JP6066574B2 - Manufacturing method of all-solid-state secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、全固体二次電池の製造方法に関するものである。 The present invention relates to method for manufacturing an all-solid secondary batteries.
近年、携帯電話・PDA・ノートパソコンなどの情報関連機器や通信機器の高機能化に伴い、長時間使用が可能であり、小型・軽量で安全性の高い二次電池が強く要望されている。また、自動車業界においても、電気自動車用やハイブリッド自動車用の高出力且つ高容量の電池の開発が進められている。これらの要望に応え得る電池として、リチウムイオン二次電池が注目を集めている。 In recent years, as information-related devices such as mobile phones, PDAs, and notebook computers and communication devices become more sophisticated, there is a strong demand for secondary batteries that can be used for a long time and that are small, light, and highly safe. Also in the automobile industry, development of high-power and high-capacity batteries for electric vehicles and hybrid vehicles is being promoted. Lithium ion secondary batteries are attracting attention as batteries that can meet these demands.
しかし、可燃性の有機溶媒を含む従来からのリチウムイオン二次電池には、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや、短絡防止のための構造・材料面での改善が必要となる。このため、リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化に伴い、安全性の確保が重要な課題とされてきた。このような課題を解決する電池として、固体電解質を用いた全固体リチウムイオン二次電池の鋭意研究開発が行われている。なぜなら、固体電解質は、不燃性であるため、漏液や発火のおそれがなく、さらに、有機電解液(有機溶媒にリチウム塩を溶解させたもの)に比べて化学的に安定であるため、固体電解質を用いた全固体リチウムイオン二次電池は、安全装置の簡素化が図れるとともに製造コストや生産性に優れるからである。 However, a conventional lithium ion secondary battery containing a combustible organic solvent needs to be equipped with a safety device that suppresses a temperature rise at the time of a short circuit, and to be improved in structure and material to prevent a short circuit. For this reason, with increasing energy density of lithium ion secondary batteries, ensuring safety has been an important issue. As a battery for solving such problems, intensive research and development of an all-solid-state lithium ion secondary battery using a solid electrolyte has been performed. Because the solid electrolyte is nonflammable, there is no risk of leakage or ignition, and since it is chemically stable compared to an organic electrolyte (lithium salt dissolved in an organic solvent) This is because an all-solid-state lithium ion secondary battery using an electrolyte can simplify the safety device and is excellent in manufacturing cost and productivity.
ところで、全固体リチウムイオン二次電池は、高性能化および高容量化を図るため、薄膜化および大型化が試みられている(例えば特許文献1参照)。特許文献1には、集電体の表面に電荷を帯電させられた活物質および固体電解質の混合粉末材料を搬送用ガスで吹き付けることにより、電池を薄膜化および大型化する方法が開示されている。
By the way, in order to achieve high performance and high capacity, all solid lithium ion secondary batteries have been attempted to be thin and large (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、無機材料を用いた全固体二次電池では、膜を形成した後、プレスにて膜を押し固める工程が必要であるから、特許文献1の方法では、薄型化のために固体電解質層を薄くしたり、高容量化のために電極層を厚くしたりすると、短絡が起こりやすくなるといった問題があった。
However, in an all-solid-state secondary battery using an inorganic material, a process of forming a film and then pressing the film with a press is necessary. Therefore, in the method of
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、薄型化および高容量化しても短絡が起こりにくい全固体二次電池の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a method for producing a thin and Koyo capacity and the short-circuit hardly occurs all-solid secondary batteries.
上記課題を解決するため、請求項1に係る本発明の全固体二次電池の製造方法は、正極層と負極層との間に固体電解質層が配置されるとともにこれら電極層の外面にそれぞれ集電体が配置されてなる全固体二次電池の製造方法であって、
上記電極層のうち先に形成される層を、配置する集電体に向けて広がるように側面を傾斜させて、形成し、
上記固体電解質層を形成し、
上記電極層のうち後に形成される層を、配置する固体電解質層に向けて広がるように側面を傾斜させて、形成し、
上記正極層、負極層および固体電解質層の側面の角度が、層面方向に対して30〜80°であり、
上記正極層、負極層および固体電解質層の各層毎におよび/または各層が全て形成された後に層厚方向に加圧する方法である。
In order to solve the above-mentioned problem, the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery according to the first aspect of the present invention includes a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and is collected on the outer surfaces of these electrode layers. A method for producing an all-solid-state secondary battery in which an electric body is disposed,
The layer formed earlier among the electrode layers is formed by inclining the side surface so as to spread toward the current collector to be arranged,
Forming the solid electrolyte layer;
The layer formed later among the electrode layers is formed by inclining the side surface so as to spread toward the solid electrolyte layer to be arranged,
The angles of the side surfaces of the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the solid electrolyte layer are 30 to 80 ° with respect to the layer surface direction,
The positive electrode layer, a method of pressurizing the thickness direction after and / or the layers are all formed for each layer of the negative electrode layer and the solid electrolyte layer.
