JP2020017494A - 固体電池用電極及び固体電池 - Google Patents

固体電池用電極及び固体電池 Download PDF

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Abstract

【課題】ＰＴＣ抵抗体層を備える固体電池用電極及びこれを備える固体電池を提供する。【解決手段】固体電池用の電極であって、前記電極は、電極活物質層、集電体、並びに、当該電極活物質層と集電体との間に配置され、かつ電極活物質層と接するＰＴＣ抵抗体層を備え、前記ＰＴＣ抵抗体層は、導電材、絶縁性無機物、及びポリマーを含有し、前記ＰＴＣ抵抗体層のいずれの部分の厚さ方向においても（Ａ層の厚さ）：（Ｂ層の厚さ）＝１：２となるように、前記ＰＴＣ抵抗体層を、前記電極活物質層に近い側から順に、Ａ層及びＢ層に分けたとき、前記Ａ層中の導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたときの、当該Ａ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＡが、前記Ｂ層中の導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたときの、当該Ｂ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＢより少ないことを特徴とする、固体電池用電極。【選択図】図１

Description

本開示は、固体電池用電極及びこれを備える固体電池に関する。
車両搭載用電源や、パソコン及び携帯用端末等の電源として用いられる電池は、内部短絡や過充電などの際に、電池全体の温度が上昇し、電池自体、及び電池が使用されている機器に対し、悪影響を及ぼすことがある。
このような悪影響を防止する対策として、室温では電子伝導性を有する一方、温度上昇に伴い電子抵抗値が増加する正温度係数（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ＰＴＣ）抵抗体層を備える電極を用いる技術が試みられている。
特許文献１には、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層をこの順で備えた積層体と、前記積層体の積層方向に拘束圧力を与える拘束部材とを有する全固体電池であって、前記正極活物質層と前記正極活物質層の電子を集電する正極集電体層との間、および、前記負極活物質層と前記負極活物質層の電子を集電する負極集電体層との間の少なくともどちらか一方に、導電材と絶縁性無機物とポリマーとを含有するＰＴＣ膜を備え、前記ＰＴＣ膜における前記絶縁性無機物の含有量が５０体積％以上であることを特徴とする全固体電池が開示されている。
特許文献２には、正極活物質層及び正極集電体を有する正極層、負極活物質層及び負極集電体を有する負極層、並びに、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に配設された固体電解質層、を備え、前記正極集電体と前記正極活物質層との間、又は、前記負極集電体と前記負極活物質層との間、又は、前記正極集電体と前記正極活物質層との間、及び、前記負極集電体と前記負極活物質層との間に、ＰＴＣ膜を有し、前記ＰＴＣ膜は、導電材及び樹脂を有する、全固体電池が開示されている。
特開２０１８−０１４２８６号公報 特開２０１７−１３０２８３号公報
しかしながら、特許文献１で開示されているような、絶縁性無機物を含有するＰＴＣ抵抗体層を備える電極では、室温（１５〜３０℃）でのＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面の電子抵抗が大きいという問題があった。また、特許文献２で開示されているような、絶縁性無機物を含有しないＰＴＣ抵抗体層を備える電極では、拘束圧力の影響により高温条件下において電子抵抗が低下するという問題があった。
本開示は、上記実情に鑑みなされたものであり、高温条件下における電子抵抗を高く維持したまま、室温下における電子抵抗が低いＰＴＣ抵抗体層を備える固体電池用電極、及びこれを備える固体電池を提供することを目的とする。
本開示の固体電池用電極は、
電極活物質層、集電体、並びに、当該電極活物質層と集電体との間に配置され、かつ電極活物質層と接するＰＴＣ抵抗体層を備え、
前記ＰＴＣ抵抗体層は、導電材、絶縁性無機物、及びポリマーを含有し、
前記ＰＴＣ抵抗体層のいずれの部分の厚さ方向においても（Ａ層の厚さ）：（Ｂ層の厚さ）＝１：２となるように、前記ＰＴＣ抵抗体層を、前記電極活物質層に近い側から順に、Ａ層及びＢ層に分けたとき、
前記Ａ層中の導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたときの、当該Ａ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＡが、
前記Ｂ層中の導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたときの、当該Ｂ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＢより少ないことを特徴とする。
前記体積割合ＶＡを体積割合ＶＢにより除して得られる値（ＶＡ／ＶＢ）が、０．０８〜０．５であってもよい。
前記ＰＴＣ抵抗体層は、導電材として炭素含有導電材を、ポリマーとしてフッ素含有ポリマーを、それぞれ含有し、かつ、前記Ａ層に含まれる炭素原子の原子百分率を、当該Ａ層に含まれるフッ素原子の原子百分率により除して得られる値が、２．４〜３．９であってもよい。
前記絶縁性無機物が金属酸化物であってもよい。
前記導電材がカーボンブラックであってもよい。
本開示の固体電池は、正極、負極、並びに、当該正極及び当該負極の間に配置された電解質層を備える固体電池であって、前記正極及び負極の少なくともいずれか一方は、上記固体電池用電極であることを特徴とする。
本開示の固体電池用電極によれば、ＰＴＣ抵抗体層において、電極活物質層により近いＡ層における絶縁性無機物の体積割合ＶＡが、集電体により近いＢ層における絶縁性無機物の体積割合ＶＢよりも少ないことによって、ＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との接触性に優れる。その結果、当該電極を固体電池に使用したとき、高温条件下においてＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面における電子抵抗を低下させることなく、室温条件下においてＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面における電子抵抗の上昇を抑えることができ、固体電池の性能低下を抑制できる。
本開示の固体電池用電極の層構成の一例を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。 本開示の固体電池の層構成の一例を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。 評価用試料を含む電子抵抗測定用回路の模式図である。 電極の評価用試料の電子抵抗と、当該電極を備える固体電池の抵抗との関係を示す図である。
１．固体電池用電極
本開示の固体電池用電極は、
電極活物質層、集電体、並びに、当該電極活物質層と集電体との間に配置され、かつ電極活物質層と接するＰＴＣ抵抗体層を備え、
前記ＰＴＣ抵抗体層は、導電材、絶縁性無機物、及びポリマーを含有し、
前記ＰＴＣ抵抗体層のいずれの部分の厚さ方向においても（Ａ層の厚さ）：（Ｂ層の厚さ）＝１：２となるように、前記ＰＴＣ抵抗体層を、前記電極活物質層に近い側から順に、Ａ層及びＢ層に分けたとき、
前記Ａ層中の導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたときの、当該Ａ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＡが、
