction of the positive electrode 130.
  • the negative electrode unit 245 is formed by arranging two or more negative electrodes 140 having a negative electrode current collector layer 241 and a negative electrode active material layer 242 in parallel with an interval portion 143 along the plane direction of the negative electrode 240.
  • the unit laminate 220 is laminated so that the interval portion 233 of the positive electrode unit 235 and the negative electrode 240 of the negative electrode unit 245 face each other, and the interval portion 133 of the negative electrode unit 145 and the positive electrode 130 of the positive electrode unit 135 face each other.
  • the unit laminate 220 is provided with a solid electrolyte layer 250a on the lower surface (lower surface 226) in the lamination direction.
  • the positive electrode unit is formed from the surface (upper surface 225) opposite to the surface provided with the solid electrolyte layer 250a along the stacking direction of the unit laminate 120.
  • a first groove 261 for cutting the negative electrode 140 through the interval portion 233 of the 235 and a second groove 262 for cutting the positive electrode 130 through the interval portion 243 of the negative electrode unit 245 are provided.
  • the depths of the first groove 261 and the second groove 262 are preferably the same.
  • the depth of the first groove 261 and the second groove 262 is the depth to the interface where the solid electrolyte layer 250a on the lower surface 226 side and the negative electrode unit 245 are in contact with each other in FIG. 17, but the depth exceeds the interface. It may be.
  • the solid electrolyte layer 250c is formed on the surface of the upper surface of the unit laminate 220.
  • the material of the solid electrolyte layer 250c is preferably the same as the material of the solid electrolyte layer 250a and the solid electrolyte layer 250b.
  • a method for forming the solid electrolyte layer 250c a method of applying the solid electrolyte paste and then heating and drying the solid electrolyte paste can be used.
  • a notch 165 penetrating the unit laminate 220 is made in the first groove 261 filled with the conductive material 263 and the second groove 262 filled with the conductive material 263.
  • the unit laminate 220 is cut along the lamination direction. As a result, a unit laminated body piece (unfired laminated all-solid-state secondary battery 14) is obtained.
  • the positive electrode external electrodes 61, 62, 64 are inside the upper end portion of the laminated sintered body 20 in the lamination direction. Since it is (lower side), the positive electrode external electrodes 61, 62, 63, 64 are the upper surface sub-electrode 70b and the positive electrode 30 of the negative electrode external electrode 70 in the conventional laminated all-solid secondary battery 10 shown in FIG. The parasitic capacity generated between and is avoided. Similarly, the negative electrode external electrodes 71, 72, 73, 74 are generated between the lower surface subelectrode 60a of the positive electrode external electrode 60 and the negative electrode 40 in the conventional laminated all-solid-state secondary battery 10 shown in FIG. 33. The parasitic capacitance that was being used is avoided.
  • the unfired laminated all-solid-state battery in a state where the negative electrode external electrode and the negative electrode current collector are well bonded is fired.
  • the positive electrode external electrode and the positive electrode current collector, and the negative electrode external electrode and the negative electrode current collector can obtain good bondability even after firing, and have cycle characteristics as compared with the conventional laminated all-solid-state secondary battery.
  • the positive electrode 30 and the negative electrode 40 are each one, but the number of the positive electrode 30 and the negative electrode 40 is not particularly limited.
  • the plurality of positive electrodes 30 and the negative electrodes 40 may be alternately laminated.
  • the upper ends of the positive electrode external electrodes 61, 62, 64 and the negative electrode external electrodes 71, 72, 74 laminated sintered body 20.
  • the end portion on the upper surface 25 side of the above is defined as the inside (lower side) of the upper end portion in the laminating direction of the laminated sintered body 20, but the present invention is not limited to this.
  • the lower ends of the positive electrode external electrodes 61, 62, 64 and the negative electrode external electrodes 71, 72, 74 are the lower ends of the laminated sintered body 20 in the lamination direction. It may be inside (upper side) of the end of the.
  • Example 1 ⁇ Paste making process> (Preparation of paste for solid electrolyte layer)
  • the solid electrolyte powder Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 powder was used.
  • the Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 powder was prepared by the following method. First, using Li 2 CO 3 powder Al 2 O 3 powder TiO 2 powder and NH 4 H 2 PO 4 powder as starting materials, wet mixing was performed with a ball mill, and then dehydration drying was performed to obtain a powder mixture. Then, the obtained powder mixture was calcined in the air to obtain a calcined powder. The obtained calcined powder was wet-pulverized with a ball mill to obtain Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 powder.
  • Negative electrode in the same manner as the above method for manufacturing the positive electrode unit, except that the paste for the negative electrode active material layer and the paste for the negative electrode current collector layer are used instead of the paste for the positive electrode current collector layer and the paste for the positive electrode active material layer. The unit was made.
  • ⁇ Cutting process / firing process> The obtained laminated structure was cut so that the positive electrode current collector layer was exposed from one end face and the negative electrode current collector layer was exposed from the single surface opposite to the end face. Next, the cut laminated structure was fired at 800 ° C. for 1 hour to obtain a laminated body 320.
  • the size of the obtained laminate 320 was 5.5 mm in length ⁇ 4.0 mm in width ⁇ 1.0 mm in thickness.
  • ⁇ External electrode forming process> The entire surface of the first side surface 321 and the second side surface 322 of the laminate 320 obtained in the firing step, the range of 1 mm from the end portion of the upper surface 325 on the first side surface 321 side, and 1 mm from the end portion on the second side surface 322 side.
  • the conductive Cu paste for the external electrode is applied to the range, the range of 1 mm from the end of the lower surface 326 on the first side surface 321 side, and the range of 1 mm from the end of the second side surface 322 side by the screen printing method. , Baked at 500 ° C. in a reducing atmosphere.
  • Example 4 The conductive Cu paste for external electrodes was not applied to the upper surface 325 of the laminated body 320, and the coating range of the conductive Cu paste for external electrodes on the lower surface 326 of the laminated body 320 was set from the end on the first side surface 321 side.
  • the cross-sectional shapes of the positive electrode external electrode 364 and the negative electrode external electrode 374 are L-shaped in the same manner as in Example 1 except that the range is 0.4 mm and the range is 0.4 mm from the end on the second side surface 322 side.
  • the laminated all-solid-state secondary battery 314 according to the fourth embodiment was produced.
  • the side ends of the positive electrode external electrodes 361 to 365 are located at positions not facing the side ends of the negative electrode 340, and the side ends of the negative electrode external electrodes 371 to 375 (side surface auxiliary electrodes 371a to 375a).
  • the stacked all-solid-state secondary batteries of Examples 1 to 5 in which is not opposed to the side end of the positive electrode 330 have all of the initial charge / discharge capacity, pulse discharge cycle characteristics, and charge / discharge cycle characteristics of Comparative Example 1. It was improved compared to the laminated all-solid secondary battery.
  • a paste for a solid electrolyte layer was applied onto a PET film as a base material by a doctor blade method and dried to form a green sheet for a solid electrolyte layer.
  • the paste for the positive electrode active material layer, the paste for the positive electrode current collector layer, and the paste for the positive electrode active material layer are printed in this order by the screen printing method, and the positive electrode active material layer and the positive electrode collection are printed.
  • a green sheet for a positive electrode was formed in which an electric body layer and a positive electrode active material layer were laminated in this order.
  • the solid electrolyte layer paste was formed in the margin margin other than the positive electrode by a screen printing method to form a solid electrolyte layer having a height substantially the same as that of the positive electrode, and dried. Then, the obtained laminate was peeled off from the PET film to prepare a positive electrode unit.
  • the negative electrode unit is the same as the above-mentioned production of the positive electrode unit, except that the paste for the negative electrode active material layer and the paste for the negative electrode current collector layer are used instead of the paste for the positive electrode current collector layer and the paste for the positive electrode active material layer. Was produced.
  • the obtained unit laminate piece was heated to 750 ° C. at a heating rate of 200 ° C./hour under a nitrogen atmosphere, fired at that temperature for 2 hours, and then allowed to cool to room temperature.
  • the size of the laminated all-solid-state secondary battery 11 obtained after firing was 5.50 mm ⁇ 4.00 mm ⁇ 1.02 mm.
  • Example 7 Prior to the auxiliary electrode forming step, grooves are provided around the first groove 161 and the second groove 162 filled with the conductive material 163 of the unit laminate 120 using a fine laser processing machine, and in the auxiliary electrode forming step.
  • the laminated all-solid-state secondary battery 12 according to the seventh embodiment was produced in the same manner as in Example 6 except that the auxiliary electrode was formed in the groove.
  • the size of the laminated all-solid-state secondary battery 12 obtained after firing was 5.50 mm ⁇ 4.00 mm ⁇ 1.00 mm.
  • the laminated all-solid-state secondary battery 12 obtained in Example 7 has a height of 0 as compared with the laminated all-solid-state secondary battery 11 obtained in Example 6 because the auxiliary electrode is formed in the groove. It was reduced by .02 mm.
  • Example 8 The laminated all-solid-state secondary battery 13 according to the eighth embodiment was produced in the same manner as in Example 6 except that the auxiliary electrode was not formed.
  • the size of the laminated all-solid-state secondary battery 13 obtained after firing was 5.50 mm ⁇ 4.00 mm ⁇ 1.00 mm. Since the laminated all-solid-state secondary battery 13 obtained in Example 8 does not have an auxiliary electrode formed, the height is 0.02 mm as compared with the laminated all-solid-state secondary battery 11 obtained in Example 6. It was reduced.
  • Example 9 In the unit laminate manufacturing step, as shown in FIG. 24, the solid electrolyte layer was not formed on the upper surface 225 after the unit laminate 220 was manufactured, and the auxiliary electrode forming step was not performed after the conductive material filling step.
  • the ninth embodiment is the same as in the sixth embodiment except that the solid electrolyte layer 250c is formed on the upper surface of the unit laminate 220 (solid electrolyte layer forming step).
  • a laminated all-solid-state secondary battery 14 was manufactured. The size of the laminated all-solid-state secondary battery 14 obtained after firing was 5.50 mm ⁇ 4.00 mm ⁇ 1.00 mm.
  • Example 2 The unit laminate obtained in the unit laminate manufacturing step of Example 6 was cut, and the obtained unit laminate piece was fired to obtain the laminated sintered body 20 shown in FIGS. 29 and 30.
  • the size of the laminated sintered body 20 was 5.50 mm ⁇ 4.00 mm ⁇ 1.00 mm.
  • the first side surface 21 of the laminated sintered body 20 was immersed in the conductive material paste for external electrodes used in Example 6 to a depth facing the negative electrode 40, and the conductive material paste for external electrodes was applied to the first side surface 21. ..
  • the second side surface 22 of the laminated sintered body 20 was immersed in the conductive material paste for the external electrode to a depth facing the positive electrode 30, and the conductive material paste for the external electrode was applied to the second side surface 22.
  • the applied conductive material paste for the external electrode was dried to prepare the conventional laminated all-solid-state secondary battery 10 shown in FIGS. 29 and 30.
  • the size of the obtained laminated all-solid-state secondary battery 10 was 5.54 mm ⁇ 4.04 mm ⁇ 1.04 mm.
  • the laminated type obtained in Examples 6 to 9 depends on the thickness of the external electrode.
  • the volume is larger than that of the all-solid-state secondary batteries 11-14.
  • the initial charge / discharge capacity was measured in an environment of 25 ° C.
  • the charging capacity was applied at a constant current of 0.1 C until the battery voltage reached 1.6 V, and the capacity when held for 3 hours was measured.
  • the discharge capacity was measured by charging and then discharging at a constant current of 0.2 C until the battery voltage reached 0 V.
  • the discharge capacity is a relative value with the discharge capacity of the laminated all-solid-state secondary battery produced in Comparative Example 2 as 100.
  • Table 2 shows the relative values of the laminated all-solid-state secondary battery produced in Comparative Example 2 with the discharge capacity as 100.
  • ⁇ Charge / discharge cycle characteristics The measurement of the charge / discharge capacity was defined as one cycle, and the charge / discharge capacity retention rate after repeating this up to 1000 cycles was evaluated as the charge / discharge cycle characteristic.
  • the laminated all-solid-state secondary battery of Example 7 in which the lower surface sub-electrode 62a and the lower surface sub-electrode 72a are embedded in the lower surface 26 of the laminated sintered body 20 has improved volume energy density. It is considered that this is because the volume of the laminated all-solid-state secondary battery is smaller than that of Example 6 because the lower surface sub-electrode 62a and the lower surface sub-electrode 72a are embedded in the lower surface 26 of the laminated sintered body 20. Be done.