また、請求項2に係る本発明の全固体二次電池の製造方法は、請求項1に係る発明の全固体二次電池の製造方法において、固体電解質層が、正極層および負極層よりも、層面方向に沿った最大面積が大きい方法である。
Moreover, the manufacturing method of the all-solid-state secondary battery of this invention which concerns on
また、請求項3に係る本発明の全固体二次電池の製造方法は、請求項2に係る発明の全固体二次電池の製造方法において、電極層のうち後に形成された層が、電極層のうち先に形成された層よりも、層面方向に沿った最大面積が大きい方法である。
A method of manufacturing all-solid secondary battery of the present invention according to
また、請求項4に係る本発明の全固体二次電池の製造方法は、請求項1乃至3のいずれか一項に係る発明の全固体二次電池の製造方法において、正極層および/または負極層がリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料を含み、
固体電解質層がリチウムイオン伝導体を含む方法である。
A method of manufacturing all-solid secondary battery of the present invention according to
The solid electrolyte layer is a method including a lithium ion conductor.
また、請求項5に係る本発明の全固体二次電池の製造方法は、請求項1乃至4のいずれか一項に係る発明の全固体二次電池の製造方法において、固体電解質層がLi2S−P2S5である方法である。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for producing an all solid state secondary battery according to the present invention, wherein the solid electrolyte layer is Li 2 in the method for producing an all solid state secondary battery according to any one of the first to fourth aspects. it is an S-P 2 S 5 in a way.
また、請求項6に係る本発明の全固体二次電池の製造方法は、請求項1乃至5のいずれか一項に係る発明の全固体二次電池の製造方法において、集電体を、材料通過口が形成されたマスクにより、材料通過口が集電体に接触しない状態で覆い、
材料通過口に粉末材料を吹き付けて、側面が層厚方向に対して傾斜した正極層または負極層を形成する方法である。
A method of manufacturing all-solid secondary battery of the present invention according to
By spraying powder material to the material passage opening is a method of sides forming the positive electrode layer or negative electrode layer is inclined with respect to the layer thickness direction.
上記全固体二次電池の製造方法によると、電極層のうち先に形成された層の側面を層厚方向に対して傾斜させることにより、薄膜化されたものであっても、成形体内の内部応力を分散させて、短絡頻度を減少させることができる。 According to the method for manufacturing the all-solid secondary batteries, by inclining the side surface of the layer formed on the inner destination electrode layer relative to the layer thickness direction, even if they were thinned, the molded body The internal stress can be dispersed to reduce the short circuit frequency.
以下、本発明の実施の形態に係る全固体二次電池を図面に基づき説明する。なお、本実施の形態では、全固体二次電池の一例として、固体電解質にリチウムイオン伝導性のものを用いた全固体二次電池、すなわち全固体リチウムイオン二次電池について説明する。 Hereinafter, an all-solid-state secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, as an example of an all-solid secondary battery, an all-solid secondary battery using a lithium ion conductive material as a solid electrolyte, that is, an all-solid lithium ion secondary battery will be described.
