JP7172127B2 - 全固体電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
少なくとも一つの第1電極積層体と、少なくとも一つの第2電極-固体電解質積層体とが積層されてなる全固体電池積層体を有し、
前記第1電極積層体が、第1電極集電体層、及び前記第1電極集電体層の少なくとも片面に形成された第1電極活物質層を有し、
前記第2電極-固体電解質積層体が、第2電極集電体層、前記第2電極集電体層の少なくとも片面に形成された第2電極活物質層、及び固体電解質層を有し、
前記全固体電池積層体の第1の側面において、前記第1電極集電体層及び前記第2電極集電体層が、それぞれ面方向に突出している第1電極集電体突出部及び第2電極集電体層突出部を有し、
前記第2電極-固体電解質積層体の面方向面積が、前記第1電極積層体の面方向面積よりも大きく、かつ積層方向から見たときに、前記第1電極積層体が前記第2電極-固体電解質積層体の内側に積層されており、
前記第1の側面において、前記第1電極集電体突出部と前記第2電極-固体電解質積層体の面方向の縁部との接触を防止するようにして、前記縁部が、部分的に樹脂層で覆われている、
全固体電池。
〈態様2〉
前記第1電極が正極であり、かつ前記第2電極が負極である、態様1に記載の全固体電池。
〈態様3〉
前記第1の側面において、前記樹脂層が、前記縁部の全体に亘って延在している、態様1又は2に記載の全固体電池。
〈態様4〉
前記第1の側面において、前記樹脂層が、前記第2電極-固体電解質積層体の端面の全体に亘って延在している、態様1~3のいずれか一項に記載の全固体電池。
〈態様5〉
前記第1の側面において、前記樹脂層が、前記第2電極集電体突出部の一部分まで延在している、態様1~4のいずれか一項に記載の全固体電池。
〈態様6〉
前記全固体電池積層体が、モノポーラ型の積層体である、態様1~5のいずれか一項に記載の全固体電池。
〈態様7〉
前記樹脂層を構成する樹脂が、硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂である、態様1~6のいずれか一項に記載の全固体電池。
〈態様8〉
下記工程を含む、態様1~7のいずれか一項に記載の全固体電池の製造方法:
(a)剥離性基材上に、前記樹脂層を構成する樹脂を塗布すること;
(b)前記樹脂を、下側から前記第2電極-固体電解質積層体の下側の面方向の縁部に接触させて、前記樹脂で前記下側の面方向の縁部を少なくとも部分的に被覆すること;及び
(c)前記樹脂から、前記剥離性基材を剥離すること。
〈態様9〉
(b1)前記工程(b)の後であって、前記工程(c)の前に、前記樹脂層を構成する樹脂を、上側から、前記樹脂で被覆された前記下側の面方向の縁部と対向にして前記第2電極-固体電解質積層体の上側の面方向の縁部に塗布して、前記樹脂で前記上側の縁部を被覆すること、
を更に含む、態様8に記載の方法。
〈態様10〉
下記工程を含む、態様1~7のいずれか一項に記載の全固体電池の製造方法:
(d)前記第2電極-固体電解質積層体の面方向の縁部の下側に、剥離性基材を設置すること;
(e)前記樹脂層を構成する樹脂を、上側から前記第2電極-固体電解質積層体の面方向の縁部に塗布して、前記樹脂で前記第2電極-固体電解質積層体の上側の面方向の縁部を被覆すること;
(f)前記樹脂から、前記剥離性基材を剥離し、かつ前記第2電極-固体電解質層積体を上下反転すること;及び
(g)前記樹脂層を構成する樹脂を、上側から、前記第2電極-固体電解質積層体の上下反転後の上側の面方向の縁部に塗布して、前記樹脂で前記第2電極-固体電解質積層体の上下反転後の上側の面方向の縁部を被覆すること。
〈態様11〉
下記工程を含む、態様1~7のいずれか一項に記載の全固体電池の製造方法:
前記第2電極-固体電解質積層体の面方向の縁部に対して、前記樹脂層を構成する樹脂を、上側及び下側から同時に塗布して、前記樹脂で、前記上側及び下側の縁部を被覆すること。
〈態様12〉
前記樹脂層を構成する樹脂が、光硬化型樹脂であり、かつ
前記第2電極-固体電解質積層体を被覆している樹脂に光照射させて、前記樹脂を硬化させることによって、前記樹脂層を形成することを更に含む、
態様8~11のいずれか一項に記載の方法。
本開示の全固体電池は、