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Abstract

正極集電体層(31、331)と正極活物質層(32、332)とを有する正極(30、330)と、負極集電体層(41、341)と負極活物質層(42、342)とを有する負極(40、340)とが、固体電解質層(50、350)を介して積層された積層体であって、積層方向に対して平行な面として形成された側面を有し、前記側面は、正極集電体層(31、331)が露出する第1側面(21、121、321)と、負極集電体層(41、341)が露出する第2側面(22、122、322)を含む積層体と、前記第1側面(21、121、321)に付設された正極外部電極(60、61、62、63、64、365)と、前記第2側面(22、122、322)に付設された負極外部電極(70、71、72、73、74、375)と、を含み、前記正極外部電極(60、61、62、63、64、365)は前記正極集電体層(31、331)と電気的に接続し、かつ前記正極外部電極(60、61、62、63、64、365)の側端部は、前記負極(40、340)と対向しない位置にあり、前記負極外部電極(70、71、72、73、74、375)は前記負極集電体層(41、341)と電気的に接続し、かつ前記負極外部電極(70、71、72、73、74、375)の側端部は、前記正極(30、330)と対向しない位置にある積層型全固体二次電池を提供する。

Description

積層型全固体二次電池及びその製造方法
 本発明は、積層型全固体二次電池及びその製造方法に関する。
 本願は、2019年3月12日に、日本に出願された特願2019-045032号及び2019年3月12日に、日本に出願された特願2019-045035号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 近年、エレクトロニクス技術の発達はめざましく、携帯電子機器の小型軽量化、薄型化、多機能化が図られている。それに伴い、電子機器の電源となる電池に対し、小型軽量化、薄型化、信頼性の向上が強く望まれており、電解質として固体電解質を用いた全固体型のリチウムイオン二次電池が注目されている。
 全固体型のリチウムイオン二次電池としては、正極集電体層と正極活物質層とを有する正極と、負極集電体層と負極活物質層とを有する負極とを、交互に固体電解質層を介して積層した積層型の全固体リチウムイオン二次電池(以下、積層型全固体二次電池という)が知られている。
 また、正極と、負極とを、交互に固体電解質層を介して積層して、焼結した積層型の全固体リチウムイオン二次電池(以下、積層型全固体二次電池という)が知られている。
 積層型全固体二次電池では、積層体の側面に正極集電体層と負極集電体層を露出させ、積層体の側面に正極集電体層と電気的に接続する正極外部電極と、負極集電体層と電気的に接続する負極外部電極とを設けるのが一般的である(特許文献1)。特許文献1には、正極外部電極はその端部が負極に対向する位置にあり、負極外部電極はその端部が正極に対向する位置にある積層型全固体二次電池が開示されている。
 また、積層型全固体二次電池では、積層焼結体の側面に正極集電体層と負極集電体層を露出させ、積層体の側面に正極集電体層と電気的に接続する正極外部電極と、負極集電体層と電気的に接続する負極外部電極とを設けるのが一般的である(特許文献2)。この積層型全固体二次電池は、一般に、次のようにして製造される。まず、正極と負極とを、固体電解質層を介して積層して積層体を得る。次いで、得られた積層体を焼成して焼結させることによって積層焼結体を得る。そして、得られた積層焼結体の側面に、導電材ペーストをディップコートや印刷法によって塗布し加熱して正極外部電極と負極外部電極とを形成する(特許文献3)。
特開2015-11864号公報 特開2014-192041号公報 特開2011-146202号公報
 ところで、近年の電子機器の高出力化に伴って、積層型全固体二次電池では、充放電容量の向上と共に、瞬時的な大電流の連続放電が可能であること、すなわちパルス放電サイクル特性の向上が求められている。しかしながら、従来の積層型全固体二次電池は、充放電容量とパルス放電サイクル特性の両者を向上させることは難しいという課題があった。
 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、充放電容量及びパルス放電サイクル特性が向上した積層型全固体二次電池を提供することを目的とする。
 また、近年の電子機器の小型化に伴って、積層型全固体二次電池では、充放電容量ならびに体積エネルギー密度の向上が求められている。しかしながら、積層型全固体二次電池は、正極と負極を外部に取り出すための外部電極を積層体の表面に設ける構成であるため、外部電極を設けると、体積が大きくなってしまい体積エネルギー密度が小さくなってしまうという課題があった。
 また、積層型全固体二次電池の製造時に得られる積層焼結体は、正極および負極の集電体層が収縮しており、側面への露出が不十分である場合があった。そのため、積層焼結体の側面に外部電極を塗布した場合、集電体層と外部電極との接合性が悪いため、優れた充放電容量が得られない場合があった。さらに充放電反応に伴う体積膨張収縮によって、集電体層と外部電極との接合面でクラックが生じやすく、優れたサイクル特性が得られなかった。
 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、充放電容量、体積エネルギー密度、ならびにサイクル特性に優れる積層型全固体二次電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた結果、積層型全固体二次電池の正極外部電極の側端部を負極の側端部が対向しない位置となり、負極外部電極の側端部が正極の側端部と対向しない位置となるように構成とすることによって、充放電容量及びパルス放電サイクル特性が向上することを見出した。この理由は、必ずしも明確ではないが、正極外部電極と負極との間あるいは負極外部電極と正極との間の寄生容量(浮遊容量)の発生が抑制されるためであると考えられる。寄生容量とは、電子部品の内部の物理的構造に起因する設計者が意図しない容量成分を意味する。
 すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
(1)本発明の第1の態様に係る積層型全固体二次電池は、正極集電体層と正極活物質層とを有する正極と、負極集電体層と負極活物質層とを有する負極とが、固体電解質層を介して積層された積層体であって、積層方向に対して平行な面として形成された側面を有し、前記側面は、正極集電体層が露出する第1側面と、負極集電体層が露出する第2側面を含む積層体と、前記第1側面に付設された正極外部電極と、前記第2側面に付設された負極外部電極と、を含み、前記正極外部電極は前記正極集電体層と電気的に接続し、かつ前記正極外部電極の側端部は、前記負極の側端部と対向しない位置にあり、前記負極外部電極は前記負極集電体層と電気的に接続し、かつ前記負極外部電極の側端部は、前記正極の側端部と対向しない位置にある。
(2)上記(1)の態様に係る積層型全固体二次電池において、前記積層体は、前記積層方向と直交する面として形成された上面及び下面を有し、前記正極外部電極及び前記負極外部電極はそれぞれ、前記上面又は前記下面の少なくとも一方の面に延出した副電極を有する構成としてもよい。
(3)上記(2)の態様に係る積層型全固体二次電池において、前記正極外部電極の前記副電極の先端部は、当該副電極と前記積層方向において最も近い位置に積層された前記負極の主面と対向しない位置にある構成としてもよい。
(4)上記(2)の態様に係る積層型全固体二次電池において、前記負極外部電極の前記副電極の先端部は、当該副電極と前記積層方向において最も近い位置に積層された前記正極の主面と対向しない位置にある構成としてもよい。
(5)上記(1)~(4)の何れか一つに係る積層型全固体二次電池において、前記第1側面と前記第2側面とが対向する位置にある構成としてもよい。
 (6)上記(1)の態様に係る積層型全個体二次電池において、前記正極外部電極の側面副電極は、前記負極の側端部と対向しない位置にあり、前記負極外部電極は前記負極集電体層と電気的に接続し、かつ前記負極外部電極の側面副電極は、前記正極の側端部と対向しない位置にある構成としてもよい。
 (7)上記(6)の態様に係る積層型全固体二次電池において、前記積層体は、前記積層方向と直交する面として形成された上面及び下面を有し、前記正極外部電極及び前記負極外部電極は、上面副電極あるいは下面副電極を有する構成としてもよい。
 (8)上記(7)の態様に係る積層型全固体二次電池において、前記正極外部電極の前記上面副電極あるいは下面副電極の先端部は、当該上下副電極と前記積層方向において最も近い位置に積層された前記負極の主面と対向しない位置にある構成としてもよい。
 (9)上記負極外部電極の前記上面副電極あるいは下面副電極の先端部は、当該副電極と前記積層方向において最も近い位置に積層された前記正極の主面と対向しない位置にある構成としてもよい。
 (10)上記(6)~(9)の何れか一つに係る積層型全固体二次電池において、前記第1側面と前記第2側面とが対向する位置にある構成としてもよい。
 また、本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた結果、積層型全固体二次電池において、正極外部電極及び負極外部電極の上側の端部又は下側の端部の少なくとも一方の端部を積層体の上側の端部又は下側の端部の内側に形成することによって、充放電容量、体積エネルギー密度、ならびにサイクル特性が向上することを見出した。この理由は、必ずしも明確ではないが、以下のように考えられる。
 まず、積層型全固体二次電池の正極および負極の外部電極を積層体の内側に形成することによって、積層体の稜部に正極および負極の外部電極が形成されるのを防ぐことができる。したがって、この稜部における正極外部電極と負極との間あるいは、この稜部における負極外部電極と正極との間の寄生容量(浮遊容量)の発生が抑制される。このため、充放電容量が向上したと考えられる。なお寄生容量とは、電子部品の内部の物理的構造に起因する設計者が意図しない容量成分を意味する。また、正極および負極の外部電極を積層体の内側に形成することによって、積層型全固体二次電池の体積を増すことなく、正極集電体および負極集電体と外部電極とを電気的に接続できるので、体積エネルギー密度が高くなると考えられる。
 また、本発明者は、正極と負極とを、固体電解質層を介して積層した積層体を焼成する前に、つまり未焼成の段階で積層体に溝を形成して、積層体の側面に正極の集電体及び負極の集電体を露出させ、その溝に導電材を充填する。次いで導電材が充填された溝を切断することで、導電材が正極外部電極および負極外部電極として形成された未焼成の積層型全固体二次電池を作製することができる。したがって、未焼成の段階で正極外部電極と正極集電体とが、また、負極外部電極と負極集電体とが良好に接合した状態の未焼成の積層型全固体電池が得られることを見出した。したがって、上記積層体を焼成しても正極外部電極と正極集電体とが、また負極外部電極と負極集電体とが、焼成後においても良好な接合性を示すことによって、優れたサイクル特性を有する積層型全固体二次電池を得ることができる。
 すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
(11)本発明の他態様に係る積層型全固体二次電池は、正極集電体層と正極活物質層とを有する正極と、負極集電体層と負極活物質層とを有する負極とが、固体電解質層を介して積層された積層体を焼結させた積層焼結体であって、積層方向に対して平行な面として形成された側面を有し、前記側面は、正極集電体層が露出する第1側面と、負極集電体層が露出する第2側面を含む積層焼結体と、前記第1側面に付設された正極外部電極と、前記第2側面に付設された負極外部電極と、を含み、前記正極外部電極は、前記正極集電体層と電気的に接続し、かつ前記正極外部電極の前記積層方向における上側の端部又は下側の端部の少なくとも一方の端部は、前記積層焼結体の前記積層方向における上側の端部又は下側の端部の内側にあり、前記負極外部電極は、前記負極集電体層と電気的に接続し、かつ前記負極外部電極の前記積層方向における上側の端部又は下側の端部の少なくとも一方の端部は、前記積層焼結体の前記積層方向における上側の端部又は下側の端部の内側にある。
(12)上記(11)の態様に係る積層型全固体二次電池において、前記積層焼結体は、前記積層方向と直交する面として形成された上面及び下面を有し、前記正極外部電極及び前記負極外部電極はそれぞれ、前記上面又は前記下面の少なくとも一方の面に延出した副電極を有する構成としてもよい。
(13)本発明の他の態様に係る積層型全固体二次電池の製造方法は、正極集電体層と正極活物質層とを有する正極を2枚以上、前記正極の表面方向に沿って間隔部を空けて並列した正極ユニットと、負極集電体層と負極活物質層とを有する負極を2枚以上、前記負極の平面方向に沿って間隔部を空けて並列した負極ユニットとが、前記正極ユニットの前記間隔部と前記負極ユニットの前記負極とが対向し、前記負極ユニットの前記間隔部と前記正極ユニットの前記正極とが対向するように、固体電解質層を介して積層され、かつ積層方向の上下の両面に固体電解質層を備えるユニット積層体を得る工程と、前記ユニット積層体の積層方向の一方の表面から前記積層方向に沿って、前記正極ユニットの前記間隔部を通る第1の溝と、前記負極ユニットの前記間隔部を通る第2の溝とを設ける工程と、前記第1の溝と前記第2の溝とに、導電材を充填する工程と、前記導電材を充填した前記第1の溝と前記導電材を充填した前記第2の溝とをそれぞれ貫通する切り込みを入れて、前記ユニット積層体を積層方向に沿って切断して、ユニット積層体片を得る工程と、前記ユニット積層体片を焼成して焼結させる工程と、を有する。
(14)本発明のさらに他の態様に係る積層型全固体二次電池の製造方法は、正極集電体層と正極活物質層とを有する正極を2枚以上、前記正極の表面方向に沿って間隔部を空けて並列した正極ユニットと、負極集電体層と負極活物質層とを有する負極を2枚以上、前記負極の平面方向に沿って間隔部を空けて並列した負極ユニットとが、前記正極ユニットの前記間隔部と前記負極ユニットの前記負極とが対向し、前記負極ユニットの前記間隔部と前記正極ユニットの前記正極とが対向するように、固体電解質層を介して積層され、かつ積層方向の上下の一方の表面に固体電解質層を備えるユニット積層体を得る工程と、前記ユニット積層体の前記固体電解質層が備えられている表面とは反対側の表面から前記積層方向に沿って、前記正極ユニットの前記間隔部を通る第1の溝と、前記負極ユニットの前記間隔部を通る第2の溝とを設ける工程と、前記第1の溝と前記第2の溝とに、導電材を充填する工程と、前記ユニット積層体の前記固体電解質層が備えられている表面とは反対側の表面に固体電解質層を形成する工程と、前記導電材を充填した前記第1の溝と前記導電材を充填した前記第2の溝とをそれぞれ貫通する切り込みを入れて、前記ユニット積層体を積層方向に沿って切断して、ユニット積層体片を得る工程と、前記ユニット積層体片を焼成して焼結させる工程と、を有する。
 本発明によれば、充放電容量及びパルス放電サイクル特性が向上した積層型全固体二次電池を提供することが可能となる。