前記Ｂ層中の導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたときの、当該Ｂ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＢより少ないことを特徴とする。
電極活物質層と集電体との間に、導電材及びポリマーを含有する層を設けた場合、当該層は、加熱によりポリマーの融点を超えると、急激に電子抵抗が増加するＰＴＣ抵抗体機能を示すことが知られている。このＰＴＣ抵抗体機能は、ポリマーの過熱膨張により、接触していた導電材同士が引き剥がされ、電子伝導が遮断されることにより発現する。本開示においては、このようなＰＴＣ抵抗体機能を示す層を、ＰＴＣ抵抗体層という。
ＰＴＣ抵抗体層を備える固体電池では、過充電や短絡により固体電池の温度が上昇した際に、電極活物質層と集電体との間の電子伝導が妨げられるため、電気化学反応が停止する。そのため、更なる温度上昇が抑制され、固体電池自体、及び、固体電池が使用されている機器への悪影響を防止することができる。
また、導電材及びポリマーを含有するＰＴＣ抵抗体層は、固体電池に圧力が付与された場合、ポリマーが変形及び流動することによりＰＴＣ抵抗体層が構造を維持できなくなり、その結果ＰＴＣ抵抗体機能を発揮できないことがある。特許文献１においては、固体電池に圧力が付与された場合でもＰＴＣ抵抗体層が構造を維持できるように、一般的に強度が高いとされる絶縁性無機物をさらに含有するＰＴＣ抵抗体層が開示されている。このようなＰＴＣ抵抗体層の内部においては、絶縁性無機物により電子抵抗が高くなるため、電極全体における電子抵抗が増加すると考えられていた。
しかし、鋭意検討の結果、絶縁性無機物を含有するＰＴＣ抵抗体層を備える電極においては、ＰＴＣ抵抗体層内部の電子抵抗に加えて、ＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面における電子抵抗も高いことが明らかとなった。これは、ＰＴＣ抵抗体層表面に絶縁性無機物が比較的多く存在することにより、ＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面の接触性が低下するためであると考えられる。
本開示の固体電池用電極は、ＰＴＣ抵抗体層において、電極活物質層により近いＡ層における絶縁性無機物の体積割合ＶＡが、集電体により近いＢ層における絶縁性無機物の体積割合ＶＢよりも少ないことによって、当該電極を固体電池に使用したとき、固体電池の性能低下を抑制できる。
本開示の固体電池用電極は、電極活物質層、集電体及びＰＴＣ抵抗体層を備える。
図１は、本開示の固体電池用電極の層構成の一例を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。図１に示すように、本開示の固体電池用電極１０は、電極活物質層２、集電体３、並びに、電極活物質層２と集電体３との間に配置されたＰＴＣ抵抗体層１を有する。
図１に示すように、ＰＴＣ抵抗体層１は電極活物質層２と接する。また、図１に示すように、ＰＴＣ抵抗体層１は集電体３と接していてもよい。図１の固体電池用電極１０とは異なるが、ＰＴＣ抵抗体層１と集電体３との間に他の層が介在していてもよい。
ＰＴＣ抵抗体層１は、電極活物質層２により近い部分にＡ層１ａを、集電体３により近い部分にＢ層１ｂを、それぞれ備える。後述するように、Ａ層１ａとＢ層１ｂとは、絶縁性無機物の体積割合が異なる。
以下、固体電池用電極を構成するこれらの層について、詳細を説明する。
（１）ＰＴＣ抵抗体層
ＰＴＣ抵抗体層は、導電材、絶縁性無機物、及びポリマーを含有し、かつ電極活物質層と集電体との間に配置され、さらに電極活物質層と接する層である。
ＰＴＣ抵抗体層に含まれる導電材は、電気伝導性を有するものであれば特に制限はない。導電材としては、例えば、カーボンブラック、活性炭、炭素繊維（カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー等）、グラファイト等の炭素含有導電材を挙げることができ、炭素含有導電材の中でもカーボンブラックであることが好ましい。導電材は、粒子状であってもよく、繊維状であってもよい。
ＰＴＣ抵抗体層中の導電材の体積割合には特に制限はない。導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたとき、ＰＴＣ抵抗体層中の導電材の体積割合は、７〜５０体積％であってもよく、７〜１０体積％であってもよい。
ＰＴＣ抵抗体層に含まれる絶縁性無機物は、固体電池用電極において、高温及び圧力によるＰＴＣ抵抗体層の変形や流動を抑制する機能を有する。
絶縁性無機物は、絶縁性を有し、かつ融点が後述するポリマーの融点よりも高い材料であれば特に限定されるものではないが、例えば、金属酸化物や金属窒化物を挙げることができる。金属酸化物としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ等を挙げることができ、金属窒化物としては、例えば、窒化ケイ素等を挙げることができる。また、絶縁性無機物としては、例えば、セラミック材料を挙げることができる。これらの材料の中でも、絶縁性無機物は金属酸化物であることが好ましい。
絶縁性無機物は、通常、粒子状である。絶縁性無機物は一次粒子であってもよく、二次粒子であってもよい。
絶縁性無機物の平均粒径（Ｄ５０）は、例えば、０．２〜５μｍであってもよく、０．４〜２μｍであってもよい。また、絶縁性無機物の粒子の分布は、特に限定されない。絶縁性無機物の粒子の分布は、例えば、頻度分布で示した場合に正規分布を示していてもよい。
ＰＴＣ抵抗体層中の絶縁性無機物の体積割合には特に制限はない。導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたとき、ＰＴＣ抵抗体層中の絶縁性無機物の体積割合は、４０〜８５体積％であってもよく、５０〜６０体積％であってもよい。ここでいう「ＰＴＣ抵抗体層中の絶縁性無機物の体積割合」は、後述するＡ層に含まれる絶縁性無機物の体積割合ＶＡ、及びＢ層に含まれる絶縁性無機物の体積割合ＶＢとも関連する値である。
ＰＴＣ抵抗体層中の絶縁性無機物の体積割合が少なすぎる場合、ＰＴＣ抵抗体層の加熱と圧力による変形や流動を十分に抑制することが困難となる可能性がある。一方、ＰＴＣ抵抗体層中の絶縁性無機物の体積割合が多すぎる場合、相対的にポリマーの体積割合が減少するため、ポリマーによる導電材同士の引き剥がしの効果が十分に得られず、電子抵抗の増加が不十分となる可能性がある。また、ＰＴＣ抵抗体層中の絶縁性無機物の体積割合が多すぎる場合、導電材により形成される導電パスが絶縁性無機物により阻害され、通常使用時におけるＰＴＣ抵抗体層の電子伝導性が低くなる可能性がある。なお、本開示における「ＰＴＣ抵抗体層の電子伝導性」とは、ＰＴＣ抵抗体層中を電子が伝導する特性を意味するものであり、ＰＴＣ抵抗体層の導電性（ＰＴＣ抵抗体層中を電気が伝導する特性）とは、厳密には異なる。
本開示においては、ＰＴＣ抵抗体層のいずれの部分の厚さ方向においても（Ａ層の厚さ）：（Ｂ層の厚さ）＝１：２となるように、ＰＴＣ抵抗体層を、電極活物質層に近い側から順に、Ａ層及びＢ層に分ける。ここで、ＰＴＣ抵抗体層の厚さ方向とは、ＰＴＣ抵抗体層が延伸する方向に垂直な方向を意味し、別の観点から言い換えると、電極活物質層、ＰＴＣ抵抗体層及び集電体を備える積層体の積層方向に平行な方向を意味する。
Ａ層は、ＰＴＣ抵抗体層のうち、ＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面から、ＰＴＣ抵抗体層の３分の１の厚さを占める層である。一方、Ｂ層は、ＰＴＣ抵抗体層のうち、ＰＴＣ抵抗体層と、電極活物質層とは反対側に位置する層との界面（例えば、ＰＴＣ抵抗体層と集電体層との界面）から、ＰＴＣ抵抗体層の３分の２の厚さを占める層である。