まず、本実施の形態に係る全固体リチウムイオン二次電池の基本的構成について説明する。
この全固体リチウムイオン二次電池は、図1(a)に示すように、正極層2と負極層4との間にリチウムイオン伝導性固体電解質層(以下では単に、固体電解質層3という)が配置(積層)され、また正極層2の固体電解質層3とは反対側の表面に正極集電体1が、負極層4の固体電解質層3とは反対側の表面に負極集電体5が、正極層2の外周に絶縁フィルム6が、それぞれ配置(積層)されたものである。上記正極層2および負極層4は、当然ながら電極となる層、つまり電極層である。また、上記正極層2、固体電解質層3、および負極層4の各側面は、それぞれ層厚方向に対して傾斜している。具体的には、図1(b)に示すように、各層2,3,4の側面の角度は、層面方向(層厚方向に直交する方向)に対して10〜60°である。また、傾斜した上記各側面は、図2(a)に示す平面形状、図2(b)に示す膨らんだ形状、図2(c)に示す窪んだ形状のいずれであってもよい。なお、上記正極層2、固体電解質層3および負極層4は、いずれも粉末材料を吹き付けて形成されたものである。
First, the basic configuration of the all-solid-state lithium ion secondary battery according to the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 1A, this all solid lithium ion secondary battery has a lithium ion conductive solid electrolyte layer (hereinafter simply referred to as solid electrolyte layer 3) between the
上記正極層2には、正極活物質とリチウムイオン伝導性固体電解質との混合物、または正極活物質のみが用いられる。上記混合物における、正極活物質とリチウムイオン伝導性固体電解質との重量比は、例えば7:3である。ここで、正極活物質には、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)など、電池分野において正極活物質に通常用いられている材料が用いられる。
For the
上記負極層4には、負極活物質とリチウムイオン伝導性固体電解質との混合物、または負極活物質のみが用いられる。上記混合物における、負極活物質とリチウムイオン伝導性固体電解質との重量比は、例えば6:4である。ここで、負極活物質には、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維または樹脂焼成炭素などの炭素材料、シリコン、錫、リチウム、酸化物、硫化物、窒化物、合金など、粉体や箔などの形状にかかわらず、電池分野において負極活物質に通常用いられている材料が用いられる。
For the
ここで、正極層2、固体電解質層3、負極層4のリチウムイオン伝導性固体電解質には、有機化合物、無機化合物、有機および無機の両化合物からなる材料、リチウムイオン電池分野で通常用いられている材料などが用いられる。また、無機化合物のうち、例えばLi2S−P2S5などの硫化物系は、他の無機化合物と比べてイオン伝導性に優れる。
Here, the lithium ion conductive solid electrolytes of the
上記正極集電体1および負極集電体5には、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム、リチウム、錫、若しくはこれらの合金などからなる板状体、箔状体、粉体、または成膜体などが用いられる。
The positive electrode
上記絶縁フィルム6は、正極集電体1と負極集電体5との短絡を防止し得るものである。
以下に、上記全固体リチウムイオン二次電池の製造方法について図3〜図8に基づき説明する。
The insulating
Below, the manufacturing method of the said all-solid-state lithium ion secondary battery is demonstrated based on FIGS.
本製造方法では、正極層2、固体電解質層3、および負極層4を形成するために、それぞれ正極形成用マスク、電解質形成用マスク、および負極形成用マスクを使用する。これら正極形成用マスク、電解質形成用マスク、および負極形成用マスクは、同一の形状であり寸法のみが異なるので、代表として、正極形成用マスクについて説明する。
In this production method, a positive electrode forming mask, an electrolyte forming mask, and a negative electrode forming mask are used to form the
図3(a)および(b)に示すように、正極形成用マスクPMは、貫通口Pが形成された板状体である。この貫通口Pは、矩形の材料通過口Mと、この材料通過口Mに中心が一致して連通するとともに材料通過口Mよりも大きな矩形の層形成口Lとから構成される。上記材料通過口Mは、貫通口Pの上部を構成し、正極形成用マスクPMの上方から吹き付けられた粉末材料を通過させる開口である。また、上記層形成口Lは、貫通口Pの下部を構成し、材料通過口Mを通過した粉末材料が堆積してなる正極層2を形成させる開口である。この層形成口Lは、中心が一致して連通する材料通過口Mよりも大きな開口として形成されることで、材料通過口Mを通過した粉末材料により形成される正極層2を、材料通過口Mおよび層形成口Lの中心から広がる形状にし得るものである。言い換えれば、上記正極形成用マスクPMは、上方から材料通過口Mに吹き付けられた粉末材料により、材料通過口Mおよび層形成口Lの中心から広がる形状の正極層2、すなわち、層厚方向に対して側面が傾斜した正極層2を、層形成口Lにおいて形成するようにされている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the positive electrode forming mask PM is a plate-like body in which the through hole P is formed. The through-hole P is composed of a rectangular material passage opening M and a rectangular layer formation opening L which is connected to the material passage opening M with the center being coincident and larger than the material passage opening M. The material passage port M is an opening that constitutes an upper portion of the through hole P and allows the powder material sprayed from above the positive electrode forming mask PM to pass therethrough. The layer formation port L is an opening that forms the
ところで、電解質形成用マスクおよび負極形成用マスクは、図示しないが、正極形成用マスクPMと同様に、材料通過口Mと層形成口Lとから構成される貫通口Pが形成された板状体であり、形成させる層3,4の面積に応じて、貫通口Pが正極形成用マスクPMのものと異なる寸法にされている。
By the way, although not shown, the electrolyte forming mask and the negative electrode forming mask are plate-like bodies each having a through-hole P formed of a material passage port M and a layer formation port L, as in the positive electrode formation mask PM. Depending on the area of the
次に、全固体リチウムイオン二次電池の製造方法について詳細に説明する。
まず、図4に示すように、正極集電体1に、正極層3の下面の面積よりも大きい開口部が形成された絶縁フィルムを固定する(貼り付ける)。このように準備した正極集電体1を静電成膜装置に設置し、図5(a)に示すように、正極形成用マスクPMを層形成口Lが下になるようにして正極集電体1および絶縁フィルム6に配置する。このとき、正極集電体1は、材料通過口Mが正極集電体1および絶縁フィルム6に接触しない状態で、正極形成用マスクPMにより覆われている。
Next, the manufacturing method of an all-solid-state lithium ion secondary battery is demonstrated in detail.