 また、充放電容量、体積エネルギー密度、ならびにサイクル特性に優れる積層型全固体二次電池及びその製造方法を提供することが可能となる。
第1実施形態に係る積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。 図1のII-II線断面図である。 第2実施形態に係る積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。 図3のIV-IV線断面図である。 第3実施形態に係る積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。 図5のVI-VI線断面図である。 第4実施形態に係る積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。 図7のVIII-VIII線断面図である。 第5実施形態に係る積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。 図9のX-X線断面図である。 従来の積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。 図11のXII-XII線断面図である。 第6実施形態に係る積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。 図13のII-II線断面図である。 第6実施形態に係る積層型全固体二次電池の製造方法のフロー図である。 第6実施形態に係る積層型全固体二次電池の製造方法において用いるユニット積層体の模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のIVb-IVb線断面図である。 図16のユニット積層体に溝を設けた状態を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のVb-Vb線断面図である。 図17のユニット積層体の溝に電極を充填した状態を示す断面図である。 図18のユニット積層体の電極に副電極を接続した充填した状態を示す断面図である。 図19のユニット積層体を切断した状態を示す断面図である。 第9実施形態に係る積層型全固体二次電池の製造方法において用いるユニット積層体の断面図である。 図21のユニット積層体に溝を設けた状態を示す断面図である。 図21のユニット積層体の溝に電極を充填した状態を示す断面図である。 図23のユニット積層体の上面の表面に固体電解質層を形成した状態を示す断面図である。 図24のユニット積層体を切断した状態を示す断面図である。 第7実施形態に係る積層型全固体二次電池の断面図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。 図26のII-II線断面図である。 第8実施形態に係る積層型全固体二次電池の断面図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。 図28のII-II線断面図である。 第9実施形態に係る積層型全固体二次電池の断面図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。 図30のII-II線断面図である。 従来の積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。 図32のXVIII-XVIII線断面図である。
 以下、本発明について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合がある。したがって、図面に記載の各構成要素の寸法比率等は、実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
[従来の積層型全固体二次電池]
 まず初めに、従来の積層型全固体二次電池について説明する。
 図11は、従来の積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。図12は、図11のXII-XII線断面図である。
 本願明細書に添付される図のうち、積層型全固体二次電池の全ての平面図及び底面図においては、正極又は負極の側面と全固体二次電池の外壁側面との間には、少なくとも短絡を防ぐために十分なサイドマージンが設けられている。仮に図中で両者が接触しているように描かれている場合であっても、両者の間には図示できないほど薄いサイドマージンが設けられている。
 図11及び図12に示すように、積層型全固体二次電池310は、正極330と負極340とが、固体電解質層350を介して積層された積層体320を含む。正極330は、正極集電体層331と正極活物質層332とを有する。負極340は、負極集電体層341と負極活物質層342とを有する。積層体320は、6面体であり、積層方向に対して平行な面として形成された4つの側面(第1側面321、第2側面322、第3側面323、第4側面324)と、積層方向と直交する面として上方に形成された上面325及び下方に形成された下面326を有する。第1側面321には正極集電体層が露出し、第2側面322には負極集電体層が露出している。第3側面323は、上面325を上にして第1側面321側から見て右側の側面であり、第4側面324は、上面325を上にして第1側面321側から見て左側の側面である。
 積層体320の第1側面321には、正極集電体層331に電気的に接続する正極外部電極360が付設されている。正極外部電極360は、第3側面323及び第4側面324に延出した側面副電極360aと、上面325に延出した上面副電極360bと、下面326に延出した下面副電極360cを有する。すなわち、正極外部電極360は、断面形状がコ形状であって、5つの面を有する。側面副電極360aの端部(正極外部電極360の側端部)は、負極340(負極340の側面)に対向する位置にある。ここで、対向する位置とは、積層型全固体二次電池310を透視した場合に、側面副電極360aと負極340とが重なり合う位置を意味する。上面副電極360bの端部(正極外部電極360の上端部)は、負極340(負極340の上面)に対向する位置にある。下面副電極360cの端部(正極外部電極360の下端部)は、負極340(負極340の下面)に対向する位置にある。
 積層体320の第2側面322には、負極集電体層341に電気的に接続する負極外部電極370が付設されている。負極外部電極370は、第3側面323及び第4側面324に延出した側面副電極370aと、上面325に延出した上面副電極370bと、下面326に延出した下面副電極370cを有する。すなわち、負極外部電極370は断面形状がコ形状であって、5つの面を有する。側面副電極370aの端部(負極外部電極370の側端部)は、正極330(正極330の側面)に対向する位置にある。上面副電極370bの端部(負極外部電極370の上端部)は、正極330(正極330の上面)に対向する位置にある。下面副電極370cの端部(負極外部電極370の下端部)は、正極330(正極330の下面)に対向する位置にある。
 積層型全固体二次電池310では、正極外部電極360の側面副電極360a、上面副電極360b及び下面副電極360cの端部が負極340に対向する位置にまで延長され、負極外部電極370の側面副電極370a、上面副電極370b及び下面副電極370cはその端部が正極330に対向する位置にまで延長されている。このため、矢印Pで示すように、負極340の寄生容量が、正極外部電極360、側面副電極360a及び下面副電極360cと負極340との間の4カ所で発生する。また、矢印Qで示すように、正極330の寄生容量の発生箇所が、負極外部電極370、側面副電極370a及び上面副電極370bと正極330との間の4カ所で発生する。積層型全固体二次電池310の充放電容量を高めるためには、正極330と負極340とが対向する面積が広いこと、すなわち正極330は第2側面322との間隔が狭く、負極340は第1側面321との間隔が狭いことが好ましい。しかしながら、正極330と第2側面322との間隔を狭くし、負極340と第1側面321との間隔を狭くすると、寄生容量が発生し易くなる。寄生容量が発生すると、充放電反応以外での消費電流が低減するため、瞬時的な大電流の連続放電特性(パルス放電サイクル特性)が低下する。よって、従来の積層型全固体二次電池310は、充放電容量とパルス放電サイクル特性の両者を向上させることが難しい。
[第1実施形態]
 次に、本発明の第1実施形態に係る積層型全固体二次電池について説明する。
 図1は、第1実施形態に係る積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。図2は、図1のII-II線断面図である。なお、第1実施形態の説明では、従来の積層型全固体二次電池310と重複する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
 図1及び図2に示すように、本実施形態の積層型全固体二次電池311では、積層体320の第1側面321に正極外部電極361が付設されている。積層体320の第2側面322には負極外部電極371が付設されている。
 正極外部電極361は、上面325に延出した上面副電極361bと、下面326に延出した下面副電極361cを有する断面形状がコ形状の電極である。上面副電極361bの端部(正極外部電極361の上端部)は、負極340(負極340の上面)に対向する位置にある。下面副電極361cの端部(正極外部電極361の下端部)は、負極340(負極340の下面)に対向する位置にある。正極外部電極361は、第3側面323及び第4側面324に延出した側面副電極を有しない。ただし、側面副電極の端部(負極外部電極371の側端部)が負極340(負極340の側面)に対向しない位置にあれば、正極外部電極361は側面副電極を有してもよい。ここで、対向しない位置とは、積層型全固体二次電池311を透視した場合に、側面副電極と負極340とが重なり合わない位置を意味する。正極外部電極361は側面副電極を有する場合、側面副電極の端部は、第3側面323及び第4側面324の第1側面321側の端部から10μm以下の範囲にあることが好ましい。
 負極外部電極371は、上面325に延出した上面副電極371bと、下面326に延出した下面副電極371cを有する断面形状がコ形状の電極である。上面副電極371bの端部(負極外部電極371の上端部)は、正極330(正極330の上面)に対向する位置にある。下面副電極371cの端部(負極外部電極371の下端部)は、正極330(正極330の下面)に対向する位置にある。負極外部電極371は、第3側面323及び第4側面324に延出した側面副電極を有しない。ただし、側面副電極の端部(正極外部電極361の側端部)が正極330(正極330の側面)に対向しない位置にあれば、負極外部電極371は側面副電極を有してもよい。ここで、対向しない位置とは、積層型全固体二次電池311を透視した場合に、側面副電極と正極330とが重なり合わない位置を意味する。負極外部電極371は側面副電極を有する場合、側面副電極の端部は、第3側面323及び第4側面324の第2側面322側の端部から10μm以下の範囲にあることが好ましい。
 本実施形態の積層型全固体二次電池311では、矢印Pで示すように、負極340の寄生容量の発生箇所が、正極外部電極361及び下面副電極362cと負極340との間の2カ所に抑制される。また、矢印Qで示すように、正極330の寄生容量の発生箇所が、負極外部電極371及び上面副電極371bと正極330との間の2カ所に抑制される。このように、本実施形態の積層型全固体二次電池311は、従来の積層型全固体二次電池310と比較して、寄生容量の発生が抑制され、パルス放電サイクル特性が向上する。また、寄生容量の発生が抑制されることによって、充放電反応に伴う電流分布が均一となり、電池反応が均一に進行するようになる。その結果、充放電容量が向上する。
 積層型全固体二次電池311において、正極集電体層331、正極活物質層332、負極集電体層341、負極活物質層342、固体電解質層350、正極外部電極361、負極外部電極371の材料は、特に制限はなく、従来の積層型全固体二次電池で用いられている公知の材料を用いることができる。
 正極集電体層331及び負極集電体層341の材料は、導電率が大きい材料を用いることが好ましい。具体的には、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属を用いることができる。また、正極集電体層331の材料として、上記の金属と正極活物質の混合物を、負極集電体層341として、上記の金属と負極活物質の混合物を用いてもよい。
 正極活物質層332及び負極活物質層342は、電子を授受する正極活物質及び負極活物質を含む。この他、導電助剤や結着剤等を含んでもよい。正極活物質及び負極活物質は、リチウムイオンを効率的に挿入、脱離できることが好ましい。
 正極活物質及び負極活物質には、例えば、遷移金属酸化物、遷移金属複合酸化物を用いることが好ましい。具体的には、リチウムマンガン複合酸化物LiMnMa1-a(0.8≦a≦1、Ma=Co、Ni)、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、一般式:LiNiCoMn(x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV)、オリビン型LiMbPO(ただし、Mbは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素)、リン酸バナジウムリチウム(Li(PO又はLiVOPO)、LiMnO-LiMcO(Mc=Mn、Co、Ni)で表されるLi過剰系固溶体、チタン酸リチウム(LiTi12)、LiNiCoAl(0.9<s<1.3、0.9<t+u+v<1.1)で表される複合金属酸化物等を用いることができる。
 正極活物質及び負極活物質は、後述する固体電解質に合わせて、選択してもよい。例えば、固体電解質としてLi1+nAlTi2-n(PO(0≦n≦0.6)を用いる場合は、正極活物質及び負極活物質にLiVOPO及びLi(POのうち一方又は両方を用いることが好ましい。この場合、正極活物質層332及び負極活物質層342と固体電解質層350との界面における接合が、強固なものになる。また、正極活物質層332及び負極活物質層342と固体電解質層350との界面における接触面積を広くできる。
 固体電解質層350は固体電解質を含む。固体電解質としては、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を用いることが好ましい。具体的には例えば、La0.51Li0.34TiO2.94やLa0.5Li0.5TiO等のペロブスカイト型化合物や、Li14Zn(GeO等のリシコン型化合物、LiLaZr12等のガーネット型化合物、LiZr(POやLi1.3Al0.3Ti1.7(POやLi1.5Al0.5Ge1.5(PO等のナシコン型化合物、Li3.25Ge0.250.75やLiPS等のチオリシコン型化合物、50LiSiO・50LiBOやLiS-PやLiO-Li-SiO等のガラス化合物、LiPOやLi3.5Si0.50.5やLi2.9PO3.30.46等のリン酸化合物、Li2.9PO3.30.46(LIPON)やLi3.6Si0.60.4等のアモルファス、Li1.07Al0.69Ti1.46(POやLi1.5Al0.5Ge1.5(PO等のガラスセラミックスよりなる群から選択される少なくとも1種であることが望ましい。