Ａ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＡが、Ｂ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＢより少ないことが、本開示の主な特徴の１つである。なお、体積割合ＶＡは、Ａ層中の導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたときの値である。体積割合ＶＢは、Ｂ層中の導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたときの値である。
上述したように、従来、絶縁性無機物を含有するＰＴＣ抵抗体層を備える電極では、室温（１５〜３０℃）でのＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面の電子抵抗が大きいという問題があった。このように、高温条件下における電子抵抗を引き上げるために絶縁性無機物を用いた場合、室温下における電子抵抗も共に高くなる。しかし、単に絶縁性無機物の含有割合を減らすだけでは、高温条件下における電子抵抗が下がるため、ＰＴＣ抵抗体層としての機能を十分発揮することができない。
そこで、高温条件下における高い電子抵抗を維持しながら、室温下における電子抵抗を引き下げるためには、ＰＴＣ抵抗体層中の絶縁性無機物の分布が重要となる。本開示においては、Ａ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＡが、Ｂ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＢより少ないことにより、ＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面に存在する絶縁性無機物の量を減らすことができる。すると、ＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面に、電子的接点を従来よりも多く設けることができる。なお、ここでいう電子的接点とは、少なくとも電子が伝導することが可能な、ＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との接触点を意味する。また、絶縁性無機物は一般的に導電材及びポリマーよりも硬いため、Ａ層が絶縁性無機物をＢ層よりも少なく含むことにより、ＰＴＣ抵抗体層の電極活物質層に対する柔軟性、接触性及び追従性が向上する。その結果、室温下においては、ＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面における電子抵抗を抑制でき、本開示の固体電池用電極を備える固体電池の性能低下を抑制できる。その一方、ＰＴＣ抵抗体層中の絶縁性無機物を少なく抑える必要はないため、高温条件下における電子抵抗が下がることはなく、不具合発生時及び拘束時等における固体電池の充放電停止機能を発揮することができる。
本開示においては、ＰＴＣ抵抗体層のいずれの部分の厚さ方向においても（Ａ層の厚さ）：（Ｂ層の厚さ）＝１：２となるように、Ａ層及びＢ層が定義される。実際には、Ａ層及びＢ層は一体となってＰＴＣ抵抗体層を形成する場合が多いため、これらの層を完全に切り分けることは難しいことが多い。上記定義はあくまで、ＰＴＣ抵抗体層における、電極活物質層により近い側の絶縁性無機物の体積割合と、集電体により近い側の絶縁性無機物の体積割合とを比較するため、便宜上設けられた定義である。
Ａ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＡを、Ｂ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＢにより除して得られる値（ＶＡ／ＶＢ）は、好適には０．０８〜０．５であり、より好適には０．１〜０．４５であり、さらに好適には０．１５〜０．４である。
（ＶＡ／ＶＢ）値が０．５を超える場合、体積割合ＶＡが多すぎるため、ＰＴＣ抵抗体層の電極活物質層に対する柔軟性、接触性及び追従性が悪化するおそれがある。一方、（ＶＡ／ＶＢ）値が０．０８未満である場合、体積割合ＶＡが少なすぎるため、ＰＴＣ抵抗体層全体に占める絶縁性無機物の体積割合が少ないおそれがあり、その結果、高温条件下における高い電子抵抗が得られないおそれがある。
Ｂ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＢは、好適には５０体積％以上であり、より好適には５５体積％以上であり、さらに好適には６０体積％以上である。体積割合ＶＢは、１００体積％未満であってもよく、９０体積％以下であってもよい。
体積割合ＶＢが少なすぎる場合、ＰＴＣ抵抗体層全体に占める絶縁性無機物の体積割合が少ないおそれがあり、その結果、高温条件下における高い電子抵抗が得られないおそれがある。
このように、Ｂ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＢを高く維持したまま、Ａ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＡを下げることにより、ＰＴＣ抵抗体層における絶縁性無機物の体積割合に分布を生じさせることが好ましい。より具体的には、Ａ層において絶縁性無機物が少ないことにより、ＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面の導電パスが多い一方、Ｂ層において絶縁性無機物が多いことにより、ＰＴＣ抵抗体層内部における導電パスが少ないことによって、室温下における電子抵抗の抑制効果、及び高温条件下における電子抵抗の上昇効果を両立させることができる。
体積割合ＶＡ及び体積割合ＶＢは、以下の方法により算出する。
まず、固体電池用電極を、クロスセクションポリッシャー（ＣＰ）による断面加工に供する。得られたＰＴＣ抵抗体層の断面を、電界放出形走査電子顕微鏡（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＦＥ−ＳＥＭ）により観察する。
次に、得られたＳＥＭ画像において、ＰＴＣ抵抗体層のいずれの部分の厚さ方向においても（Ａ層の厚さ）：（Ｂ層の厚さ）＝１：２となるように、ＰＴＣ抵抗体層を、電極活物質層に近い側から順に、Ａ層及びＢ層とする。これによって、Ａ層の断面積が、ＰＴＣ抵抗体層全体の断面積の１／３となり、Ｂ層の断面積が、ＰＴＣ抵抗体層全体の断面積の２／３となる。なお、ここでいうＡ層は、後述する製造方法における第２のコート層（正極活物質層に近い側の層）と必ずしも一致するとは限らない。また、ここでいうＢ層は、後述する製造方法における第１のコート層（集電体に近い側の層）と必ずしも一致するとは限らない。
続いて、ＳＥＭ画像から、Ａ層中の導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたときの、Ａ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＡ（体積％）を算出する。同様に、Ｂ層中の導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたときの、Ｂ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＢ（体積％）を算出する。
さらに、体積割合ＶＡを体積割合ＶＢにより除することによって、（ＶＡ／ＶＢ）値が求められる。本開示の固体電池用電極においては、体積割合ＶＡが体積割合ＶＢより少ないため、（ＶＡ／ＶＢ）＜１となる。
なお、この評価方法においては、固体電池用電極の替わりに、固体電池用電極を備える固体電池を用いてもよいし、後述する評価用試料を用いてもよい。
体積割合ＶＡを体積割合ＶＢよりも低くする方法としては、例えば、後述する製造方法のように、第１のコート層表面に第２のスラリーを塗布することにより、ＰＴＣ抵抗体層を形成する方法などが挙げられる。この場合、第２のスラリーが絶縁性無機物を含まないか、又は第２のスラリーに含まれる絶縁性無機物の体積割合（固形分基準）が第１のコート層中の絶縁性無機物の体積割合よりも低いことが好ましい。