First, as shown in FIG. 4, an insulating film having an opening larger than the area of the lower surface of the
そして、静電成膜装置のキャリアガスによる噴射用ノズルNにより、正極用の粉末材料を材料通過口Mに吹き付ける。この粉末材料は静電成膜装置により電荷が帯電したものであり、この電荷に作用するクーロン力により、粉末材料が正極集電体1に付着する。
And the powder material for positive electrodes is sprayed to the material passage port M by the nozzle N for injection by the carrier gas of an electrostatic film-forming apparatus. The powder material is charged by an electrostatic film forming apparatus, and the powder material adheres to the positive electrode
具体的に説明すると、図5(a)に示すように、粉末材料は、上方から下方に向けて材料通過口Mを通過し、層形成口Lにおいて正極集電体1の上面に堆積する。特に、材料通過口Mの周縁近くを通過した粉末材料は、キャリアガスによって、材料通過口Mおよび層形成口Lの中心から離れる方向に広がって正極集電体1に堆積する。したがって、正極集電体1には、側面が層面方向に対して30〜80°傾斜した正極層2が形成される。正極層2が形成された後は、図5(b)に示すように、正極形成用マスクPMを正極集電体1から取り外す。
Specifically, as shown in FIG. 5A, the powder material passes through the material passage port M from the upper side to the lower side, and is deposited on the upper surface of the positive electrode
その後、図6(a)に示すように、電解質形成用マスクEMを層形成口Lが下になるようにして正極層2および絶縁フィルム6に配置する。このとき、正極層2および絶縁フィルム6は、材料通過口Mが正極層2および絶縁フィルム6に接触しない状態で、電解質形成用マスクEMにより覆われている。
Thereafter, as shown in FIG. 6A, the electrolyte formation mask EM is disposed on the
そして、静電成膜装置の噴射用ノズルNにより、固体電解質用の粉末材料を材料通過口Mに吹き付ける。この粉末材料は静電成膜装置により電荷が帯電したものであり、この電荷に作用するクーロン力により、粉末材料が正極層2に付着する。
Then, the powder material for the solid electrolyte is sprayed onto the material passage port M by the spray nozzle N of the electrostatic film forming apparatus. The powder material is charged by an electrostatic film forming apparatus, and the powder material adheres to the
具体的に説明すると、図6(a)に示すように、粉末材料は、上方から下方に向けて材料通過口Mを通過し、層形成口Lにおいて正極層2および絶縁フィルム6の上面に堆積する。特に、材料通過口Mの周縁近くを通過した粉末材料は、キャリアガスによって、材料通過口Mおよび層形成口Lの中心から離れる方向に広がって正極層2および絶縁フィルム6に堆積する。したがって、正極層2および絶縁フィルム6には、側面が層面方向に対して30〜80°傾斜した固体電解質層3が形成される。固体電解質層3が形成された後は、図6(b)に示すように、電解質形成用マスクEMを正極層2および絶縁フィルム6から取り外す。
More specifically, as shown in FIG. 6A, the powder material passes through the material passage port M from the upper side to the lower side, and is deposited on the upper surfaces of the
その後、図7(a)に示すように、負極形成用マスクNMを層形成口Lが下になるようにして固体電解質層3および絶縁フィルム6に配置する。このとき、固体電解質層3は、材料通過口Mが固体電解質層3および絶縁フィルム6に接触しない状態で、負極形成用マスクNMにより覆われている。
Thereafter, as shown in FIG. 7A, the negative electrode forming mask NM is disposed on the
そして、静電成膜装置の噴射用ノズルNにより、負極層用の粉末材料を材料通過口Mに吹き付ける。この粉末材料は静電成膜装置により電荷が帯電したものであり、この電荷に作用するクーロン力により、粉末材料が固体電解質層3に付着する。
Then, the powder material for the negative electrode layer is sprayed to the material passage port M by the spray nozzle N of the electrostatic film forming apparatus. The powder material is charged by an electrostatic film forming apparatus, and the powder material adheres to the
具体的に説明すると、図7(a)に示すように、粉末材料は、上方から下方に向けて材料通過口Mを通過し、層形成口Lにおいて固体電解質層3の上面に堆積する。特に、材料通過口Mの周縁近くを通過した粉末材料は、キャリアガスによって、材料通過口Mおよび層形成口Lの中心から離れる方向に広がって固体電解質層3に堆積する。したがって、固体電解質層3には、側面が層面方向に対して30〜80°傾斜した負極層4が形成される。負極層4が形成された後は、図7(b)に示すように、負極形成用マスクNMを固体電解質層3から取り外す。