 正極外部電極361及び負極外部電極371の材料としては、導電率が大きい材料を用いることが好ましい。例えば、銀、金、プラチナ、アルミニウム、銅、スズ、ニッケルを用いることができる。
(積層型全固体二次電池の製造方法)
 次に、本実施形態の積層型全固体二次電池311の製造方法を説明する。
 積層型全固体二次電池311は、例えば、積層体320を構成する各部材のペーストを作製するペースト作製工程と、作製したペーストを用いて正極ユニットと負極ユニットを作製するユニット作製工程と、得られた正極ユニットと負極ユニットとを交互に積層して、積層構造体を作製する積層工程と、得られた積層構造体を所定の形状に切断する切断工程と、積層構造体を焼成して積層体320を得る焼成工程と、得られた積層体320の側面に外部電極(正極外部電極361、負極外部電極371)を形成する外部電極形成工程と、を有する方法によって製造することができる。
<ペースト作製工程>
 ペースト作製工程では、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極集電体層、負極活物質層、外部電極の各部材をペースト化する。ペースト化の方法は、特に限定されないが、例えば、前記各部材の粉末とビヒクルとを混合することでペーストを作製することができる。ペーストを作製する際の混合装置としては、ビーズミル、遊星型ペースト混練機、自動擂潰機、三本ロールミル、ハイシェアミキサー、プラネタリーミキサー等の従来公知の混練装置を用いることができる。ここで、ビヒクルとは、液相における媒質の総称であり、溶媒、バインダー等が含まれる。各部材のペーストに含まれるバインダーは特に限定されないが、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、テルピネオール樹脂、エチルセルロース樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等を用いることができる。これらの樹脂は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 また、各材料のペーストは可塑剤を含んでいてもよい。可塑剤の種類は特に限定されないが、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジイソノニル等のフタル酸エステル等を使用してもよい。
 係る方法により、正極集電体層用ペースト、正極活物質層用ペースト、固体電解質層用ペースト、負極活物質層用ペースト、負極集電体層用ペーストを作製する。
<ユニット作製工程>
 正極ユニットは、固体電解質層用グリーンシートの上に、正極活物質層、正極集電体層、正極活物質層がこの順で積層された正極を有する積層体である。この正極ユニットは、次のようにして作製することができる。
 まず、作製した固体電解質層用ペーストをポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の基材上に所望の厚みで塗布し、乾燥して、固体電解質層用グリーンシートを作製する。固体電解質層用ペーストの塗布方法は、特に限定されず、ドクターブレード法、ダイコーター法、コンマコーター法、グラビアコーター法等の公知の方法を採用することができる。次いで固体電解質層用グリーンシートの上に、正極活物質層用ペースト、正極集電体層用ペースト、正極活物質層用ペーストをこの順にスクリーン印刷法によって印刷し、乾燥することによって、正極活物質層、正極集電体層、正極活物質層がこの順で積層された正極を形成する。さらに、固体電解質層用グリーンシートと正極との段差を埋めるために、正極以外の領域(余白マージン)に固体電解質層用ペーストをスクリーン印刷法によって印刷し、乾燥することによって、正極と同等の高さの固体電解質層を形成する。そして、基材を剥離することによって、固体電解質層用グリーンシートの上に正極が形成された正極ユニットが得られる。
 負極ユニットは、固体電解質層用グリーンシートの上に、負極活物質層、負極集電体層、負極活物質層がこの順で積層された負極を有する積層体である。この負極ユニットは、正極集電体層用ペーストと正極活物質層用ペーストの代わりに、負極活物質層用ペーストと負極集電体層用ペーストを用いること以外は、上記の正極ユニットの作製方法と同様にして作製することができる。
<積層工程>
 積層工程では、正極ユニットと負極ユニットを交互に積層する。これによって、正極ユニットと負極ユニットとを複数含む積層構造体が作製される。
 さらに作製した積層構造体を一括して金型プレス、温水等方圧プレス(WIP)、冷水等方圧プレス(CIP)、静水圧プレス等で加圧して圧着させ、正極ユニットと負極ユニットの密着性を高めることができる。加圧は加熱しながら行う方が好ましく、例えば40~95℃で実施することができる。
<切断工程>
 切断工程では、作製した積層構造体を、正極ユニットの正極集電体層と、負極ユニットの負極集電体層が、積層構造体の側面に露出するように積層構造体の積層方向に沿って切断する。
 積層構造体を切断する装置としては、ダイシングブレード、微細レーザー加工機等を用いることができる。
<焼成工程>
 焼成工程では、積層構造体を焼成して、焼結させることによって、積層型全固体二次電池311の積層体320を得る。焼成によって、固体電解質層、電極層、及び集電体層が緻密化し、所望の電気的特性が得られる。焼成は、集電体層を構成する材料が、酸化性雰囲気での熱処理に適さない場合は、非酸化性雰囲気下で行うことができる。焼成温度は、例えば、600℃以上1000℃以下の温度である。焼成時間は、例えば、0.1時間以上3時間以下の範囲内である。非酸化性雰囲気は、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、窒素水素混合雰囲気等である。
 焼成工程の前に、焼成工程とは別の工程として脱バインダー処理を行うことができる。焼成前に積層構造体に含まれるバインダー成分を加熱分解することで、焼成工程におけるバインダー成分の急激な分解を抑制することができる。脱バインダー処理は、例えば、非酸化性雰囲気下でバインダー成分の分解温度以上で、かつ積層構造体の焼結温度よりも低い温度(通常は、300℃以上800℃以下の範囲内)で、0.1時間以上10時間以下の範囲内で加熱することによって行われる。
<外部電極形成工程>
 外部電極形成工程では、得られた積層体320の側面に外部電極用導電材ペーストを用いて外部電極を形成する。具体的には、積層体320の第1側面321に正極外部電極361を、第2側面322に負極外部電極371をそれぞれ所定の形状となるように形成し、焼き付け処理する。正極外部電極361及び負極外部電極371の成形方法としては、スクリーン印刷法、スパッタリング法、ディップコート法、スプレーコート法等の公知の方法を用いることができる。スクリーン印刷法、スパッタリング法、ディップコート法、スプレーコート法を用いて、正極外部電極361及び負極外部電極371を所定の形状となるように形成する方法としては、例えば、マスキング用の治具やテープ等にて、積層体320の側面に、外部電極を形成したい領域以外をマスキングする方法を利用することができる。焼き付け処理の条件は、外部電極の金属材料種によって異なるが、還元雰囲気下で200℃以上600℃以下の温度に加熱することによって焼き付け処理することができる。さらに外部電極は、半田との濡れ性を良くするために、外部電極の表面に、ニッケル(Ni)層とスズ(Sn)層等をめっき法、スパッタリング法等により形成してもよい。
 外部電極形成工程の前に、積層体320をアルミナ等の研磨材と共に円筒型の容器に入れ、バレル研磨してもよい。これにより積層体320の角の面取りをすることができる。その他の方法としてサンドブラストにて研磨してもよい。
[第2実施形態]
 次に、本発明の第2実施形態に係る積層型全固体二次電池について説明する。
 図3は、第2実施形態に係る積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。図4は、図3のIV-IV線断面図である。なお、第2実施形態の説明では、第1実施形態の積層型全固体二次電池311と重複する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
 図3および図4に示すように、本実施形態の積層型全固体二次電池312では、積層体320の第1側面321に正極外部電極362が付設されている。積層体320の第2側面322には負極外部電極372が付設されている。
 正極外部電極362は、下面326に延出した下面副電極362cを有する断面形状がL形状の電極である。下面副電極362cの端部(正極外部電極362の下端部)は、負極340(負極340の下面)に対向しない位置にある。正極外部電極362は、第3側面323及び第4側面324に延出した側面副電極を有さず、また第1実施形態の積層型全固体二次電池311における上面副電極361bを有しない。
 負極外部電極372は、下面326に延出した下面副電極372cを有する断面形状がL形状の電極である。下面副電極372cの端部(負極外部電極372の下端部)は、正極330(正極330の下面)に対向する位置にある。負極外部電極372は、第3側面323及び第4側面324に延出した側面副電極を有さず、また第1実施形態の積層型全固体二次電池311における上面副電極371bを有しない。
 本実施形態の積層型全固体二次電池312では、矢印Pで示すように、負極340の寄生容量の発生箇所が、正極外部電極362及び下面副電極362cと負極340との間の2カ所に抑制される。また、矢印Qで示すように、正極330の寄生容量の発生箇所が、負極外部電極372と正極330との間の1所に抑制される。このように、本実施形態の積層型全固体二次電池312は、寄生容量の発生が第1実施形態の積層型全固体二次電池311と比較してより抑制されるため、パルス放電サイクル特性と充放電容量がより向上する。
[第3実施形態]
 次に、本発明の第3実施形態に係る積層型全固体二次電池について説明する。
 図5は、第3実施形態に係る積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。図6は、図5のVI-VI線断面図である。なお、第3実施形態の説明では、第1実施形態の積層型全固体二次電池311と重複する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
 図5及び図6に示すように、本実施形態の積層型全固体二次電池313では、積層体320の第1側面321に正極外部電極363が付設されている。積層体320の第2側面322には負極外部電極373が付設されている。
 正極外部電極363は、第3側面323及び第4側面324に延出した側面副電極を有さず、上面325に延出した上面副電極363bと、下面326に延出した下面副電極363cを有する断面形状がコ形状の電極である。上面副電極363bの端部(正極外部電極363の上端部)は、負極340(負極340の上面)に対向しない位置にある。下面副電極363cの端部(正極外部電極363の下端部)は、負極340(負極340の下面)に対向しない位置にある。
 負極外部電極373は、第3側面323及び第4側面324に延出した側面副電極を有さず、上面325に延出した上面副電極373bと、下面326に延出した下面副電極373cを有する断面形状がコ形状の電極である。上面副電極373bの端部(負極外部電極373の上端部)は、正極330(正極330の上面)に対向しない位置にある。下面副電極373cの端部(負極外部電極371の下端部)は、正極330(正極330の下面)に対向しない位置にある。
 本実施形態の積層型全固体二次電池313では、矢印Pで示すように、負極340の寄生容量の発生箇所が、正極外部電極362と負極340との間の1カ所に抑制される。また、矢印Qで示すように、正極330の寄生容量の発生箇所が、負極外部電極372と正極330との間の1カ所に抑制される。このように、本実施形態の積層型全固体二次電池313は、寄生容量の発生が第1実施形態の積層型全固体二次電池311と比較してさらに抑制されるため、パルス放電サイクル特性と充放電容量がさらに向上する。
[第4実施形態]
 次に、本発明の第4実施形態に係る積層型全固体二次電池について説明する。
 図7は、第4実施形態に係る積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。図8は、図7のVIII-VIII線断面図である。なお、第4実施形態の説明では、第1実施形態の積層型全固体二次電池311と重複する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
 図7及び図8に示すように、本実施形態の積層型全固体二次電池314では、積層体320の第1側面321に正極外部電極364が付設されている。積層体320の第2側面322には負極外部電極374が付設されている。
 正極外部電極364は、下面326に延出した下面副電極364cを有する断面形状がL形状の電極である。下面副電極364cの端部(正極外部電極364の下端部)は、負極340(負極340の下面)に対向しない位置にある。正極外部電極364は、第3側面323及び第4側面324に延出した側面副電極を有さず、また第1実施形態の積層型全固体二次電池311における上面副電極361bを有しない。
 負極外部電極374は、下面326に延出した下面副電極374cを有する断面形状がL形状の電極である。下面副電極374cの端部(負極外部電極374の下端部)は、正極330(正極330の下面)に対向しない位置にある。負極外部電極374は、第3側面323及び第4側面324に延出した側面副電極を有さず、また第1実施形態の積層型全固体二次電池311における上面副電極371bを有しない。
 本実施形態の積層型全固体二次電池314では、矢印Pで示すように、負極340の寄生容量の発生箇所が、正極外部電極364と負極340との間の1カ所に抑制される。また、矢印Qで示すように、正極330の寄生容量の発生箇所が、負極外部電極372と正極330との間の1カ所に抑制される。このように、本実施形態の積層型全固体二次電池314は、寄生容量の発生が第3実施形態の積層型全固体二次電池313と同様に抑制されるため、パルス放電サイクル特性と充放電容量がさらに向上する。
[第5実施形態]
 次に、本発明の第5実施形態に係る積層型全固体二次電池について説明する。
 図9は、第5実施形態に係る積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。図10は、図9のX-X線断面図である。なお、第5実施形態の説明では、第1実施形態の積層型全固体二次電池311と重複する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
 図9及び図10に示すように、本実施形態の積層型全固体二次電池315では、積層体320の第1側面321に正極外部電極365が付設されている。積層体320の第2側面322には負極外部電極375が付設されている。