また、第２のスラリー中に含まれる導電材量の調整や、第２のスラリーの塗布厚さの調整等も、体積割合ＶＡを体積割合ＶＢよりも低くするために効果的である。
ＰＴＣ抵抗体層に含まれるポリマーは、加熱により融点を超えると膨張する特性を有するポリマーであれば、特に制限はない。ポリマーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフルオロエチレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアセタール等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。これらのポリマーは、１種類のみを単独で使用してもよく、２種類以上を併用してもよい。
この中でも、融点や加工のしやすさなどの観点から、ポリフッ化ビニリデン及びポリフルオロエチレン等のフッ素含有ポリマー、並びにポリエチレンが好ましく、特にポリフッ化ビニリデンが好ましい。
ＰＴＣ抵抗体層中のポリマーの体積割合には特に制限はない。導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたとき、ＰＴＣ抵抗体層中のポリマーの体積割合は、８〜６０体積％であってもよく、８〜４５体積％であってもよい。
ＰＴＣ抵抗体層の厚さには特に制限はないが、１〜３０μｍ程度であることが好ましい。
ＰＴＣ抵抗体層は、導電材として炭素含有導電材を、ポリマーとしてフッ素含有ポリマーを、それぞれ含有し、かつ、Ａ層に含まれる炭素原子（Ｃ）の原子百分率（ａｔｏｍ％）を、当該Ａ層に含まれるフッ素原子（Ｆ）の原子百分率（ａｔｏｍ％）により除して得られる値（以下、Ｃ／Ｆ値と称する場合がある。）が２．４〜３．９であってもよい。Ｃ／Ｆ値は、好適には２．５〜３．８であり、より好適には２．６〜３．７である。
ＰＴＣ抵抗体層において電極活物質層により近い側のＡ層におけるＣ／Ｆ値が上記範囲内にあることにより、ＰＴＣ抵抗体層全体の熱安定性が向上し、高温時における電子抵抗値がより大きくなる。その結果、本開示の固体電池用電極を固体電池に用いた場合、内部短絡等に起因して電池温度が高くなったとき、電池反応の進行を抑制できる。
Ｃ／Ｆ値が２．４より小さい場合、Ａ層における炭素量が少なすぎるため、ＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面における導電パスを十分な量確保できないおそれがある。一方、Ｃ／Ｆ値が３．９より大きい場合、Ａ層における炭素量が多すぎるため、ＰＴＣ抵抗体層全体の熱安定性が低下するおそれがある。
ここでいう熱安定性の指標としては、高温（例えば、２５０℃）条件下における電子抵抗が例示できる。高温条件下における電子抵抗が高い固体電池用電極ほど、熱安定性に優れる。
本開示におけるＣ／Ｆ値の算出方法は、以下の通りである。
まず、Ｆｌａｔ ＱＵＡＤ型エネルギー分散型Ｘ線分光法（Ｆｌａｔ ＱＵＡＤ−Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＦＱ−ＥＤＸ）によって、ＰＴＣ抵抗体層中のＡ層の断面の元素分析を実施する。この「ＰＴＣ抵抗体層中のＡ層の断面」とは、上述したＳＥＭ画像を用いて特定されるＡ層の断面である。
次に、元素分析の結果から、Ａ層の断面に含まれるＣ量（ａｔｏｍ％）及びＦ量（ａｔｏｍ％）をそれぞれ算出する。Ｃ量（ａｔｏｍ％）をＦ量（ａｔｏｍ％）により除した値を、その固体電池用電極に関するＣ／Ｆ値とする。
なお、この評価方法においては、固体電池用電極の替わりに、固体電池用電極を備える固体電池を用いてもよいし、後述する評価用試料を用いてもよい。
ＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との接触面積は特に限定されない。好適には電極活物質層の面積の５０％以上、より好適には電極活物質層の面積の７０％以上、さらに好適には電極活物質層の面積の９９％以上がＰＴＣ抵抗体層と接していれば、ＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面における電子抵抗の上昇を抑える効果が十分に発揮される。
なお、ここでいうＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との接触面積とは、これらの層間の電子的接点の有無にかかわらず、ＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層とが見かけ上接触している面積を意味する。
（２）電極活物質層
電極活物質層は、少なくとも電極活物質を含有するものであれば、特に制限はなく、必要に応じて、結着剤、導電材、及び固体電解質を含有していてもよい。
本開示の固体電池用電極を正極として用いる場合には、電極活物質は一般的に正極活物質として使用できるものであれば、特に制限はない。正極活物質としては、例えば、移動するイオンがリチウムイオンである場合には、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２などの層状構造を持つ化合物、ＬｉＭｎ２Ｏ４などのスピネル型構造を持つ化合物、ＬｉＦｅＰｏ４などのオリビン型構造を持つ化合物が挙げられる。
本開示の固体電池用電極を負極として用いる場合には、電極活物質は一般的に負極活物質として使用できるものであれば、特に制限はない。負極活物質としては、例えば、移動するイオンがリチウムイオンである場合には、炭素材料、リチウム合金、及び酸化物や窒化物などが挙げられる。
結着剤としては、化学的、電気的に安定なものであれば特に限定されるものではない。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素含有結着剤を挙げることができる。
導電材としては、電気伝導性を有するものであれば特に制限はない。導電材としては、例えば、カーボンブラック、活性炭、炭素繊維（カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー等）、グラファイト等の炭素材料等を挙げることができる。
固体電解質材料としては、イオン伝導性を有するものであれば、特に限定されるものではない。固体電解質材料としては、例えば、硫化物固体電解質材料および酸化物固体電解質材料等の無機固体電解質材料を挙げることができる。硫化物固体電解質材料としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｏ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｏ５、ＬｉＩ−Ｌｉ３ＰＯ４−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ３ＰＳ４、ＬｉＩ−ＬｉＢｒ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−ＧｅＳ２等を挙げることができる。
（３）集電体
集電体の材料は、電子伝導性を備えるものであれば特に制限はない。集電体の材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＳＵＳ、及びＦｅなどが挙げられる。この中でも、本開示の固体電池用電極を正極として用いる場合には、集電体の材料にＡｌを用いることが好ましい。この中でも、本開示の固体電池用電極を負極として用いる場合には、集電体の材料にＣｕを用いることが好ましい。
（４）固体電池用電極の性質
固体電池について通常の使用時を想定する場合、室温（１５〜３０℃）における固体電池用電極の電子抵抗の値は小さい方が好ましい。これに対し、高温時における電池反応の停止機能を発現させる観点からは、高温条件下における固体電池用電極の電子抵抗の値は大きいほうが好ましい。