Specifically, as shown in FIG. 7A, the powder material passes through the material passage port M from the upper side to the lower side, and is deposited on the upper surface of the
さらに、図8(a)に示すように、形成された上記負極層4の上面に負極集電体5が載置されることで、全固体リチウムイオン二次電池の半製品が得られる。そして、この半製品を、正極リードおよび負極リードを有する熱圧着式のラミネートフィルム(図示しない)内に挿入するとともに、ラミネートフィルム内のガスを真空ポンプで吸引しながら封止を行うことにより、全固体リチウムイオン二次電池の完成品が得られる。この封止により、充放電時の圧密性が高められるとともに、水分と反応して変質する固体電解質、例えば硫化物系固体電解質が大気から保護される。最後に、構成材料中の微量なガスが加圧力により外部に排出される目的、および、各層2,3,4の粉末同士の接触性を高めてイオン伝導性を向上させる目的で、ラミネートフィルム内のガスを吸引する際に、図8(b)に示すように、正極集電体1と負極集電体5とが近づく方向に全固体リチウムイオン二次電池を加圧する。この加圧により、正極層2、固体電解質層3、および負極層4の厚さは約三分の一になるとともに、各層2,3,4の傾斜した側面の角度は層面方向に対して10〜60°になる。
Furthermore, as shown to Fig.8 (a), the semi-finished product of an all-solid-state lithium ion secondary battery is obtained by mounting the negative electrode
このように、上記全固体リチウムイオン二次電池の構成によると、正極層2、固体電解質層3、および負極層4の各側面をそれぞれの層厚方向に対して傾斜させることで、薄膜化されたものであっても、成形体の内部応力を分散させて、短絡頻度を減少させることができる。
As described above, according to the configuration of the all-solid-state lithium ion secondary battery, the side surfaces of the
また、上記全固体リチウムイオン二次電池の製造方法によると、従来のマスクと形状の異なるマスクPM,EM,NMを使用する他は、従来の製造方法と同一であるから、高い生産性を維持することができる。 Moreover, according to the manufacturing method of the all-solid-state lithium ion secondary battery, high productivity is maintained because it is the same as the conventional manufacturing method except that masks PM, EM, and NM having different shapes from the conventional mask are used. can do.
ところで、上記実施の形態では、材料通過口Mと層形成口Lとが形成されたマスク(正極形成用マスクPM、電解質形成用マスクEM、および負極形成用マスクNM)を使用するものとして説明したが、図9(a)に示すように、材料通過口Mのみが形成されたマスクMKを使用してもよい。この場合、図9(b)に示すように、層を形成させる面[図9(b)では一例として正極集電体1]とマスクMKとの間にスペーサSを置いて空間を形成する(層を形成させる面にマスクMKの材料通過口Mを接触させない)ことにより、この空間が層形成口Lとして作用する。また、図示しないが、材料通過口Mのみが形成されたマスクMKの下に、層形成口Lのみが形成された他のマスクを重ねて使用してもよい。
By the way, in the said embodiment, it demonstrated as what uses the mask (The positive electrode formation mask PM, the electrolyte formation mask EM, and the negative electrode formation mask NM) in which the material passage port M and the layer formation port L were formed. However, as shown in FIG. 9A, a mask MK in which only the material passage port M is formed may be used. In this case, as shown in FIG. 9B, a space is formed by placing a spacer S between the surface on which the layer is formed [the positive electrode
また、上記実施の形態では、正極層2、固体電解質層3、および負極層4のいずれの側面も層厚方向に対して傾斜しているとして説明したが、少なくとも、正極層2および負極層4のうち先に形成される層の側面が層厚方向に対して傾斜していればよい。
In the above embodiment, the side surfaces of the
さらに、上記実施の形態では、全固体二次電池の一例として、全固体リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではなく、全固体二次電池であればよい。 Furthermore, in the said embodiment, although the all-solid-state lithium ion secondary battery was demonstrated as an example of an all-solid-state secondary battery, it is not limited to this, What is necessary is just an all-solid-state secondary battery.