 正極外部電極365は、断面形状がI形状の電極であり、第3側面323及び第4側面324に延出した側面副電極を有さず、また第1実施形態の積層型全固体二次電池311における上面副電極361bと下面副電極361cを有しない。
 負極外部電極375は、断面形状がI形状の電極であり、第3側面323及び第4側面324に延出した側面副電極aを有さず、また第1実施形態の積層型全固体二次電池311における上面副電極371bと下面副電極371cを有しない。
 本実施形態の積層型全固体二次電池315では、矢印Pで示すように、負極340の寄生容量の発生箇所が、正極外部電極365と負極340との間の1カ所に抑制される。また、矢印Qで示すように、正極330の寄生容量の発生箇所が、負極外部電極375と正極330との間の1カ所に抑制される。このように、本実施形態の積層型全固体二次電池315は、寄生容量の発生が第3実施形態の積層型全固体二次電池313と同様に抑制されるため、パルス放電サイクル特性と充放電容量がさらに向上する。
 以上に述べた本実施形態の積層型全固体二次電池311~315によれば、正極外部電極361~365の側端部が負極340の側端部と対向しない位置にあり、負極外部電極371~375の側端部が正極330の側端部と対向しない位置にあるので、正極外部電極361~365の側端部と負極340との間の寄生容量及び負極外部電極371~375の側端部と正極330との間の寄生容量の発生を抑制することができる。このため、本実施形態の積層型全固体二次電池311~315は、充放電容量及びパルス放電サイクル特性が向上する。
[従来の積層型全固体二次電池]
 まず初めに、従来の積層型全固体二次電池について説明する。
 図32は、従来の積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。図33は、図32のXVIII-XVIII線断面図である。
 図32及び図33に示すように、積層型全固体二次電池10は、正極30と負極40とが、固体電解質層50を介して積層された積層体を焼結させた積層焼結体20を含む。正極30は、正極集電体層31と正極活物質層32とを有する。負極40は、負極集電体層41と負極活物質層42とを有する。積層焼結体20は、6面体であり、積層方向に対して平行な面として形成された4つの側面(第1側面21、第2側面22、第3側面23、第4側面24)と、積層方向と直交する面として上方に形成された上面25及び下方に形成された下面26を有する。第1側面21には正極集電体層が露出し、第2側面22には負極集電体層が露出している。第3側面23は、上面25を上にして第1側面21側から見て右側の側面であり、第4側面24は、上面25を上にして第1側面21側から見て左側の側面である。
 積層焼結体20の第1側面21には、正極集電体層31に電気的に接続する正極外部電極60が付設されている。正極外部電極60は、下面26に延出した下面副電極60aと、上面25に延出した上面副電極60bと、第3側面23及び第4側面24に延出した側面副電極60cを有する。すなわち、正極外部電極60は、断面形状がコの字状であって、5つの面を有する。下面副電極60a端部(正極外部電極60の下端部)は、負極40(負極40の下面)に対向する位置にある。上面副電極60bの端部(正極外部電極60の上端部)は、負極40(負極40の上面)に対向する位置にある。側面副電極60cの端部(正極外部電極60の側端部)は、負極40(負極40の側面)に対向する位置にある。ここで、対向する位置とは、例えば、下面副電極60aと負極40の場合、積層型全固体二次電池10を透視した場合に、下面副電極60aと負極40とが重なり合う位置を意味する。
 積層焼結体20の第2側面22には、負極集電体層41に電気的に接続する負極外部電極70が付設されている。負極外部電極70は、第3側面23及び第4側面24に延出した側面副電極70cと、上面25に延出した上面副電極70bと、下面26に延出した下面副電極70aの面を有する。すなわち、負極外部電極70は断面形状がコの字状であって、5つの面を有する。下面副電極70aの端部(負極外部電極70の下端部)は、正極30(正極30の下面)に対向する位置にある。上面副電極70bの端部(負極外部電極70の上端部)は、正極30(正極30の上面)に対向する位置にある。側面副電極70cの端部(負極外部電極70の側端部)は、正極30(正極30の側面)に対向する位置にある。
 積層型全固体二次電池10では、矢印Pで示すように、負極40の寄生容量の発生箇所が、正極外部電極60、下面副電極60a及び側面副電極60cと負極40との間の4カ所である。また、矢印Qで示すように、正極30の寄生容量の発生箇所が、負極外部電極70、下面副電極70a及び側面副電極70cと正極30との間の4カ所である。このため、積層型全固体二次電池10では充放電容量が低下しやすい。また、積層型全固体二次電池10では正極外部電極60と負極外部電極70が積層焼結体20の外面に設けられているため、積層焼結体20よりも体積が大きくなり、単位体積当たりの充放電容量が低下する。
[第6実施形態]
 次に、本発明の第6実施形態に係る積層型全固体二次電池について説明する。
 図13は、第6実施形態に係る積層型全固体二次電池の模式図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。図14は、図13のII-II線断面図である。なお、第6実施形態の説明では、従来の積層型全固体二次電池10と重複する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
 図13及び図14に示すように、本実施形態の積層型全固体二次電池11では、積層焼結体20の第1側面21に正極外部電極61が付設されている。正極外部電極61は、第1側面21に設けられた凹部21aに形成されている。積層焼結体20の第2側面22には負極外部電極71が付設されている。負極外部電極71は、第2側面22に設けられた凹部22aに形成されている。
 正極外部電極61は、上側の端部(積層焼結体20の上面25側の端部)が、正極30の上面に接する部分とされている。すなわち、正極外部電極61は、上側の端部が積層焼結体20の積層方向における上側の端部の内側(下側)とされていて、正極外部電極61の上側の端部が、負極40(負極40の上面)に対向しないようにされている。このため、正極外部電極61の上側の端部と負極40との間に寄生容量が発生しにくい。なお、正極外部電極61の上側の端部は、正極30の上面に接する部分から積層焼結体20の積層方向における上側の端部(上面25)までの範囲にあればよい。
 正極外部電極61は、回路基板との接続を容易にするために、下面26に延出した下面副電極61aを有する。すなわち、正極外部電極61は、断面形状がL字状であって、2つの面を有する。正極外部電極61は、従来の積層型全固体二次電池10における上面副電極60b、側面副電極60cを有しない。なお、正極外部電極61は、側面副電極の端部が負極40と対向しない位置にあれば側面副電極を有していてもよい。ここで、対向しない位置とは、積層型全固体二次電池11を透視した場合に、側面副電極と負極40とが重なり合わない位置を意味する。
 負極外部電極71は、上側の端部(積層焼結体20の上面25側の端部)が、正極30の上面の延長線に接する部分にある。すなわち、負極外部電極71は、上側の端部が積層焼結体20の積層方向における上側の端部の内側とされていて、負極外部電極71の上側の端部が、正極30の上面に対向しないようにされている。このため、負極外部電極71の上側の端部と正極30との間に寄生容量が発生しにくい。なお、負極外部電極71の上側の端部は、正極30の上面の延長線に接する部分から積層焼結体20の積層方向における上側の端部までの範囲にあればよい。
 負極外部電極71は、回路基板との接続を容易にするために、下面26に延出した下面副電極71aを有する。すなわち、負極外部電極71は、断面形状がL字状であって、2つの面を有する。負極外部電極71は、積層型全固体二次電池10における上面副電極70b、側面副電極70cを有しない。なお、負極外部電極71は、側面副電極の端部が正極30と対向しない位置にあれば側面副電極を有していてもよい。
 本実施形態の積層型全固体二次電池11では、従来の積層型全固体二次電池10と比較して、寄生容量の発生が抑制され、充放電反応以外での消費電流が低減するため、充放電容量が向上する。また、寄生容量の発生が抑制されることによって、充放電反応に伴う電流分布が均一となり、電池反応が均一に進行するようになる。その結果、充放電容量が向上する。また、本実施形態の積層型全固体二次電池11では正極外部電極61と負極外部電極71が積層焼結体20の内面に設けられているため、積層型全固体二次電池10よりも体積が小さくなり、単位体積当たりの充放電容量が増加する。
 積層型全固体二次電池11において、正極集電体層31、正極活物質層32、負極集電体層41、負極活物質層42、固体電解質層50、正極外部電極61、負極外部電極71の材料は、特に制限はなく、従来の積層型全固体二次電池で用いられている公知の材料を用いることができる。
 正極集電体層31及び負極集電体層41の材料は、導電率が大きい材料を用いることが好ましい。具体的には、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、銅、ニッケル等を用いることができる。
 正極活物質層32及び負極活物質層42は、電子を授受する正極活物質及び負極活物質を含む。この他、導電助剤や結着剤等を含んでもよい。正極活物質及び負極活物質は、リチウムイオンを効率的に挿入、脱離できることが好ましい。
 正極活物質及び負極活物質には、例えば、遷移金属酸化物、遷移金属複合酸化物を用いることが好ましい。具体的には、リチウムマンガン複合酸化物LiMnMa1-a(0.8≦a≦1、Ma=Co、Ni)、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、一般式:LiNiCoMn(x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV)、オリビン型LiMbPO(ただし、Mbは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素)、リン酸バナジウムリチウム(Li(PO又はLiVOPO)、LiMnO-LiMcO(Mc=Mn、Co、Ni)で表されるLi過剰系固溶体、チタン酸リチウム(LiTi12)、LiNiCoAl(0.9<s<1.3、0.9<t+u+v<1.1)で表される複合金属酸化物等を用いることができる。
 正極活物質及び負極活物質は、後述する固体電解質に合わせて、選択してもよい。例えば、固体電解質としてLi1+nAlTi2-n(PO(0≦n≦0.6)を用いる場合は、正極活物質及び負極活物質にLiVOPO及びLi(POのうち一方又は両方を用いることが好ましい。正極活物質層32及び負極活物質層42と固体電解質層50との界面における接合が、強固なものになる。また、正極活物質層32及び負極活物質層42と固体電解質層50との界面における接触面積を広くできる。
 固体電解質層50は固体電解質を含む。固体電解質としては、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を用いることが好ましい。具体的には例えば、La0.51Li0.34TiO2.94やLa0.5Li0.5TiOなどのペロブスカイト型化合物や、Li14Zn(GeOなどのリシコン型化合物、LiLaZr12などのガーネット型化合物、LiZr(POやLi1.3Al0.3Ti1.7(POやLi1.5Al0.5Ge1.5(POなどのナシコン型化合物、Li3.25Ge0.250.75やLiPSなどのチオリシコン型化合物、50LiSiO・50LiBOやLiS-PやLiO-Li-SiOなどのガラス化合物、LiPOやLi3.5Si0.50.5やLi2.9PO3.30.46などのリン酸化合物、Li2.9PO3.30.46(LIPON)やLi3.6Si0.60.4などのアモルファス、Li1.07Al0.69Ti1.46(POやLi1.5Al0.5Ge1.5(POなどのガラスセラミックスよりなる群から選択される少なくとも1種であることが望ましい。
 正極外部電極61及び負極外部電極71の材料としては、導電率が大きい導電材を用いることが好ましい。導電材としては、例えば、銀、金、プラチナ、アルミニウム、銅、スズ、ニッケルを用いることができる。
 次に、本実施形態の積層型全固体二次電池11の製造方法を、図15~図20を参照しながら説明する。図15は、本実施形態に係る積層型全固体二次電池の製造方法のフロー図である。図16は、本実施形態に係る積層型全固体二次電池の製造方法において用いるユニット積層体の模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のIVb-IVb線断面図である。図17は、図16のユニット積層体に溝を設けた状態を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のVb-Vb線断面図である。図18は、図17のユニット積層体の溝に電極を充填した状態を示す断面図である。図19は、図18のユニット積層体の電極に副電極を接続した充填した状態を示す断面図である。そして、図20のユニット積層体を切断した状態を示す断面図である。
 本実施形態の積層型全固体二次電池11の製造方法は、図15に示すように、ユニット積層体作製工程S01と、溝形成工程S02と、導電材充填工程S03と、副電極形成工程S04と、切断工程S05と、焼成工程S06とを有する。
 ユニット積層体作製工程S01では、図16に示すユニット積層体120を作製する。ユニット積層体120は、固体電解質層150a、負極ユニット145、固体電解質層150b、正極ユニット135、固体電解質層150cが、下面126側からこの順で積層された積層体である。ユニット積層体120は、6面体であり、積層方向に対して平行な面として形成された4つの側面(第1側面121、第2側面122、第3側面123、第4側面124)と、積層方向と直交する面として上方に形成された上面125及び下方に形成された下面126を有する。正極ユニット135は、正極集電体層131と正極活物質層132とを有する正極130を2枚以上、正極130の表面方向に沿って間隔部133を空けて並列したものである。負極ユニット145は、負極集電体層141と負極活物質層142とを有する負極140を2枚以上、負極140の平面方向に沿って間隔部143を空けて並列したものである。ユニット積層体120は、正極ユニット135の間隔部133と負極ユニット145の負極140とが対向し、負極ユニット145の間隔部133と正極ユニット135の正極130とが対向するように積層されている。ユニット積層体120は、積層方向の上下の両面にそれぞれ固体電解質層150a、150cを備えている。
 ユニット積層体120は、例えば、ユニット積層体120を構成する各部材のペーストを作製するペースト作製工程と、作製したペーストを用いて正極ユニット135と負極ユニット145を作製するユニット作製工程と、得られた正極ユニット135と負極ユニット145とを交互に積層して、積層構造体を作製する積層工程とを含む方法によって作製することができる。