室温における固体電池用電極の電子抵抗値に対する、高温条件下における固体電池用電極の電子抵抗値の比は、好適には１．５以上であり、より好適には２以上であり、さらに好適には５以上である。当該比が小さすぎる場合には、通常使用時における優れた電池特性と、不具合発生時及び拘束時等における電池停止機能とが、両立しえないおそれがある。また、当該比が小さすぎる場合には、固体電池用電極が熱的安定性に劣るおそれがある。
室温における固体電池用電極の電子抵抗値に対する、高温条件下における固体電池用電極の電子抵抗値の比は、２０，０００以下であってもよい。
（５）固体電池用電極の製造方法
上述した固体電池用電極が得られるものであれば、その製造方法は特に限定されない。以下、固体電池用電極の製造方法の２つの実施形態を説明するが、本開示の固体電池用電極を製造する方法は、必ずしもこの実施形態に限定されない。
ア．第１の実施形態
固体電池用電極の製造方法の第１の実施形態は、（ア）集電体の表面に第１のコート層を形成する工程、（イ）第１のコート層表面に第２のスラリーを塗布することにより、ＰＴＣ抵抗体層を形成する工程、及び（ウ）ＰＴＣ抵抗体層上に電極活物質層を積層する工程を有する。
（ア）集電体の表面に第１のコート層を形成する工程
本工程においては、集電体の表面に第１のスラリーを塗布後、乾燥することにより第１のコート層を形成する。
第１のスラリーは、導電材、絶縁性無機物、及びポリマーを含有する。これらの材料の詳細は、上述した通りである。また、第１のスラリー中及び後述する第２のスラリー中における、導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの各含有割合は、上記固体電池用電極が備えるＰＴＣ抵抗体層中の導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの各体積割合及び分布となるように適宜調整すればよい。
第１のスラリー中の各材料の含有比としては、例えば、体積比にして、導電材：ポリマー：絶縁性無機物＝１０：３０：６０等が挙げられる。
第１のスラリーは、導電材、絶縁性無機物、及びポリマーを溶解又は分散する非水系溶媒を含んでいてもよい。非水系溶媒の種類にも特に制限はないが、Ｎ−メチルピロリドン、アセトン、メチルエチルケトン、及び、ジメチルアセトアミド等が挙げられ、引火点が高いことや人体への影響が小さいこと等の安全性の観点からＮ−メチルピロリドンであることが好ましい。
第１のスラリー中の非水系溶媒の含有割合には特に制限はないが、第１のスラリーの総体積を１００体積％としたときに、８０〜９３体積％であってもよく、８２〜９０体積％であってもよい。
第１のコート層を形成する方法に特に制限はないが、通常、非水系溶媒中に導電材、絶縁性無機物、及びポリマーが分散した第１のスラリーを集電体上に塗布し、乾燥させる。第１のコート層を均質に形成するために、導電材、絶縁性無機物、及びポリマーを含む第１のスラリーの固形分濃度を１３〜４０質量％としてもよい。
第１のコート層の厚さにも特に制限はないが、１〜３０μｍ程度であることが好ましい。
第１のスラリーの乾燥条件は特に制限されず、非水系溶媒が留去できる程度の温度条件等であればよい。
（イ）第１のコート層表面に第２のスラリーを塗布することにより、ＰＴＣ抵抗体層を形成する工程
本工程においては、集電体表面上の第１のコート層表面に、さらに第２のスラリーを塗布し、その後乾燥することにより、ＰＴＣ抵抗体層を形成する。ここで、ＰＴＣ抵抗体層は、第２のスラリーの固形分及び第１のコート層から構成される層である。
第２のスラリーは、導電材及びポリマーを含有する。第２のスラリーは、さらに絶縁性無機物を含んでいてもよいし、絶縁性無機物を含んでいなくてもよい。第２のスラリーが絶縁性無機物を含まない場合には、第２のスラリーが絶縁性無機物を含む場合と比べて、得られるＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面の接触性をより向上させることができる。
第２のスラリー中の各材料の含有比としては、第２のスラリーが絶縁性無機物を含まない例として、体積比にして、導電材：ポリマー＝８５：１５〜２０：８０等が挙げられる。
第２のスラリー中の非水系溶媒の含有割合には特に制限はないが、第２のスラリーの総体積を１００体積％としたときに、７５〜９５体積％であってもよく、８５〜９０体積％であってもよい。
第２のスラリーを塗布及び乾燥する方法に特に制限はないが、通常、非水系溶媒中に導電材及びポリマーが分散した第２のスラリーを集電体上に塗布し、乾燥させる。第２のスラリーを均質に塗布するために、少なくとも導電材及びポリマーを含む第２のスラリーの固形分濃度を１３〜３５質量％としてもよい。
第２のスラリーを塗布し、乾燥させた部分に当たる層（以下、この層を第２のコート層と称する場合がある。）の厚さにも特に制限はないが、１〜１０μｍ程度であることが好ましく、２〜６μｍであるとより好ましい。なお、第２のコート層の厚さは、例えば、第２のコート層を形成する前の積層体の厚さと、第２のコート層を形成した後の積層体の厚さとの差より求められる。
通常、第２のスラリーを塗布し乾燥させた後に、第１のコート層と第２のスラリーの固形分とが一体となることにより、ＰＴＣ抵抗体層が形成される。
電極活物質層を積層する前に、集電体とＰＴＣ抵抗体層との積層体をプレスすることが好ましい。プレス方法としては、ロールプレス、冷間等方加圧法（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ；ＣＩＰ）、及び熱間等方加圧法（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ；ＨＩＰ）等が採用できる。プレス圧が高すぎると、ＰＴＣ抵抗体層に割れが生じる可能性がある。例えばロールプレスの場合、プレス圧は、線圧として５．６〜１４．２ｋＮ／ｃｍとすることが好ましい。
（ウ）ＰＴＣ抵抗体層上に電極活物質層を積層する工程
ＰＴＣ抵抗体層上に電極活物質層を積層することにより、電極活物質層、ＰＴＣ抵抗体層及び集電体を備える積層体を作製する。電極活物質層に使用可能な材料（電極活物質、結着剤、導電材、及び固体電解質）の詳細は、上述した通りである。
電極活物質層の形成方法は、公知技術を参照することができる。例えば、電極活物質層の原料混合物をよく攪拌した後、基材上又はＰＴＣ抵抗体層上に当該原料混合物を塗布し、適宜乾燥させることにより、電極活物質層を形成することができる。
ここで、基材上に電極活物質層を形成する場合には、高温条件下でのロールプレス（ホットロールプレス）を用いてもよい。ホットロールプレスによって、より緻密化した電極活物質層が得られる。なお、ＰＴＣ抵抗体層上に電極活物質層を形成する場合、ホットロールプレスの際に加熱温度が高すぎるときはＰＴＣ抵抗体層中のポリマーが熱膨張するおそれがあるため、ポリマー特性、ＰＴＣ抵抗体層組成等に応じて、ホットロールプレス時の上限温度を設定する必要がある。一般的にはポリマー融点未満でホットロールプレスすることが望ましい。
イ．第２の実施形態
固体電池用電極の製造方法の第２の実施形態は、（ア）集電体の表面に第１のコート層を形成する工程、（イ’）電極活物質層の表面に第２のコート層を形成する工程、及び（ウ’）集電体、ＰＴＣ抵抗体層及び電極活物質層を備える積層体を作製する工程を有する。
このうち、（ア）については上記第１の実施形態と同様である。以下、（イ’）及び（ウ’）について説明する。
（イ’）電極活物質層の表面に第２のコート層を形成する工程
本工程では、基材表面に第２のスラリーを塗布した後、乾燥することにより第２のコート層を形成し、その後、当該基材から第２のコート層を電極活物質層へ転写することにより、電極活物質層上に第２のコート層を形成する。
第１の実施形態では、上記（イ）において述べた通り、第１のコート層上に第２のコート層を形成する。これに対し、第２の実施形態の本工程においては、電極活物質層上に第２のコート層を形成する。このように、２つの実施形態においては、第２のコート層を形成する対象となる部材が互いに異なる。