また、上記実施の形態では、各層2,3,4が全て形成された後に層厚方向に加圧するとして説明したが、各層2,3,4毎に加圧してもよい。さらに、各層2,3,4毎に加圧し、各層2,3,4が全て形成された後に層厚方向に再度加圧してもよい。
In the above-described embodiment, it has been described that pressurization is performed in the layer thickness direction after all the
また、上記実施の形態では、各層2,3,4の形成には、いずれも静電成膜装置により粉末材料をマスクPM,EM,NMに吹き付けるとして説明したが、これに限定されるものではない。他の例として、(1)傾斜面が形成された金型で各層2,3,4をプレスする方法、(2)各層2,3,4を側面が傾斜するようにライン成膜する方法、(3)レーザ照射により各層2,3,4の側面を削り取って傾斜させる方法などがある。上記(1)の方法は、噴射用ノズルNにより、形成する層2,3,4の粉末材料をマスクMK’の開口に吹き付け[図10(a)参照]、マスクMK’を除去した後に[図10(b)参照]、傾斜面が形成された金型Dでプレスする[図11(a)〜(c)参照]ものである。上記(2)の方法は、ライン成膜ノズルJにより、薄膜を多段に重ねて各層2,3,4を形成するが、下段の薄膜よりも隣接する上段の薄膜の面積を小さくしていくことで[図12(a)〜(c)参照]、各層2,3,4の側面を傾斜させるものである。上記(3)の方法は、噴射用ノズルNにより、形成する層2,3,4の粉末材料をマスクMK’の開口に吹き付け[図13(a)参照]、マスクMK’を除去した後に[図13(b)参照]、金型D’でプレスし[図14(a)および(b)参照]、レーザ照射器Eからのレーザ照射により各層2,3,4の側面を削り取って傾斜させる[図14(c)参照]ものである。上記(1)〜(3)は、各層2,3,4を形成する例に過ぎず、当然ながら、各層2,3,4が形成された後の図8(a)および(b)に示す工程を必要とする。
In the above embodiment, each of the
以下、上記実施の形態をより具体的に示した実施例に係る全固体リチウムイオン二次電池について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
以下に説明する実施例および比較例に係る全固体リチウムイオン二次電池は、正極層2、固体電解質層3、および負極層4の形状のみが異なり、他の条件については同一である。また、これら実施例および比較例に係る全固体リチウムイオン二次電池は、いずれも、正極活物質にはLiNi0.8Co0.15Al0.05O2(粒径6μm)を用い、リチウムイオン伝導性固体電解質にはLi2S(70mol%)−P2S5(30mol%)を用い、負極活物質にはグラファイト(粒径25μm)を用い、正極集電体1にはアルミニウム箔(30mm角)をステンレス箔(40mm角)に固定したものを用い、負極集電体5には銅箔(40mm角)を用いた。また、実施例および比較例に係る全固体リチウムイオン二次電池は、いずれも有効面積(最も面積が小さい層における面積)が20mm角であるから、ラミネートフィルム内のガスを吸引する際の加圧を40tとし、各層に10t/cm2の圧力を作用させた。
Hereinafter, the all-solid-state lithium ion secondary battery which concerns on the Example which showed the said embodiment more concretely is demonstrated. The present invention is not limited to the following examples.
