JP2020077550A - 固体電池用電極、固体電池、および固体電池用電極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の固体電池用電極は、導電性の発泡多孔質体からなる集電体と、集電体に充填された電極合材と、を含む。電極合材は、電極活物質と固体電解質と有機高分子化合物と、を少なくとも含み、有機高分子化合物の含量は、前記電極合材全体に対して1.5質量%以下であることを特徴とする。
本発明において、発泡多孔質体の集電体に充填される電極合材は、電極活物質と固体電解質と有機高分子化合物と、を少なくとも含む。本発明に適用できる電極合材は、電極活物質と固体電解質と有機高分子化合物とを必須として含んでいれば、その他の成分を任意で含んでいてもよい。その他の成分としては特に限定されるものではなく、固体電池を作製する際に用い得る成分であればよい。
有機高分子化合物は、本発明の電極合材に含まれ、発泡多孔質体の集電体に充填されて電極層を構成する。有機高分子化合物は、バインダまたは増粘剤としての役割を果たし、通常、電極合材スラリーの粘性を確保するとともに、電極活物質と固体電解質との密着性を向上させる。
本発明に用いられる有機高分子化合物の種類としては、特に限定されるものではなく、電極合材層を形成する際に、電極合材に含まれる、電極活物質、固体電解質、およびその他の成分同志、または、電極合材に含まれる成分と発泡多孔質体の集電体とを、相互に結着するバインダとして用い得るものであればよい。例えば、アクリル酸系重合体、セルロース系重合体、スチレン系重合体、酢酸ビニル系重合体、ウレタン系重合体、フルオロエチレン系重合体等を挙げることができる。中では、電極活物質の容量の低下や固体電解質のリチウムイオン伝導率の低下を引き起こさず、また、含水率を下げることが可能な極性の低い溶媒において均一に分散する点から、アクリル酸系重合体やスチレンブタジエン系重合体が好ましい。
有機高分子化合物の含量は、乾燥後の電極合材全体に対して1.5質量%以下である。1.0質量%以下であることがさらに好ましく。0.5質量%以下であることが特に好ましい。含有量が1.5質量%以下である場合には、電極活物質、固体電解質、その他の成分、および発泡多孔質体の集電体の結着が十分に強固となり、得られる電極の抵抗が十分に低くなるため好ましい。
点結着部の大きさは、1〜500nmの範囲であることが好ましい。30〜300nmの範囲がさらに好ましく、50〜100nmの範囲であることが特に好ましい。1〜500nmの点領域にて、電極合材に含まれる、電極活物質、固体電解質、およびその他の成分同志、または、電極合材に含まれる成分と発泡多孔質体の集電体とを接合させることにより、電極活物質、固体電解質、その他の成分、および発泡多孔質体の集電体が、有機高分子化合物を介さず直接接触する領域を大きくすることが可能となる。
本発明の固体電池用電極で用いる集電体は、導電性の発泡多孔質体である。導電性の発泡多孔質体としては、導電性を有する材料が発泡した多孔質体であれば、特に限定されるものではない。集電体を、導電性の発泡多孔質体とすることにより、電極合材の固定化が容易となるため、電極合材の塗工用スラリーを増粘することなく電極層を厚膜化できる。また、増粘に必要であった有機高分子化合物からなるバインダを低減できることから、固体電池を構成した場合に、抵抗を低く抑えたまま、高容量化に貢献することができる。
本発明の固体電池用電極の製造方法は、特に限定されるものではなく、本技術分野における通常の方法を適用することができる。中では、導電性の発泡多孔質体からなる集電体に、差圧充填により電極合材を充填する電極合材充填工程を有することが好ましい。
本発明の固体電池用電極の製造方法における差圧充填工程は、図4に示される一実施態様においては、図4(b)に示される。本発明の差圧充填工程は、集電体において電極合材を投入する面と、その裏面との間に圧力差を生じさせ、圧力差により、集電体の網目構造を形成している空孔を通して、電極合材を集電体内部に浸透させて充填する工程である。
本発明の固体電池は、正極活物質を含む正極電極層と、負極活物質を含む負極電極層と、正極電極層と負極電極層との間に位置する固体電解質層と、を備える。本発明の固体電池においては、正極電極層および負極電極層の少なくとも一方が、上記した本発明の固体電池用電極となっている。
本発明の固体電池において、本発明の固体電池用電極を適用しない正極電極層および負極電極層は、特に限定されるものではなく、リチウムイオン固体電池の正極および負極として機能するものであればよい。
本発明の固体電池に用いられる固体電解質層に含まれる固体電解質は、特に限定されるものではなく、正極と負極との間でリチウムイオン伝導が可能なものであればよい。例えば、酸化物系電解質や硫化物系電解質が挙げられる。
2、12、22 電極活物質
3、13、23 有機高分子化合物
24、34 集電体
35 フィルタ
36 電極合材
Claims (8)
- 固体電池用電極であって、
前記固体電池用電極は、導電性の発泡多孔質体からなる集電体と、前記集電体に充填された電極合材と、を含み、
前記電極合材は、電極活物質と固体電解質と有機高分子化合物と、を少なくとも含み、
前記有機高分子化合物の含量は、乾燥後の前記電極合材全体に対して1.5質量%以下である、固体電池用電極。 - 前記電極活物質と前記固体電解質との界面に、前記有機高分子化合物が点で存在する点結着部を有し、前記点結着部により、前記電極活物質と前記固体電解質とが接合している、請求項1に記載の固体電池用電極。
- 前記点結着部の大きさは、1〜100nmである、請求項2に記載の固体電池用電極。
- 前記集電体は、金属の発泡多孔質体である、請求項1〜3いずれかに記載の固体電池用電極。
- 前記固体電池用電極は、正極である、請求項1〜4いずれかに記載の固体電池用電極。
- 前記固体電池用電極は、負極である、請求項1〜4いずれかに記載の固体電池用電極。
- 正極活物質を含む正極層と、
負極活物質を含む負極層と、
前記正極層と前記負極層との間に位置する固体電解質層と、を備える固体電池であって、
前記正極層および前記負極層の少なくとも一方は、請求項1〜6いずれかに記載の固体電池用電極からなる、固体電池。 - 請求項1〜6いずれか記載の固体電池用電極の製造方法であって、
導電性の発泡多孔質体からなる集電体に、差圧充填により電極合材を充填する電極合材充填工程を有する、固体電池用電極の製造方法。
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