<ペースト作製工程>
 ペースト作製工程では、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極集電体層、負極活物質層、外部電極の各部材をペースト化する。ペースト化の方法は、特に限定されないが、例えば、前記各部材の粉末とビヒクルとを混合することでペーストを作製することができる。ペーストを作製する際の混合装置としては、ビーズミル、遊星型ペースト混練機、自動擂潰機、三本ロールミル、ハイシェアミキサー、プラネタリーミキサー等の従来公知の混練装置を用いることができる。ここで、ビヒクルとは、液相における媒質の総称であり、溶媒、バインダー等が含まれる。各部材のペーストに含まれるバインダーは特に限定されないが、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、テルピネオール樹脂、エチルセルロース樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等を用いることができる。これらの樹脂は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 また、各材料のペーストは可塑剤を含んでいてもよい。可塑剤の種類は特に限定されないが、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジイソノニル等のフタル酸エステル等を使用してもよい。
 係る方法により、正極集電体層用ペースト、正極活物質層用ペースト、固体電解質層用ペースト、負極活物質層用ペースト、負極集電体層用ペーストを作製する。
<ユニット作製工程>
 正極ユニット135は、次のようにして作製することができる。
 まず、作製した固体電解質層用ペーストをポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の基材上に所望の厚みで塗布し、乾燥して、固体電解質層用グリーンシートを作製する。固体電解質層用ペーストの塗布方法は、特に限定されず、ドクターブレード法、ダイコーター法、コンマコーター法、グラビアコーター法等の公知の方法を採用することができる。次いで固体電解質層用グリーンシートの上に、正極活物質層用ペースト、正極集電体層用ペースト、正極活物質層用ペーストをこの順にスクリーン印刷法によって印刷し、乾燥することによって、正極活物質層132、正極集電体層131、正極活物質層132がこの順で積層された正極130を形成する。さらに、固体電解質層用グリーンシートと正極との段差を埋めるために、正極以外の領域(余白マージン)に固体電解質層用ペーストをスクリーン印刷法によって印刷し、乾燥することによって、正極と同等の高さの固体電解質層を形成する。そして、基材を剥離することによって、固体電解質層用グリーンシートの上に正極130が形成された正極ユニット135が得られる。
 負極ユニット145は、正極集電体層用ペーストと正極活物質層用ペーストの代わりに、負極活物質層用ペーストと負極集電体層用ペーストを用いること以外は、上記の正極ユニットの作製方法と同様にして作製することができる。
<積層工程>
 積層工程では、正極ユニットと負極ユニットを交互に積層する。これによって、正極ユニットと負極ユニットとを複数含む積層構造体が作製される。
 さらに作製した積層構造体を一括して金型プレス、温水等方圧プレス(WIP)、冷水等方圧プレス(CIP)、静水圧プレス等で加圧して圧着させ、正極ユニットと負極ユニットの密着性を高めることができる。加圧は加熱しながら行う方が好ましく、例えば40~95℃で実施することができる。
 次いで、溝形成工程S02では、図17に示すように、下面126側から、ユニット積層体120の積層方向に沿って、正極ユニット135の間隔部133を通って、負極140を切断する第1の溝161と、負極ユニット145の間隔部を通って、正極130を切断する第2の溝162とを設ける。
 第1の溝161及び第2の溝162の深さは、同じであることが好ましい。第1の溝161及び第2の溝162の深さは、図17では上面125側の固体電解質層150cと正極ユニット135とが接する界面までの深さとされているが、その界面を超える深さであってもよい。
 ユニット積層体120に溝を形成する方法としては、ダイシングソー装置、微細レーザー加工機を用いることができる。
 導電材充填工程S03では、図18に示すように、第1の溝161と第2の溝162とに、導電材163を充填する。第1の溝161及び第2の溝162に導電材を充填する方法としては、導電材のペーストを第1の溝161及び第2の溝162にスクリーン印刷で充填し、次いで導電材のペーストを加熱して乾燥させる方法を用いることができる。
 副電極形成工程S04では、図19に示すように、ユニット積層体120の下面の表面に、導電材163に電気的に接続する副電極164を形成する。副電極164の材料は、導電材163の材料と同じであることが好ましい。
 副電極164を形成する方法としては、導電材のペーストを塗布し、次いで導電材のペーストを加熱して乾燥させる方法を用いることができる。
 切断工程S05では、図20に示すように、導電材163を充填した第1の溝161と導電材163を充填した第2の溝162に、ユニット積層体120を貫通する切り込み165を入れて、ユニット積層体120を積層方向に沿って切断する。これによりユニット積層体片(未焼成の積層型全固体二次電池11)が得られる。
 ユニット積層体120に切り込み165を入れる方法としては、ダイシングブレード、微細レーザー加工機を用いることができる。
 焼成工程S06では、前記ユニット積層体片を焼成して、焼結させることによって、積層型全固体二次電池11を生成させる。焼成条件は、例えば、窒素雰囲気下で600℃以上1000℃以下の温度である。焼成時間は、例えば、0.1時間以上3時間以下の範囲内である。還元雰囲気であれば、窒素雰囲気の代わりに、例えば、アルゴン雰囲気、窒素水素混合雰囲気で焼成を行ってもよい。
 焼成工程の前に、焼成工程とは別の工程として脱バインダー処理を行うことができる。焼成前にユニット積層体片に含まれるバインダー成分を加熱分解することで、焼成工程におけるバインダー成分の急激な分解を抑制することができる。脱バインダー処理は、例えば、窒素雰囲気下で300℃~800℃の範囲の温度で、0.1~10時間にわたって行われる。還元雰囲気であれば、窒素雰囲気の代わりに、例えば、アルゴン雰囲気、窒素水素混合雰囲気で脱バインダー処理を行ってもよい。
[第7実施形態]
 次に、本発明の第7実施形態に係る積層型全固体二次電池12について説明する。
 図26は第7実施形態に係る積層型全固体二次電池の断面図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。図27は、第7実施形態に係る積層型全固体二次電池のII-II線断面図である。なお、第7実施形態の説明では、第6実施形態の積層型全固体二次電池11と重複する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
 図27に示すように、本実施形態の積層型全固体二次電池12は、積層焼結体20の第1側面21に正極外部電極62が付設されて、第2側面22には負極外部電極72が付設されている。正極外部電極62及び負極外部電極72はそれぞれ、下面副電極62a及び下面副電極72aを有し、断面形状がL字状とされている点で、第6実施形態の積層型全固体二次電池11と共通する。一方、本実施形態の積層型全固体二次電池12では、下面副電極62a及び下面副電極72aが、積層焼結体20の下面26に埋設されている点で、第6実施形態の積層型全固体二次電池11と相違する。
 本実施形態の積層型全固体二次電池12では、正極外部電極62の下面副電極62a及び負極外部電極72の下面副電極72aが、積層焼結体20の下面26に埋設されているので、体積が第6実施形態の積層型全固体二次電池11と比較してより小さくなる。このため、本実施形態の積層型全固体二次電池13は、体積エネルギー密度が向上する。
[第8実施形態]
 次に、本発明の第8実施形態に係る積層型全固体二次電池13について説明する。
 図28は第8実施形態に係る積層型全固体二次電池の断面図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。図29は、第8実施形態に係る積層型全固体二次電池のII-II線断面図である。なお、第8実施形態の説明では、第6実施形態の積層型全固体二次電池11と重複する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
 図29に示すように、本実施形態の積層型全固体二次電池13は、正極外部電極63および負極外部電極73がそれぞれ下面副電極を有しない点で、第6実施形態の積層型全固体二次電池11と相違する。
 本実施形態の積層型全固体二次電池13では、正極外部電極63の下面副電極61aと負極40の下面との間で寄生容量が発生しにくくなる。また、負極外部電極71の下面副電極71aと正極30の下面との間で寄生容量が発生しにくくなる。このため、本実施形態の積層型全固体二次電池13は、充放電容量が向上する。
[第9実施形態]
 次に、本発明の第9実施形態に係る積層型全固体二次電池14について説明する。
  図30は第9実施形態に係る積層型全固体二次電池の断面図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は下から見た底面図である。図31は、第9実施形態に係る積層型全固体二次電池のII-II線断面図である。なお、第9実施形態の説明では、第6実施形態の積層型全固体二次電池11と重複する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
 図31に示すように、本実施形態の積層型全固体二次電池14は、正極外部電極64の下方の端部が負極40の下面の延長線に接する部分にあり、負極外部電極74の下方の端部が負極40の下面に接する部分とされていて、正極外部電極64および負極外部電極74の下端部が、積層型全固体二次電池14の下面に露出していない点で、第6実施形態の積層型全固体二次電池11と相違する。
 本実施形態の積層型全固体二次電池14では、負極外部電極74の下方部分と正極30との間で寄生容量が発生しにくくなる。このように、本実施形態の積層型全固体二次電池14は、寄生容量の発生が第6実施形態の積層型全固体二次電池11と比較してさらに抑制されて、充放電容量がより向上する。
 次に、第9実施形態の積層型全固体二次電池14の製造方法を説明する。本実施形態の積層型全固体二次電池14の製造方法は、ユニット積層体作製工程S11と、溝形成工程S12と、導電材充填工程S13と、固体電解質層形成工程S14と、切断工程S15と、焼成工程S16とを有する。
 ユニット積層体作製工程S11では、図21に示すユニット積層体220を作製する。ユニット積層体220は、固体電解質層150a、正極ユニット135、固体電解質層150b、負極ユニット145が、下面226側からこの順で積層された積層体である。ユニット積層体220は、6面体であり、積層方向に対して平行な面として形成された4つの側面と、積層方向と直交する面として上方に形成された上面225及び下方に形成された下面226を有する。正極ユニット235は、正極集電体層231と正極活物質層232とを有する正極230を2枚以上、正極130の表面方向に沿って間隔部233を空けて並列したものである。負極ユニット245は、負極集電体層241と負極活物質層242とを有する負極140を2枚以上、負極240の平面方向に沿って間隔部143を空けて並列したものである。ユニット積層体220は、正極ユニット235の間隔部233と負極ユニット245の負極240とが対向し、負極ユニット145の間隔部133と正極ユニット135の正極130とが対向するように積層されている。ユニット積層体220は、積層方向の下方の表面(下面226)に固体電解質層250aを備えている。
 次いで、溝形成工程S12では、図22に示すように、固体電解質層250aが備えられている表面とは反対側の表面(上面225)から、ユニット積層体120の積層方向に沿って、正極ユニット235の間隔部233を通って、負極140を切断する第1の溝261と、負極ユニット245の間隔部243を通って、正極130を切断する第2の溝262とを設ける。
 第1の溝261及び第2の溝262の深さは、同じであることが好ましい。第1の溝261及び第2の溝262の深さは、図17では下面226側の固体電解質層250aと負極ユニット245とが接する界面までの深さとされているが、その界面を超える深さであってもよい。
 導電材充填工程S13では、図23に示すように、第1の溝261と第2の溝262とに、導電材263を充填する。
 固体電解質層形成工程S14では、図24に示すように、ユニット積層体220の上面の表面に固体電解質層250cを形成する。固体電解質層250cの材料は、固体電解質層250aおよび固体電解質層250bの材料と同じであることが好ましい。
 固体電解質層250cを形成する方法としては、固体電解質のペーストを塗布し、次いで固体電解質のペーストを加熱して乾燥させる方法を用いることができる。
 切断工程S15では、図25に示すように、導電材263を充填した第1の溝261と導電材263を充填した第2の溝262に、ユニット積層体220を貫通する切り込み165を入れて、ユニット積層体220を積層方向に沿って切断する。これによりユニット積層体片(未焼成の積層型全固体二次電池14)が得られる。
 焼成工程S16では、前記ユニット積層体片を焼成して、焼結させることによって、積層型全固体二次電池14を生成させる。
 以上に述べた第6~第9実施形態の積層型全固体二次電池11~14によれば、正極外部電極61、62、64が積層焼結体20の積層方向における上側の端部の内側(下側)とされているので、正極外部電極61、62、63、64は、図33に示す従来の積層型全固体二次電池10において、負極外部電極70の上面副電極70bと正極30との間での発生していた寄生容量が回避される。また、同様に、負極外部電極71、72、73、74は、図33に示す従来の積層型全固体二次電池10において、正極外部電極60の下面副電極60aと負極40との間で発生していた寄生容量が回避される。
  また、本実施形態6~9の積層型全固体二次電池によれば、負極外部電極と負極集電体とが良好に接合した状態の未焼成の積層型全固体電池を焼成することで、正極外部電極と正極集電体とが、また負極外部電極と負極集電体とが、焼成後においても良好な接合性を得ることができ、従来の積層型全固体二次電池に比べサイクル特性が向上する
 以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
 例えば、第1実施形態~第5実施形態の積層型全固体二次電池311~315では、正極330と負極340とがそれぞれ1個とされているが、正極330と負極340の個数に特に制限はなく、複数個の正極330と負極340とをそれぞれ交互に積層してもよい。複数個の正極330と負極340とを積層する場合は、正極外部電極の副電極の先端部は、当該副電極と前記積層方向において最も近い位置に積層された負極の主面と対向しない位置にあるようにすることが好ましい。また、負極外部電極の副電極の先端部は、当該副電極と前記積層方向において最も近い位置に積層された前記正極の主面と対向しない位置にあるようにすることが好ましい。これにより、正極外部電極の副電極と負極との間の寄生容量及び負極外部電極の副電極と正極との間の寄生容量の発生を抑制することができる。