The all-solid-state lithium ion secondary batteries according to Examples and Comparative Examples described below are different only in the shapes of the
本実施例1では、材料通過口Mが20mm角で層形成口Lが22mm角の正極形成用マスクPMを使用し、材料通過口Mが28mm角で層形成口Lが30mm角の電解質形成用マスクEMを使用し、材料通過口Mが24mm角で層形成口Lが26mm角の負極形成用マスクNMを使用した。このため、図15に示すように、全固体リチウムイオン二次電池において、面積の大きい層から順に、固体電解質層3、負極層4、正極層2となった。
In Example 1, a positive electrode forming mask PM having a material passage opening M of 20 mm square and a layer formation opening L of 22 mm square is used, and for forming an electrolyte having a material passage opening M of 28 mm square and a layer formation opening L of 30 mm square. A mask EM was used, and a negative electrode forming mask NM having a material passage port M of 24 mm square and a layer formation port L of 26 mm square was used. For this reason, as shown in FIG. 15, in the all-solid-state lithium ion secondary battery, the
本実施例1に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度および歩留まりを測定し、この測定結果を下表1に示す。なお、短絡頻度は、作製した全固体リチウムイオン二次電池の個数のうち短絡が生じた全固体リチウムイオン二次電池の個数の割合である。また、歩留まりは、作製した全固体リチウムイオン二次電池の個数のうち短絡が生じなかった全固体リチウムイオン二次電池の個数の割合である。表1に示すように、本実施例1に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度は10%、歩留まりは90%であった。 The short-circuit frequency and yield of the all-solid-state lithium ion secondary battery according to Example 1 were measured, and the measurement results are shown in Table 1 below. The short-circuit frequency is a ratio of the number of all solid-state lithium ion secondary batteries in which a short circuit has occurred among the number of all-solid-state lithium ion secondary batteries produced. The yield is the ratio of the number of all solid-state lithium ion secondary batteries that did not cause a short circuit among the number of all-solid-state lithium ion secondary batteries produced. As shown in Table 1, the short-circuit frequency of the all-solid-state lithium ion secondary battery according to Example 1 was 10%, and the yield was 90%.
本実施例2では、材料通過口Mが20mm角で層形成口Lが22mm角の正極形成用マスクPMおよび負極形成用マスクNMを使用し、材料通過口Mが28mm角で層形成口Lが30mm角の電解質形成用マスクEMを使用した。このため、図16に示すように、全固体リチウムイオン二次電池において、面積の大きい層から順に、固体電解質層3、負極層4および正極層2(負極層4と正極層2とは同面積)となった。
In Example 2, a positive electrode forming mask PM and a negative electrode forming mask NM having a material passage port M of 20 mm square and a layer formation port L of 22 mm square are used, and the material passage port M is 28 mm square and the layer formation port L is formed. A 30 mm square electrolyte forming mask EM was used. For this reason, as shown in FIG. 16, in the all-solid lithium ion secondary battery, the
本実施例2に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度および歩留まりを測定し、この測定結果を下表1に示す。表1に示すように、本実施例2に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度は15%、歩留まりは85%であった。
[比較例1]
The short-circuit frequency and yield of the all-solid-state lithium ion secondary battery according to Example 2 were measured, and the measurement results are shown in Table 1 below. As shown in Table 1, the short-circuit frequency of the all-solid-state lithium ion secondary battery according to Example 2 was 15%, and the yield was 85%.
[Comparative Example 1]
比較例1〜3では、実施例1および2とは異なり、材料通過口Mを有しない(層形成口Lのみを有する)マスクを使用して、全固体リチウムイオン二次電池を作製した。このため、図17に示すように、正極層2’、固体電解質層3’、および負極層4’の各側面は、それぞれの層面方向に対して略直交しており(傾斜しておらず)、すなわち、層厚方向(層面方向に対して直交する方向)に対して略平行である(傾斜していない)。
In Comparative Examples 1 to 3, unlike Examples 1 and 2, an all-solid lithium ion secondary battery was manufactured using a mask having no material passage port M (having only a layer formation port L). For this reason, as shown in FIG. 17, the side surfaces of the
本比較例1では、層形成口Lが20mm角のマスクを使用して正極層2’を形成し、層形成口Lが28mm角のマスクを使用して固体電解質層3’を形成し、層形成口Lが24mm角のマスクを使用して負極層4’を形成した。このため、図17に示すように、全固体リチウムイオン二次電池において、面積の大きい層から順に、固体電解質層3’、負極層4’、正極層2’となった。
In Comparative Example 1, the layer formation port L forms a
本比較例1に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度および歩留まりを測定し、この測定結果を下表1に示す。表1に示すように、本比較例1に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度は65%、歩留まりは35%であった。
[比較例2]
The short-circuit frequency and yield of the all-solid-state lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 were measured, and the measurement results are shown in Table 1 below. As shown in Table 1, the all-solid-state lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 had a short-circuit frequency of 65% and a yield of 35%.
[Comparative Example 2]
本比較例2では、層形成口Lが20mm角のマスクを使用して正極層2’、固体電解質層3’、および負極層4’を形成した。このため、図18に示すように、全固体リチウムイオン二次電池において、固体電解質層3’、負極層4’、正極層2’は同面積となった。
In Comparative Example 2, the
本比較例2に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度および歩留まりを測定し、この測定結果を下表1に示す。表1に示すように、本比較例2に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度は85%、歩留まりは15%であった。
[比較例3]
The short-circuit frequency and yield of the all-solid-state lithium ion secondary battery according to Comparative Example 2 were measured, and the measurement results are shown in Table 1 below. As shown in Table 1, the short-circuit frequency of the all-solid-state lithium ion secondary battery according to Comparative Example 2 was 85%, and the yield was 15%.