基材から第２のコート層を電極活物質層に転写することによって、第２のスラリーに使用する溶媒が電極活物質層へ影響を与えることがないというメリットがある。
第２のスラリー及び得られる第２のコート層については、第１の実施形態の第２のスラリー及び第２のコート層と同様である。
第２のコート層の形成に用いる基材にも特に制限はなく、例えば、Ａｌ、ＰＥＴ、Ｃｕ、ＳＵＳ等を使用することができる。
（ウ’）電極活物質層、ＰＴＣ抵抗体層及び集電体を備える積層体を作製する工程
本工程においては、集電体表面の第１のコート層と、電極活物質層表面の第２のコート層とを接するように積層させることにより、第１のコート層と第２のコート層とが一体化してＰＴＣ抵抗体層となる。その結果、電極活物質層、ＰＴＣ抵抗体層及び集電体を備える積層体を作製することができる。
（６）固体電池用電極の電子抵抗の測定
固体電池用電極の評価の１つに、電子抵抗の測定がある。電子抵抗の測定には、固体電池用電極を備える固体電池、又は固体電池用電極を含む評価用試料を用いる。
以下、評価用試料について説明する。図３に、本開示の固体電池用電極を含む評価用試料の断面模式図を示す。図３の固体電池用電極１０は、図１及び図２の固体電池用電極１０に対応する。なお、図３においては、Ａ層及びＢ層の表示は省略する。
図３に示すように、評価用試料５０の層構成は、集電体３／ＰＴＣ抵抗体層１／正極活物質層２／集電体３’／正極活物質層２／ＰＴＣ抵抗体層１／集電体３である。図３から分かるように、評価用試料５０は、正極活物質層２同士が向かい合う２つの固体電池用電極１０の間に集電体３’が配置されることにより構成される。
評価用試料の作製方法の一例は以下の通りである。まず、ＰＴＣ抵抗体層及び集電体の積層体（以下、積層体Ａと称する場合がある。）、並びに、正極活物質層及び集電体の積層体（以下、積層体Ｂと称する場合がある。）を、２つずつ作製する。次に、２つの積層体Ｂについて、一方の積層体Ｂの正極活物質層と、他方の積層体Ｂの集電体とが接するように、これら積層体Ｂを積層させる。得られる当該積層体のうち、外側に位置する集電体を１枚剥離することにより、正極活物質層／集電体／正極活物質層の層構成を有する積層体（以下、積層体Ｃと称する場合がある。）を作製する。この積層体Ｃは、図３に示す評価用試料５０の中央部分（正極活物質層２／集電体３’／正極活物質層２）に対応する。最後に、積層体Ｃの両面に、正極活物質層とＰＴＣ抵抗体層が接するように、上記２つの積層体Ａを積層させることによって、図３に示す評価用試料５０を作製する。
図３は、評価用試料を含む電子抵抗測定用回路の模式図である。図３に示すように、評価用試料５０にマイクロテスター４０を接続することにより、電子抵抗測定用回路２００を作製する。この電子抵抗測定用回路２００を用いて、室温条件下（例えば、２５℃）及び高温条件下（例えば、２５０℃）における、評価用試料５０の各電子抵抗を測定することができる。
図３中の評価用試料５０の替わりに、後述する固体電池を電子抵抗測定に供してもよい。
図４は、ＰＴＣ抵抗体層を備える評価用試料の電子抵抗と、当該ＰＴＣ抵抗体層を備える電極を含む固体電池の抵抗との関係を示す図である。図４は、縦軸に固体電池の抵抗（Ω・ｃｍ２）を、横軸に評価用試料の電子抵抗（Ω・ｃｍ２）を、それぞれとったグラフである。
図４から分かるように、評価用試料の電子抵抗が上昇すると、固体電池の抵抗も上昇する。このように、評価用試料の電子抵抗と固体電池の抵抗とは相関が高いため、評価用試料を用いた電子抵抗の測定結果は、固体電池自体の性能を反映する試験結果といえる。
２．固体電池
本開示の固体電池は、正極、負極、並びに、当該正極及び当該負極の間に配置された電解質層を備える固体電池であって、前記正極及び負極の少なくともいずれか一方は、上記固体電池用電極であることを特徴とする。
本開示において固体電池とは、固体電解質を含む電池を意味する。したがって、本開示の固体電池は固体電解質を含んでいれば、全て固体成分から構成されていてもよく、固体成分及び液体成分を共に含んでいてもよい。
図２は、本開示の固体電池の層構成の一例を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。図２に示すように、固体電池１００は、固体電池用電極１０、他の電極３０、並びに、当該固体電池用電極１０及び他の電極３０の間に配置された電解質層２０を備える。
ここで、固体電池用電極１０は、上述した本開示の固体電池用電極に該当する。また、他の電極３０とは、固体電池用電極１０に対向する電極である。固体電池用電極１０が正極であり、他の電極３０が負極であってもよい。固体電池用電極１０が負極であり、他の電極３０が正極であってもよい。又は、図２とは異なり、正極及び負極がいずれも本開示の固体電池用電極であってもよい。
固体電池用電極１０については、上述した通りである。他の電極３０、すなわち、固体電池に使用される一般的な正極又は負極については、公知技術を参照することができる。特に、正極に使用可能な正極活物質層及び正極集電体、又は負極に使用可能な負極活物質層及び負極集電体については、本開示に使用されるこれらの材料の記載を適宜参照することができる。
電解質層２０は、イオン伝導性を有する層であれば、特に制限はない。電解質層２０は、固体電解質のみからなる層であってもよく、固体電解質及び液体電解質を共に含む層であってもよい。
固体電解質のみからなる電解質層としては、例えば、高分子固体電解質層、酸化物固体電解質層、硫化物固体電解質層等が挙げられる。
固体電解質及び液体電解質を共に含む電解質層としては、例えば、水系電解液又は非水系電解液が含浸された多孔質型固体電解質層等が挙げられる。
本開示の固体電池の形状は特に制限がない。固体電池の形状としては、例えば、コイン型、平板型、円筒型等の一般的な形状が挙げられる。
本開示の固体電池は、図２に示すような単セルであってもよく、当該単セルを２以上備えるセル集合体であってもよい。当該セル集合体としては、例えば、平板型の単セルを２以上積層した電池スタック等が挙げられる。
本開示の固体電池用電極は、上述のように、圧力が付与された条件下において、固体電池の性能低下の抑制の点で優れた効果を発揮する。したがって、固体電池に内部短絡や過充電等に起因する不具合が発生する際のような、意図しない圧力が付与される場合のほか、固体電池に対し拘束部材を使用する等のような、意図的に圧力を付与する場合にも、本開示の固体電池用電極は優れた効果を発揮する。固体電池に不具合が発生する場合には、固体電池に対し予想外の局所的圧力が付与されるのが一般的である。これに対し、固体電池に対し拘束部材を使用する場合には、固体電池全体に対し所定の圧力を付与するのが一般的である。
拘束部材は、２つの電極及びその間に位置する電解質層を備える積層体に対し、積層方向に略平行な方向に拘束圧力を付与することが可能な部材であればよい。本開示の固体電池には、公知の固体電池用拘束部材を用いることができる。公知の固体電池用拘束部材としては、例えば、固体電池を外側から挟持する２枚１組の板状部と、これら２枚の板状部を連結する１又は２以上の棒状部と、棒状部に連結され、ねじ構造等により拘束圧力を調整することが可能な調整部とを有する拘束部材等が挙げられる。この例の場合には、調整部を適宜制御することによって、固体電池に付与される拘束圧力を調整することができる。
拘束圧力は、特に限定されるものではないが、好適には０．１ＭＰａ以上であり、より好適には１ＭＰａ以上であり、さらに好適には５ＭＰａ以上である。拘束圧力が０．１ＭＰａ以上である場合には、固体電池を構成する層同士の接触がより良好である。一方、拘束圧力は、例えば、好適には１００ＭＰａ以下であり、より好適には５０ＭＰａ以下であり、さらに好適には２０ＭＰａ以下である。拘束圧力が１００ＭＰａ以下である場合には、特殊な拘束部材を用いる必要がない。
以下、実施例を挙げて本開示を更に具体的に説明するが、本開示は、この実施例のみに限定されるものではない。
１．評価用試料の作製
［実施例１］
（１）ＰＴＣ抵抗体層及びアルミニウム箔の積層体の作製
下記第１のスラリー用材料を準備した。