 また、第6~第9実施形態の積層型全固体二次電池11~14では、正極30と負極40とがそれぞれ1個とされているが、正極30と負極40の個数に特に制限はなく、複数個の正極30と負極40とをそれぞれ交互に積層してもよい。
 また、第6~第9実施形態の積層型全固体二次電池11~14では、正極外部電極61、62、64及び負極外部電極71、72、74の上側の端部(積層焼結体20の上面25側の端部)が、積層焼結体20の積層方向における上側の端部の内側(下側)とされているが、これに限定されるものではない。正極外部電極61、62、64及び負極外部電極71、72、74の下側の端部(積層焼結体20の下面26側の端部)が、積層焼結体20の積層方向における下側の端部の内側(上側)とされていてもよい。
 以下、前記の実施形態に基づいて、さらに実施例及び比較例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。なお、ペーストの作製における材料の仕込み量の「部」表示は、断りのない限り、「質量部」を意味する。
[実施例1]
<ペースト作製工程>
(固体電解質層用ペーストの作製)
 固体電解質粉末として、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO粉末を用いた。 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO粉末は、以下の方法で作製した。
 まず、LiCO粉末Al粉末TiO粉末とNHPO粉末とを出発材料として、ボールミルで湿式混合を行った後、脱水乾燥して粉末混合物を得た。次いで、得られた粉末混合物を大気中で仮焼して仮焼粉末を得た。得られた仮焼粉末を、ボールミルで湿式粉砕を行いLi1.3Al0.3Ti1.7(PO粉末を得た。
 上記Li1.3Al0.3Ti1.7(PO粉末100部に対して、溶媒としてエタノール100部、トルエン200部を加えてボールミルで湿式混合した。その後、系バインダー16部とフタル酸ベンジルブチル4.8部をさらに投入し、湿式混合して固体電解質層用ペーストを作製した。
(正極活物質層用ペースト及び負極活物質層用ペーストの作製)
 正極活物質粉末及び負極活物質粉末として、Li(PO粉末を用いた。 Li(PO粉末は、以下の方法で作製した。
 まず、LiCO粉末V粉末とNHPOとを出発材料とし、ボールミルで湿式混合を行った後、脱水乾燥して粉末混合物を得た。次いで、得られた粉末混合物を850℃で仮焼して仮焼粉末を得た。得られた仮焼粉末をボールミルで湿式粉砕を行いLi(PO粉末を得た。
 上記Li(PO粉末100部に対して、バインダー15部と、溶媒としてジヒドロテルピネオール65部とを加えて、混合・分散して正極活物質層用ペースト及び負極活物質層用ペーストを作製した。
(正極集電体層用ペースト及び負極集電体層用ペーストの作製)
 正極集電体層及び負極集電体層の材料として、Cu粉末100部に対して、バインダー10部と、溶媒としてジヒドロテルピネオール50部とを加えて混合・分散し、正極集電体層用ペースト及び負極集電体層用ペーストを作製した。
(外部電極用導電材ペーストの作製)
 Cu粉末100部に対し、溶媒としてジヒドロテルピネオール20部を加えて混合・分散し、外部電極用導電材ペーストを作製した。
 これらのペーストを用いて、以下のようにして積層型全固体二次電池を作製した。
(正極ユニットの作製)
 基材であるPETフィルムの上に、固体電解質層用ペーストをドクターブレード法により塗布し、乾燥させることにより、固体電解質層用グリーンシートを形成した。次いで、固体電解質層用グリーンシートの上に、正極活物質層用ペースト、正極集電体層用ペースト、正極活物質層用ペーストをこの順にスクリーン印刷法によって印刷し、正極活物質層、正極集電体層、正極活物質層がこの順で積層された正極用グリーンシートを形成した。次いで、正極以外の余白マージンに、固体電解質層用ペーストをスクリーン印刷法によって前記正極と略同一平面の高さの固体電解質層を形成し、乾燥させた。そして、得られた積層体をPETフィルムから剥離して、正極ユニットを作製した。
(負極ユニットの作製)
 正極集電体層用ペーストと正極活物質層用ペーストの代わりに、負極活物質層用ペーストと負極集電体層用ペーストを用いること以外は、上記の正極ユニットの作製方法と同様にして負極ユニットを作製した。
<積層工程>
 正極ユニットと負極ユニットを交互に複数積層した。次いで、得られた積層体の両主面に、固体電解質層用グリーンシートを複数積層して、積層構造体を得た。得られた積層構造体は、金型プレスにより熱圧着した。
 なお、固体電解質層用グリーンシートは、PETフィルムの上に、固体電解質層用ペーストをドクターブレード法により塗布し、乾燥することによって作製した。
<切断工程・焼成工程>
 得られた積層構造体を、一つの端面から正極集電体層が露出し、その端面と反対側の単面から負極集電体層が露出するように切断した。次いで、切断した積層構造体を、800℃で1時間焼成して、積層体320を得た。得られた積層体320のサイズは、縦5.5mm×横4.0mm×厚さ1.0mmであった。
<外部電極形成工程>
 焼成工程で得られた積層体320の第1側面321と第2側面322の全面と、上面325の第1側面321側の端部から1mmの範囲及び第2側面322側の端部から1mmの範囲と、下面326の第1側面321側の端部から1mmの範囲及び第2側面322側の端部から1mmの範囲とに対して、外部電極用導電性Cuペーストをスクリーン印刷法によって塗布し、還元雰囲気にて500℃で焼き付けた。なお、積層体320の第3側面323と第4側面324には、外部電極用導電性Cuペーストは塗布しなかった。こうして、上面副電極361b、371bと下面副電極361c、371cとを有し、正極外部電極361及び負極外部電極371の断面形状がコ形状である第1実施形態に係る積層型全固体二次電池311を作製した。
[実施例2]
 積層体320の上面325に外部電極用導電性Cuペーストを塗布しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、正極外部電極362及び負極外部電極372の断面形状がL形状である第2実施形態に係る積層型全固体二次電池312を作製した。
[実施例3]
 積層体320の上面325の外部電極用導電性Cuペーストの塗布範囲を、第1側面321側の端部から0.4mmの範囲と、第2側面322側の端部から0.4mmの範囲としたこと、さらに積層体320の下面326の外部電極用導電性Cuペーストの塗布範囲を、第1側面321側の端部から0.4mmの範囲と、第2側面322側の端部から0.4mmの範囲としたこと以外は、実施例1と同様にして、正極外部電極363及び負極外部電極373の断面形状がコ形状である第3実施形態に係る積層型全固体二次電池313を作製した。
[実施例4]
 積層体320の上面325に外部電極用導電性Cuペーストを塗布しなかったこと、さらに積層体320の下面326の外部電極用導電性Cuペーストの塗布範囲を、第1側面321側の端部から0.4mmの範囲と、第2側面322側の端部から0.4mmの範囲としたこと以外は、実施例1と同様にして、正極外部電極364及び負極外部電極374の断面形状がL形状である第4実施形態に係る積層型全固体二次電池314を作製した。
[実施例5]
 積層体320の上面325と下面326に外部電極用導電性Cuペーストを塗布しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、正極外部電極365及び負極外部電極375の断面形状がI形状である第5実施形態に係る積層型全固体二次電池315を作製した。
[比較例1]
 積層体320の第3側面323及び第4側面の第1側面321側の端部から1mmの範囲と、第2側面322側の端部から1mmの範囲に対して、外部電極用導電性Cuペーストをディップコート法で塗布し、乾燥して、積層体320の第3側面323及び第4側面に側面副電極360a、370aを形成したこと以外は、実施例1と同様にして、図11、12に示す従来の積層型全固体二次電池310を作製した。
[評価]
 実施例1~5及び比較例1で作製した積層型全固体二次電池について、下記の方法により、初回充放電容量、パルス放電サイクル特性、充放電サイクル特性、実装せん断強度を測定した。その結果を、正負極の外部電極の構造と電極面数と共に、下記の表1に示す。
<初回充放電容量>
 初回充放電容量の測定は、25℃の環境下にて行った。充電容量は、0.1Cの定電流で1.6Vの電池電圧になるまで印加し、3時間保持したときの容量を測定した。放電容量は、充電後、0.2Cの定電流で0Vの電池電圧になるまで放電を行うことによって測定した。表1に、1回目の放電容量(初回放電容量)を示す。なお、放電容量は、比較例1で作製した積層型全固体二次電池の放電容量を100とした相対値である。
<パルス放電サイクル特性>
 パルス放電サイクル特性は、25℃の環境下において、初回充放電容量の測定と同様の充電条件で充電を行い、その後、20Cの大電流で1秒間放電し、59秒間の休止を1.2Vの電池電圧になるまで繰り返すことで、パルス放電サイクル数を測定した。
<充放電サイクル特性>
 前記の初回充放電容量の測定を1サイクルとし、これを1000サイクルまで繰り返した後の充放電容量維持率を充放電サイクル特性として評価した。なお、本実施形態における充放電サイクル特性は、以下の計算式によって算出した。
 1000サイクル後の充放電容量維持率[%]=(1000サイクル後の放電容量÷初回放電容量)×100
<実装せん断強度>
 実施例及び比較例で作製した積層型全固体二次電池を、ガラスエポキシ基板上のランド電極の上に搭載し、リフローはんだ付けすることで前記ガラスエポキシ基板上に実装した。実装した積層型全固体二次電池は、せん断強度試験機を用いて前記積層型全固体二次電池の側面から、0.15mm/秒の速度でロードセルを作動させて真横から応力を加えて、ガラスエポキシ基板から積層型全固体二次電池を剥離させ、ガラスエポキシ基板から積層型全固体二次電池が剥離したときに加えた応力を実装せん断強度として測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 正極外部電極361~365の側端部(側面副電極361a~365a)が負極340の側端部と対向しない位置にあり、負極外部電極371~375の側端部(側面副電極371a~375a)が正極330の側端部と対向しない位置にある実施例1~5の積層型全固体二次電池は、初回充放電容量、パルス放電サイクル特性、充放電サイクル特性のいずれについても、比較例1の積層型全固体二次電池と比較して向上した。
 特に、正極外部電極363~365の上端部及び下端部が負極340と対向しない位置にあり、負極外部電極373~375の上端部及び下端部が正極330と対向しない位置にある実施例3~5の積層型全固体二次電池は、初回充放電容量、パルス放電サイクル特性、充放電サイクル特性のいずれについても向上した。ただし、上面副電極及び下面副電極を有しない実施例5の積層型全固体二次電池は、実装せん断強度が低下した。
[実施例6]
<ペースト作製工程>
(固体電解質層用ペーストの作製)
 固体電解質粉末として、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO粉末を用いた。 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO粉末は、以下の方法で作製した。
 まず、LiCO粉末Al粉末TiO粉末とNHPO粉末とを出発材料として、ボールミルで湿式混合を行った後、脱水乾燥して粉末混合物を得た。次いで、得られた粉末混合物を大気中で仮焼して仮焼粉末を得た。得られた仮焼粉末を、ボールミルで湿式粉砕を行いLi1.3Al0.3Ti1.7(PO粉末を得た。
 上記Li1.3Al0.3Ti1.7(PO粉末100部に対して、溶媒としてエタノール100部、トルエン200部を加えてボールミルで湿式混合した。その後、系バインダー16部とフタル酸ベンジルブチル4.8部をさらに投入し、湿式混合して固体電解質層用ペーストを作製した。
(正極活物質層用ペースト及び負極活物質層用ペーストの作製)
 正極活物質粉末及び負極活物質粉末として、Li(PO粉末を用いた。
 Li(PO粉末は、以下の方法で作製した。
 まず、LiCO粉末V粉末とNHPOとを出発材料とし、ボールミルで湿式混合を行った後、脱水乾燥して粉末混合物を得た。次いで、得られた粉末混合物を850℃で仮焼して仮焼粉末を得た。得られた仮焼粉末をボールミルで湿式粉砕を行いLi(PO粉末を得た。
 上記Li(PO粉末100部に対して、バインダー15部と、溶媒としてジヒドロテルピネオール65部とを加えて、混合・分散して正極活物質層用ペースト及び負極活物質層用ペーストを作製した。
(正極集電体層用ペースト及び負極集電体層用ペーストの作製)
 正極集電体層及び負極集電体層の材料として、Cu粉末100部に対して、バインダー10部と、溶媒としてジヒドロテルピネオール50部とを加えて混合・分散し、正極集電体層用ペースト及び負極集電体層用ペーストを作製した。
(外部電極用導電材ペーストの作製)
 Cu粉末100部に対し、溶媒としてジヒドロテルピネオール20部を加えて混合・分散し、外部電極用導電材ペーストを作製した。
 これらのペーストを用いて、以下のようにして積層型全固体二次電池を作製した。
(正極ユニットの作製)
 基材であるPETフィルムの上に、固体電解質層用ペーストをドクターブレード法により塗布し、乾燥させることにより、固体電解質層用グリーンシートを形成した。次いで、固体電解質層用グリーンシートの上に、正極活物質層用ペースト、正極集電体層用ペースト、正極活物質層用ペーストをこの順にスクリーン印刷法によって印刷し、正極活物質層、正極集電体層、正極活物質層がこの順で積層された正極用グリーンシートを形成した。次いで、正極以外の余白マージンに、固体電解質層用ペーストをスクリーン印刷法によって前記正極と略同一平面の高さの固体電解質層を形成し、乾燥させた。そして、得られた積層体をPETフィルムから剥離して、正極ユニットを作製した。
(負極ユニットの作製)
 正極集電体層用ペーストと正極活物質層用ペーストの代わりに、負極活物質層用ペーストと負極集電体層用ペーストを用いること以外は、上記の正極ユニットの作製と同様にして負極ユニットを作製した。
<ユニット積層体作製工程>
 正極ユニットと負極ユニットを交互に複数積層した。次いで、得られた積層体の両主面に、固体電解質層用グリーンシートを複数積層して、ユニット積層体を得た。得られたユニット積層体は、金型プレスにより熱圧着した。
 なお、固体電解質層用グリーンシートは、PETフィルムの上に、固体電解質層用ペーストをドクターブレード法により塗布し、乾燥することによって作製した。
<溝形成工程>
 次に、図17に示すように、得られたユニット積層体120の上面側から、第1の溝161及び第2の溝162を、微細レーザー加工機を用いて形成した。