[Comparative Example 3]
本比較例3では、層形成口Lが20mm角のマスクを使用して正極層2’および負極層4’を形成し、層形成口Lが24mm角のマスクを使用して固体電解質層3’を形成した。このため、図19に示すように、全固体リチウムイオン二次電池において、面積の大きい層から順に、固体電解質層3’、負極層4’および正極層2’(負極層4’と正極層2’とは同面積)となった。
In Comparative Example 3, the layer formation port L uses a 20 mm square mask to form the
本比較例3に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度および歩留まりを測定し、この測定結果を下表1に示す。表1に示すように、本比較例3に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度は70%、歩留まりは30%であった。 The short-circuit frequency and yield of the all-solid-state lithium ion secondary battery according to Comparative Example 3 were measured, and the measurement results are shown in Table 1 below. As shown in Table 1, the all-solid-state lithium ion secondary battery according to Comparative Example 3 had a short-circuit frequency of 70% and a yield of 30%.
また、上記実施例1に係る全固体リチウムイオン二次電池の構成によると、負極層4が正極層2よりも面積を大きくするとともに、固体電解質層3が負極層4よりも面積を大きくする(面積の大きい層から順に、固体電解質層3、負極層4、正極層2とする)ことで、さらに短絡頻度を減少させることができた。
Further, according to the configuration of the all-solid-state lithium ion secondary battery according to Example 1, the
ところで、上記実施例1では、さらに短絡頻度を減少させるため、面積の大きい層から順に、固体電解質層3、負極層4、正極層2とすることについて説明したが、これに限定されるものではなく、面積の大きい層から順に、固体電解質層3、正極層2および負極層4のうち後に形成される層、正極層2および負極層4のうち先に形成される層であればよい。
By the way, in Example 1 described above, in order to further reduce the frequency of short-circuiting, it has been described that the
PM 正極形成用マスク
EM 電解質形成用マスク
NM 負極形成用マスク
P 貫通口
M 材料通過口
L 層形成口
1 正極集電体
2 正極層
3 固体電解質層
4 負極層
5 負極集電体
6 絶縁フィルム
PM Positive electrode formation mask EM Electrolyte formation mask NM Negative electrode formation mask P Through port M Material passage port L
Claims (6)
上記電極層のうち先に形成される層を、配置する集電体に向けて広がるように側面を傾斜させて、形成し、
上記固体電解質層を形成し、
上記電極層のうち後に形成される層を、配置する固体電解質層に向けて広がるように側面を傾斜させて、形成し、
上記正極層、負極層および固体電解質層の側面の角度が、層面方向に対して30〜80°であり、
上記正極層、負極層および固体電解質層の各層毎におよび/または各層が全て形成された後に層厚方向に加圧することを特徴とする全固体二次電池の製造方法。 A method for producing an all-solid-state secondary battery in which a solid electrolyte layer is disposed between a positive electrode layer and a negative electrode layer and a current collector is disposed on each outer surface of these electrode layers,
The layer formed earlier among the electrode layers is formed by inclining the side surface so as to spread toward the current collector to be arranged,
Forming the solid electrolyte layer;
The layer formed later among the electrode layers is formed by inclining the side surface so as to spread toward the solid electrolyte layer to be arranged,
The angles of the side surfaces of the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the solid electrolyte layer are 30 to 80 ° with respect to the layer surface direction,
A method for producing an all-solid-state secondary battery, wherein the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the solid electrolyte layer are pressurized for each layer and / or after all the layers are formed.
固体電解質層がリチウムイオン伝導体を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の全固体二次電池の製造方法。 The positive electrode layer and / or the negative electrode layer contains a material capable of occluding and releasing lithium ions,
The method for producing an all-solid-state secondary battery according to any one of claims 1 to 3 , wherein the solid electrolyte layer contains a lithium ion conductor .
材料通過口に粉末材料を吹き付けて、正極層または負極層を形成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の全固体二次電池の製造方法。 The current collector is covered with a mask in which the material passage port is formed in a state where the material passage port does not contact the current collector,
By spraying powder material to the material passage openings, a positive electrode layer or the method of manufacturing the all-solid secondary battery according to any one of claims 1 to 5, characterized in that to form a negative electrode layer.
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