・導電材：ファーネスブラック（東海カーボン社製、平均一次粒径：６６ｎｍ）
・絶縁性無機物：アルミナ（昭和電工社製、ＣＢ−Ｐ０２、平均粒径（Ｄ５０）：２μｍ）
・ポリマー：ＰＶｄＦ（クレハ社製、型番：ＫＦポリマーＬ＃９１３０）
・非水系溶媒：Ｎ−メチルピロリドン
ファーネスブラック、ＰＶｄＦ及びアルミナを、体積比にして、ファーネスブラック：ＰＶｄＦ：アルミナ＝１０：３０：６０となるように混合し、当該混合物にＮ−メチルピロリドンを加えることにより、第１のスラリーを調製した。その後、厚さ１５μｍのアルミニウム箔（集電体）に第１のスラリーを塗布し、定置乾燥炉で１００℃、１時間の条件で乾燥させることにより、厚さ９μｍの第１のコート層を形成した。
下記第２のスラリー用材料を準備した。
・導電材：ファーネスブラック（東海カーボン社製、平均一次粒径：６６ｎｍ）
・ポリマー：ＰＶｄＦ（クレハ社製、型番：ＫＦポリマーＬ＃９１３０）
・非水系溶媒：Ｎ−メチルピロリドン
まず、ファーネスブラック、ジルコニアボール（φ：３μｍ）、及びＮ−メチルピロリドンを混合し、転動ミル（アサヒ理化製作所社製、型番：ＡＶ−１）により３００分間攪拌混合した。得られた混合物中に、ＰＶｄＦを加え、さらに転動ミルにより１２００分間攪拌混合した。このとき、体積比にして、ファーネスブラック：ＰＶｄＦ＝４０：６０となるように、ＰＶｄＦの添加量を調節した。得られた混合物からジルコニアボールを分級によって除くことにより、第２のスラリーを調製した。
第１のコート層とアルミニウム箔との積層体に対し、当該第１のコート層の上から第２のスラリーをドクターブレード法により塗布することによって、厚さ３μｍの第２のコート層を形成した。第２のコート層形成後に、第２のコート層と第１のコート層とが適宜混ざり合い一体となることにより、ＰＴＣ抵抗体層が形成された。
以上の工程を２回実施し、ＰＴＣ抵抗体層及びアルミニウム箔の積層体（積層体Ａ）を２つ作製した。
（２）正極活物質層及びアルミニウム箔の積層体の作製
容器に下記正極活物質層用材料を加えた。
・正極活物質：ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２粒子（平均粒径：６μｍ）
・硫化物系固体電解質：ＬｉＩ及びＬｉＢｒを含むＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５系ガラスセラミック粒子（平均粒径：０．８μｍ）
・導電材：ＶＧＣＦ
・結着剤：ＰＶｄＦ系バインダーの５質量％酪酸ブチル溶液
容器中の混合物を、超音波分散装置（エスエムテー社製、ＵＨ−５０）により３０秒間攪拌した。次に、容器を振とう器（柴田科学社製、ＴＴＭ−１）で３分間振とうさせた。さらに、容器中の混合物を超音波分散装置により３０秒間攪拌して、正極活物質層用スラリーを調製した。
アプリケーターを用いてドクターブレード法により正極活物質層用スラリーをアルミニウム箔（正極集電体、昭和電工製）の片面上に塗布した。この正極活物質層用スラリーを、１００℃のホットプレート上で３０分間乾燥させ、アルミニウム箔の一方の面に正極活物質層を形成した。
以上の工程を２回実施し、正極活物質層及びアルミニウム箔の積層体（積層体Ｂ）を２つ作製した。
（３）評価用試料の作製
まず、上記２つの積層体Ｂを用いて、正極活物質層／アルミニウム箔／正極活物質層の層構成を有する積層体Ｃを作製した。詳細は以下の通りである。
上記２つの積層体Ｂについて、一方の積層体Ｂの正極活物質層と、他方の積層体Ｂのアルミニウム箔とが接するように、上記２つの積層体Ｂを積層させた。得られた積層体を、室温、１０ｋＮ／ｃｍの条件下でロールプレスを行った。これにより、正極活物質層／アルミニウム箔／正極活物質層／アルミニウム箔の層構成を有する積層体が得られた。このうち、当該積層体の外側に位置するアルミニウム箔を１枚剥離した。残った積層体に対し、１６５℃、５０ｋＮ／ｃｍの条件下でロールプレスを行い、２つの正極活物質層を緻密化させることにより、正極活物質層／アルミニウム箔／正極活物質層の層構成を有する積層体（積層体Ｃ）が得られた。
正極活物質層とＰＴＣ抵抗体層が接するように、上記積層体Ｃの両面に上記積層体Ａを１つずつ積層させることによって、アルミニウム箔／ＰＴＣ抵抗体層／正極活物質層／アルミニウム箔／正極活物質層／ＰＴＣ抵抗体層／アルミニウム箔の層構成を有する評価用試料（実施例１）が得られた。
実施例１の評価用試料の断面は、図３の評価用試料５０と同様であった。図３に示すように、評価用試料５０の層構成は、集電体３（アルミニウム箔）／ＰＴＣ抵抗体層１／正極活物質層２／集電体３’（アルミニウム箔）／正極活物質層２／ＰＴＣ抵抗体層１／集電体３（アルミニウム箔）であった。図３から分かるように、評価用試料５０は、２つの固体電池用電極１０の間に集電体３’（アルミニウム箔）が配置されることにより構成された。
［実施例２］
実施例１の「（１）ＰＴＣ抵抗体層及びアルミニウム箔の積層体の作製」における、第２のスラリー中のファーネスブラックとＰＶｄＦの体積比を、ファーネスブラック：ＰＶｄＦ＝４０：６０からファーネスブラック：ＰＶｄＦ＝８５：１５に変更したこと以外は、実施例１と同様の工程により、評価用試料（実施例２）を作製した。
［実施例３］
実施例１の「（１）ＰＴＣ抵抗体層及びアルミニウム箔の積層体の作製」について、以下の３点を変更したこと以外は、実施例１と同様の工程により評価用試料（実施例３）を作製した。
・第２のスラリー中のファーネスブラックとＰＶｄＦの体積比を、ファーネスブラック：ＰＶｄＦ＝４０：６０からファーネスブラック：ＰＶｄＦ＝２０：８０に変更した。
・第２のスラリーの塗布方法をドクターブレード法からグラビア法に変更した。
・第２のスラリーにより形成される第２のコート層の厚さを３μｍから２μｍに変更した。
［実施例４］
実施例３において、積層体Ａの作製後（実施例１の「（１）ＰＴＣ抵抗体層及びアルミニウム箔の積層体の作製」参照）、得られた積層体Ａに対し、室温、線圧５．６ｋＮ／ｃｍの条件下でロールプレスを行ったこと以外は、実施例３と同様の工程により、評価用試料（実施例４）を作製した。
［実施例５］
実施例３において、積層体Ａの作製後（実施例１の「（１）ＰＴＣ抵抗体層及びアルミニウム箔の積層体の作製」参照）、得られた積層体Ａに対し、室温、線圧１４．２ｋＮ／ｃｍの条件下でロールプレスを行ったこと以外は、実施例３と同様の工程により、評価用試料（実施例５）を作製した。
［比較例１］
以下の２点を変更したこと以外は、実施例１と同様の工程により、評価用試料（比較例１）を作製した。
・実施例１の「（１）ＰＴＣ抵抗体層及びアルミニウム箔の積層体の作製」において、第２のコート層を形成せず、第１のコート層のみを含むＰＴＣ抵抗体層と、アルミニウム箔との積層体Ａ’を２つ作製した。
・実施例１の「（３）評価用試料の作製」において、第１のコート層のみを含むＰＴＣ抵抗体層と、正極活物質層とが接するように、積層体Ｃの両面に積層体Ａ’を１つずつ積層させることによって、アルミニウム箔／（第１のコート層のみを含むＰＴＣ抵抗体層）／正極活物質層／アルミニウム箔／正極活物質層／（第１のコート層のみを含むＰＴＣ抵抗体層）／アルミニウム箔の層構成を有する評価用試料（比較例１）を作製した。
すなわち、比較例１の評価用試料は、積層体Ａの替わりに、第２のコート層が形成されていない積層体Ａ’を含む点において、実施例１の評価用試料と異なる。
２．評価用試料の評価
実施例１−実施例５及び比較例１の評価用試料について、下記評価を実施した。その結果を下記表１に示す。
（１）（ＶＡ／ＶＢ）値の算出
まず、各評価用試料を、クロスセクションポリッシャー（ＣＰ）による断面加工に供した。得られた２つのＰＴＣ抵抗体層の断面のうちの一方を、電界放出形走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）によって観察した。