<導電材充填工程>
 次に、図18に示すように、第1の溝161及び第2の溝162に、外部電極用導電材ペーストをスクリーン印刷法によって充填し、次いで乾燥した。こうして、第1の溝161及び第2の溝162に導電材を充填した。なお、1回のスクリーン印刷によって溝に外部電極用導電材ペーストを十分に充填できなかった場合は、複数回のスクリーン印刷を行った。
<副電極形成工程>
 次に、図19に示すように、ユニット積層体120の上面の表面に、上記の外部電極用導電材ペーストをスクリーン印刷法によって印刷し、乾燥して、副電極164を形成した。
<切断工程>
 次に、図20に示すように、導電材163を充填した第1の溝161と第2の溝162に、ユニット積層体120を貫通する切り込み165を、微細レーザー加工機を用いて入れて、ユニット積層体片(未焼成の積層型全固体二次電池)を得た。
<焼成工程>
 そして、得られたユニット積層体片を、窒素雰囲気下、昇温速度200℃/時間で750℃まで昇温し、その温度で2時間焼成した後、室温まで放冷した。焼成後に得られた積層型全固体二次電池11のサイズは、5.50mm×4.00mm×1.02mmであった。
[実施例7]
 副電極形成工程の前に、ユニット積層体120の導電材163を充填した第1の溝161と第2の溝162の周囲に、微細レーザー加工機を用いて溝を設け、副電極形成工程において、その溝に副電極を形成したこと以外は、実施例6と同様にして、第7実施形態に係る積層型全固体二次電池12を作製した。なお、焼成後に得られた積層型全固体二次電池12のサイズは、5.50mm×4.00mm×1.00mmであった。実施例7で得られた積層型全固体二次電池12は、溝に副電極が形成されているため、実施例6で得られた積層型全固体二次電池11よりも、高さが0.02mm低減された。
[実施例8]
 副電極を形成しなかったこと以外は、実施例6と同様にして、第8実施形態に係る積層型全固体二次電池13を作製した。なお、焼成後に得られた積層型全固体二次電池13のサイズは、5.50mm×4.00mm×1.00mmであった。実施例8で得られた積層型全固体二次電池13は、副電極が形成されていないため、実施例6で得られた積層型全固体二次電池11よりも、高さが0.02mm低減された。
[実施例9]
 ユニット積層体作製工程において、図24に示すように、ユニット積層体220を作製した後、上面225に固体電解質層を形成しなかったこと、導電材充填工程の後に副電極形成工程を行わずに、図27に示すように、ユニット積層体220の上面の表面に、固体電解質層250cを形成した(固体電解質層形成工程)こと以外は、実施例6と同様にして、第9実施形態に係る積層型全固体二次電池14を作製した。なお、焼成後に得られた積層型全固体二次電池14のサイズは、5.50mm×4.00mm×1.00mmmmであった。
[比較例2]
 実施例6のユニット積層体作製工程で得られたユニット積層体を切断し、得られたユニット積層体片を焼成して、図29、図30に示す積層焼結体20を得た。積層焼結体20のサイズは、5.50mm×4.00mm×1.00mmであった。
 積層焼結体20の第1側面21を、実施例6で使用した外部電極用導電材ペーストに負極40と対向する深さまで浸漬して、第1側面21に外部電極用導電材ペーストを塗布した。次いで、積層焼結体20の第2側面22を、外部電極用導電材ペーストに正極30と対向する深さまで浸漬して、第2側面22に外部電極用導電材ペーストを塗布した。塗布した外部電極用導電材ペーストを乾燥して、図29、30に示す従来の積層型全固体二次電池10を作製した。なお、得られた積層型全固体二次電池10のサイズは、5.54mm×4.04mm×1.04mmであった。比較例1で得られた積層型全固体二次電池10は、外部電極が積層焼結体20の外面上に形成されるため、外部電極の厚みによって実施例6~9で得られた積層型全固体二次電池11~14よりも体積が大きくなる。
[評価]
 実施例6~9及び比較例2で作製した積層型全固体二次電池について、下記の方法により、充放電容量、体積エネルギー密度、サイクル特性を測定した。その結果を、正負極の外部電極の断面形状と共に、下記の表2
に示す。
<充放電容量>
 初回充放電容量の測定は、25℃の環境下にて行った。充電容量は、0.1Cの定電流で1.6Vの電池電圧になるまで印加し、3時間保持したときの容量を測定した。放電容量は、充電後、0.2Cの定電流で0Vの電池電圧になるまで放電を行うことによって測定した。放電容量は、比較例2で作製した積層型全固体二次電池の放電容量を100とした相対値である。
<体積エネルギー密度>
 体積エネルギー密度は、以下の計算式により算出した。
 体積エネルギー密度(mWh/L)=初期放電容量(μAh)×平均放電電圧(V)÷積層型全固体二次電池の体積(mm
表2に比較例2で作製した積層型全固体二次電池の放電容量を100とした相対値を記す。
<充放電サイクル特性>
 前記の充放電容量の測定を1サイクルとし、これを1000サイクルまで繰り返した後の充放電容量維持率を充放電サイクル特性として評価した。なお、本実施形態における充放電サイクル特性は、以下の計算式によって算出した。
 1000サイクル後の充放電容量維持率[%]=(1000サイクル後の放電容量(μAh)÷初期放電容量(μAh))×100
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 正極外部電極61及び負極外部電極71の上側の端部が積層焼結体20の積層方向における上側の端部の内側(下側)とされている実施例6~9の積層型全固体二次電池は、比較例1の積層型全固体二次電池と比較して、充放電容量、体積エネルギー密度およびサイクル特性が向上した。
 特に、下面副電極62a及び下面副電極72aが、積層焼結体20の下面26に埋設されている実施例7の積層型全固体二次電池は、体積エネルギー密度が向上した。これは、下面副電極62a及び下面副電極72aが積層焼結体20の下面26に埋設されていることによって、積層型全固体二次電池の体積が実施例6より小さくなったためであると考えられる。
 本発明によれば充放電容量及びパルス放電サイクル特性およびサイクル特性が向上した積層型全固体二次電池を提供することが可能となる。
 310、311、312、313、314、315…積層型全固体二次電池、320…積層体、321…第1側面、322…第2側面、323…第3側面、324…第4側面、325…上面、326…下面、330…正極、331…正極集電体層、332…正極活物質層、340…負極、341…負極集電体層、342…負極活物質層、350…固体電解質層、360、361、362、363、364、365…正極外部電極、360a…側面副電極、360b、361b、363b…上面副電極、360c、361c、362c、363c、364c…下面副電極、370、371、372、373、374、375…負極外部電極、370a…側面副電極、370b、371b、373b…上面副電極、370c、371c、372c、373c、374c…下面副電極、10、11、12、13、14…積層型全固体二次電池、20…積層焼結体、21…第1側面、21a…凹部、22…第2側面、22a…凹部、23…第3側面、24…第4側面、25…上面、26…下面、30…正極、31…正極集電体層、32…正極活物質層、40…負極、41…負極集電体層、42…負極活物質層、50…固体電解質層、60、61、62、63、64…正極外部電極、60a、61a、62a…下面副電極、60b…上面副電極、60c…側面副電極、70、71、72、73、74…負極外部電極、70a、71a、72a…下面副電極、70b…上面副電極、70c…側面副電極、120…ユニット積層体、121…第1側面、122…第2側面、123…第3側面、124…第4側面、125…上面、126…下面、130…正極、131…正極集電体層、132…正極活物質層、133…間隔部、135…正極ユニット、140…負極、141…負極集電体層、142…負極活物質層、143…間隔部、145…負極ユニット、150a、150b、150c…固体電解質層、161…第1の溝、162…第2の溝、163…導電材、164…副電極、220…ユニット積層体、225…上面、226…下面、230…正極、231…正極集電体層、232…正極活物質層、233…間隔部、235…正極ユニット、240…負極、241…負極集電体層、242…負極活物質層、243…間隔部、245…負極ユニット、250a、250b、250c…固体電解質層、261…第1の溝、262…第2の溝、263…導電材

Claims (14)

  1.  正極集電体層と正極活物質層とを有する正極と、負極集電体層と負極活物質層とを有する負極とが、固体電解質層を介して積層された積層体であって、積層方向に対して平行な面として形成された側面を有し、前記側面は、正極集電体層が露出する第1側面と、負極集電体層が露出する第2側面を含む積層体と、
     前記第1側面に付設された正極外部電極と、
     前記第2側面に付設された負極外部電極と、を含み、
     前記正極外部電極は前記正極集電体層と電気的に接続し、かつ前記正極外部電極の側端部は、前記負極と対向しない位置にあり、前記負極外部電極は前記負極集電体層と電気的に接続し、かつ前記負極外部電極の側端部は、前記正極と対向しない位置にある積層型全固体二次電池。
  2.  前記積層体は、前記積層方向と直交する面として形成された上面及び下面を有し、
     前記正極外部電極及び前記負極外部電極はそれぞれ、前記上面又は前記下面の少なくとも一方の面に延出した副電極を有する請求項1に記載の積層型全固体二次電池。
  3.  前記正極外部電極の前記副電極の先端部は、当該副電極と前記積層方向において最も近い位置に積層された前記負極の主面と対向しない位置にある請求項2に記載の積層型全固体二次電池。
  4.  前記負極外部電極の前記副電極の先端部は、当該副電極と前記積層方向において最も近い位置に積層された前記正極の主面と対向しない位置にある請求項2に記載の積層型全固体二次電池。
  5.  前記第1側面と前記第2側面とが対向する位置にある請求項1~4のいずれか一項に記載の積層型全固体二次電池。
  6.  前記正極外部電極の側面副電極は、前記負極の側端部と対向しない位置にあり、前記負極外部電極は前記負極集電体層と電気的に接続し、かつ前記負極外部電極の側面副電極は、前記正極の側端部と対向しない位置にある請求項1に記載の積層型全固体二次電池。
  7.  前記積層体は、前記積層方向と直交する面として形成された上面及び下面を有し、前記正極外部電極及び前記負極外部電極は、上面副電極あるいは下面副電極を有する構成とする請求項6に記載の積層型全固体二次電池。
  8.  前記正極外部電極の前記上面副電極あるいは下面副電極の先端部は、当該上下副電極と前記積層方向において最も近い位置に積層された前記負極の主面と対向しない位置にある構成とする請求項7に記載の積層型全固体二次電池。
  9.  前記負極外部電極の前記上面副電極あるいは下面副電極の先端部は、当該副電極と前記積層方向において最も近い位置に積層された前記正極の主面と対向しない位置にある構成とする請求項7に記載の積層型全固体二次電池。
  10.  前記第1側面と前記第2側面とが対向する位置にある請求項6~9のいずれか一項に記載の積層型全固体二次電池。
  11.  前記積層体は、正極集電体層と正極活物質層とを有する正極と、負極集電体層と負極活物質層とを有する負極とが、固体電解質層を介して積層された積層体を焼結させた積層焼結体であって、積層方向に対して平行な面として形成された側面を有し、前記側面は、正極集電体層が露出する第1側面と、負極集電体層が露出する第2側面を含む積層焼結体と、
     前記第1側面に付設された正極外部電極と、
     前記第2側面に付設された負極外部電極と、を含み、
     前記正極外部電極は、前記正極集電体層と電気的に接続し、かつ前記正極外部電極の前記積層方向における上側の端部又は下側の端部の少なくとも一方の端部は、前記積層焼結体の前記積層方向における上側の端部又は下側の端部の内側にあり、
     前記負極外部電極は、前記負極集電体層と電気的に接続し、かつ前記負極外部電極の前記積層方向における上側の端部又は下側の端部の少なくとも一方の端部は、前記積層焼結体の前記積層方向における上側の端部又は下側の端部の内側にある請求項1に記載の積層型全固体二次電池。
  12.  前記積層焼結体は、前記積層方向と直交する面として形成された上面及び下面を有し、
     前記正極外部電極及び前記負極外部電極はそれぞれ、前記上面又は前記下面の少なくとも一方の面に延出した副電極を有する請求項11に記載の積層型全固体二次電池。
  13.  正極集電体層と正極活物質層とを有する正極を2枚以上、前記正極の表面方向に沿って間隔部を空けて並列した正極ユニットと、負極集電体層と負極活物質層とを有する負極を2枚以上、前記負極の平面方向に沿って間隔部を空けて並列した負極ユニットとが、前記正極ユニットの前記間隔部と前記負極ユニットの前記負極とが対向し、前記負極ユニットの前記間隔部と前記正極ユニットの前記正極とが対向するように、固体電解質層を介して積層され、かつ積層方向の上下の両面に固体電解質層を備えるユニット積層体を得る工程と、
     前記ユニット積層体の積層方向の一方の表面から前記積層方向に沿って、前記正極ユニットの前記間隔部を通る第1の溝と、前記負極ユニットの前記間隔部を通る第2の溝とを設ける工程と、
     前記第1の溝と前記第2の溝とに、導電材を充填する工程と、
     前記導電材を充填した前記第1の溝と前記導電材を充填した前記第2の溝とをそれぞれ貫通する切り込みを入れて、前記ユニット積層体を積層方向に沿って切断して、ユニット積層体片を得る工程と、
     前記ユニット積層体片を焼成して焼結させる工程と、
     を有する積層型全固体二次電池の製造方法。
  14.  正極集電体層と正極活物質層とを有する正極を2枚以上、前記正極の表面方向に沿って間隔部を空けて並列した正極ユニットと、負極集電体層と負極活物質層とを有する負極を2枚以上、前記負極の平面方向に沿って間隔部を空けて並列した負極ユニットとが、前記正極ユニットの前記間隔部と前記負極ユニットの前記負極とが対向し、前記負極ユニットの前記間隔部と前記正極ユニットの前記正極とが対向するように、固体電解質層を介して積層され、かつ積層方向の上下の一方の表面に固体電解質層を備えるユニット積層体を得る工程と、
     前記ユニット積層体の前記固体電解質層が備えられている表面とは反対側の表面から前記積層方向に沿って、前記正極ユニットの前記間隔部を通る第1の溝と、前記負極ユニットの前記間隔部を通る第2の溝とを設ける工程と、
     前記第1の溝と前記第2の溝とに、導電材を充填する工程と、
     前記ユニット積層体の前記固体電解質層が備えられている表面とは反対側の表面に固体電解質層を形成する工程と、
     前記導電材を充填した前記第1の溝と前記導電材を充填した前記第2の溝とをそれぞれ貫通する切り込みを入れて、前記ユニット積層体を積層方向に沿って切断して、ユニット積層体片を得る工程と、
     前記ユニット積層体片を焼成して焼結させる工程と、
     を有する積層型全固体二次電池の製造方法。
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