次に、得られたＳＥＭ画像において、ＰＴＣ抵抗体層のいずれの部分の厚さ方向においても（Ａ層の厚さ）：（Ｂ層の厚さ）＝１：２となるように、ＰＴＣ抵抗体層を、電極活物質層に近い側から順に、Ａ層及びＢ層に分けた。これによって、ＳＥＭ画像上において、Ａ層の断面積がＰＴＣ抵抗体層全体の断面積の１／３となり、Ｂ層の断面積がＰＴＣ抵抗体層全体の断面積の２／３となった。
続いて、ＳＥＭ画像から、Ａ層中のファーネスブラック、アルミナ及びＰＶｄＦの総体積を１００体積％としたときの、Ａ層中のアルミナの体積割合ＶＡ（体積％）を算出した。同様に、Ｂ層中のファーネスブラック、アルミナ及びＰＶｄＦの総体積を１００体積％としたときの、Ｂ層中のアルミナの体積割合ＶＢ（体積％）を算出した。体積割合ＶＡを体積割合ＶＢにより除することにより、（ＶＡ／ＶＢ）値を求めた。
（２）Ｃ／Ｆ値の算出
まず、Ｆｌａｔ ＱＵＡＤ型エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＦＱ−ＥＤＸ）によって、各評価用試料中のＡ層の断面の元素分析を実施した。この「Ａ層の断面」とは、上記「（１）（ＶＡ／ＶＢ）値の算出」に用いたＳＥＭ画像により特定したＡ層の断面である。
次に、元素分析の結果から、Ａ層の断面に含まれるＣ量（ａｔｏｍ％）及びＦ量（ａｔｏｍ％）をそれぞれ算出した。Ｃ量（ａｔｏｍ％）をＦ量（ａｔｏｍ％）により除した値を、その評価用試料に関するＣ／Ｆ値とした。
（３）電子抵抗の測定
図３に示すように、評価用試料５０にマイクロテスター（図３中の４０、日置電機社製、型番：ＲＭ３５４５）を接続することにより、電子抵抗測定用回路２００を作製した。この電子抵抗測定用回路２００を用いて、室温（２５℃）及び２５０℃の条件下における、評価用試料５０の各電子抵抗を測定した。
なお、実施例４については、２５０℃条件下における電子抵抗測定を省略した。その理由は以下の通りである。実施例４の評価用試料は、ロールプレス圧力の条件以外は実施例３及び実施例５の評価用試料と同様に作製されている。下記表１に示すように、実施例３及び実施例５は、いずれも、２５０℃条件下における電子抵抗値が高い。したがって、実施例４の評価用試料も２５０℃条件下における電子抵抗値が高いことは明らかであるため、あえて同条件下における電子抵抗測定を省略した。
下記表１は、実施例１−実施例５及び比較例１の評価用試料に関する、作製条件及び評価を比較した表である。下記表１中の電子抵抗の項目において、「室温（％）」には、比較例１の室温下における電子抵抗値を１００％とした場合の、室温下における実施例１−実施例５の電子抵抗の相対値（％）を示す。下記表１中の電子抵抗の項目において、「２５０℃（％）」には、比較例１の２５０℃条件下における電子抵抗値を１００％とした場合の、２５０℃条件下における実施例１−実施例５の電子抵抗の相対値（％）を示す。下記表１中の電子抵抗の項目において、「２５０℃／室温」には、各評価用試料において、２５０℃条件下における電子抵抗値（実測値）を、室温下における電子抵抗値（実測値）で除した値を示す。すなわち、「２５０℃／室温」の値は、２５０℃条件下の電子抵抗値が、室温下の電子抵抗値の何倍に当たるかを示す値である。
３．考察
上記表１より、比較例１における（ＶＡ／ＶＢ）値は１．０である。これは、絶縁性無機物の体積割合がＡ層とＢ層とで変わらないことを意味する。一方、実施例１−５における（ＶＡ／ＶＢ）値は０．０８〜０．５である。したがって、実施例１−５におけるＰＴＣ抵抗体層においては、電極活物質層により近いＡ層における絶縁性無機物の体積割合ＶＡが、集電体により近いＢ層における絶縁性無機物の体積割合ＶＢよりも少ないことが分かる。
上記表１より、実施例１−５の室温下における電子抵抗値は、比較例１の室温下における電子抵抗値の１０〜１７％である。これに対し、上記表１の「２５０℃／室温」の値が１を超えていることからも明らかなように、実施例１−３及び実施例５の評価用試料は、室温下よりも２５０℃条件下の方が、電子抵抗値が高い。さらに、上述したように、実施例４の評価用試料も同様に、室温下よりも２５０℃条件下の方が、電子抵抗値が高いと推測される。
よって、ＰＴＣ抵抗体層において、電極活物質層により近いＡ層における絶縁性無機物の体積割合ＶＡが、集電体により近いＢ層における絶縁性無機物の体積割合ＶＢよりも少ないことによって、このようなＰＴＣ抵抗体層を備える電極を固体電池に使用したとき、高温条件下においてＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面における電子抵抗を低下させることなく、室温条件下においてＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との界面における電子抵抗の上昇を抑えることができ、固体電池の性能低下を抑制できることが実証された。これは、体積割合ＶＡが体積割合ＶＢよりも少ないことによって、ＰＴＣ抵抗体層と電極活物質層との接触性に優れるためと考えられる。
上述したように、このような評価用試料を用いた電子抵抗の測定結果は、固体電池自体の性能を反映する試験結果といえる（図４）。
さらに、実施例１、３及び５における、室温下の電子抵抗値に対する２５０℃条件下の電子抵抗値は、１６９倍以上と高い（表１中の「２５０℃／室温」参照）。また、実施例４における、室温下の電子抵抗値に対する２５０℃条件下の電子抵抗値も、同様に高いものと推測される。これは、Ｃ／Ｆ値が２．４〜３．９であることにより、実施例１及び実施例３−５の固体電池用電極が熱安定性に優れることを示す。
１ ＰＴＣ抵抗体層
１ａ Ａ層
１ｂ Ｂ層
２ 電極活物質層
３，３’ 集電体
１０ 固体電池用電極
２０ 電解質層
３０ 他の電極
４０ マイクロテスター
５０ 評価用試料
１００ 固体電池
２００ 電子抵抗測定用回路

Claims (6)

  1. 固体電池用の電極であって、
    前記電極は、電極活物質層、集電体、並びに、当該電極活物質層と集電体との間に配置され、かつ電極活物質層と接するＰＴＣ抵抗体層を備え、
    前記ＰＴＣ抵抗体層は、導電材、絶縁性無機物、及びポリマーを含有し、
    前記ＰＴＣ抵抗体層のいずれの部分の厚さ方向においても（Ａ層の厚さ）：（Ｂ層の厚さ）＝１：２となるように、前記ＰＴＣ抵抗体層を、前記電極活物質層に近い側から順に、Ａ層及びＢ層に分けたとき、
    前記Ａ層中の導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたときの、当該Ａ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＡが、
    前記Ｂ層中の導電材、絶縁性無機物、及びポリマーの総体積を１００体積％としたときの、当該Ｂ層中の絶縁性無機物の体積割合ＶＢより少ないことを特徴とする、固体電池用電極。
  2. 前記体積割合ＶＡを体積割合ＶＢにより除して得られる値（ＶＡ／ＶＢ）が、０．０８〜０．５である、請求項１に記載の固体電池用電極。
  3. 前記ＰＴＣ抵抗体層は、導電材として炭素含有導電材を、ポリマーとしてフッ素含有ポリマーを、それぞれ含有し、かつ、
    前記Ａ層に含まれる炭素原子の原子百分率を、当該Ａ層に含まれるフッ素原子の原子百分率により除して得られる値が、２．４〜３．９である、請求項１又は２に記載の固体電池用電極。
  4. 前記絶縁性無機物が金属酸化物である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の固体電池用電極。
  5. 前記導電材がカーボンブラックである、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の固体電池用電極。
  6. 正極、負極、並びに、当該正極及び当該負極の間に配置された電解質層を備える固体電池であって、
    前記正極及び負極の少なくともいずれか一方は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の固体電池用電極であることを特徴とする、固体電池。
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