少なくとも一つの第1電極積層体と、少なくとも一つの第2電極-固体電解質積層体とが積層されてなる全固体電池積層体を有し、
第1電極積層体が、第1電極集電体層、及び第1電極集電体層の少なくとも片面に形成された第1電極活物質層を有し、
第2電極-固体電解質積層体が、第2電極集電体層、第2電極集電体層の少なくとも片面に形成された第2電極活物質層、及び固体電解質層を有し、
全固体電池積層体の第1の側面において、第1電極集電体層及び第2電極集電体層が、それぞれ面方向に突出している第1電極集電体突出部及び第2電極集電体層突出部を有し、
第2電極-固体電解質積層体の面方向面積が、第1電極積層体の面方向面積よりも大きく、かつ積層方向から見たときに、第1電極積層体が第2電極-固体電解質積層体の内側に積層されており、
第1の側面において、第1電極集電体突出部と第2電極-固体電解質積層体の面方向の縁部との接触を防止するようにして、前記縁部が、部分的に樹脂層で覆われている。
本開示の効果をより発揮させる観点から、全固体電池積層体の第1の側面において、樹脂層は、負極-固体電解質積層体の面方向の縁部の全体に亘って延在していることが好ましい。
全固体電池積層体は、少なくとも一つの正極積層体と、少なくとも一つの負極-固体電解質積層体とが積層されてなる。正極積層体は、正極集電体層、及び正極集電体層の少なくとも片面に形成された正極活物質層を有する。負極-固体電解質積層体は、負極集電体層、負極集電体層の少なくとも片面に形成された負極活物質層、及び固体電解質層を有する。
正極集電体層は、面方向に突出している正極集電体突出部を有する。また、この正極集電体突出部には、正極集電タブが電気的に接続されていてもよい。
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含み、好ましくは後述する固体電解質をさらに含む。そのほか、使用用途や使用目的等に合わせて、例えば、導電助剤又はバインダー等の全固体電池の正極活物質層に用いられる添加剤を含むことができる。
固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含む。固体電解質として、特に限定されず、全固体電池の固体電解質として利用可能な材料を用いることができる。例えば、固体電解質は、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、又はポリマー電解質等であってよいが、これらに限定されない。
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含み、好ましくは上述した固体電解質をさらに含む。そのほか、使用用途や使用目的等に合わせて、例えば、導電助剤又はバインダー等の全固体電池の負極活物質層に用いられる添加剤を含むことができる。
負極集電体層は、面方向に突出している負極集電体突出部を有する。また、この負極集電体突出部には、負極集電タブが電気的に接続されていてもよい。
本開示はまた、上述した全固体電池を製造するための方法として、第1の方法、第2の方法、及び第3の方法を提供する。いずれの方法を用いても、本開示の全固体電池を製造することができ、特に正極集電体突出部が負極-固体電解質積層体の面方向の縁部と直接に接触しないようにして、縁部が少なくとも部分的に樹脂層で覆われている本開示の全固体電池を製造することができる。
全固体電池の第1の製造方法は、下記工程を含む:
(a)剥離性基材上に、樹脂層を構成する樹脂を塗布すること;
(b)樹脂を、下側から負極-固体電解質積層体の下側の面方向の縁部に接触させて、樹脂で下側の面方向の縁部を被覆すること;及び
(c)樹脂から、剥離性基材を剥離すること。
工程(a)では、剥離性基材上に、上述した樹脂層を構成する樹脂を塗布する。
工程(b)では、樹脂を、下側から負極-固体電解質積層体の下側の面方向の縁部に接触させて、樹脂で下側の面方向の縁部を少なくとも部分的に被覆する。
工程(b1)では、樹脂層を構成する樹脂を、上側から、樹脂で被覆された下側の面方向の縁部と対向にして、負極-固体電解質積層体の上側の面方向の縁部に塗布して、樹脂で当該上側の縁部を被覆する。
工程(c)では、樹脂から、剥離性基材を剥離する。
全固体電池の第2の製造方法は、下記工程を含む:
(d)負極-固体電解質積層体の面方向の縁部の下側に、剥離性基材を設置すること;
(e)樹脂層を構成する樹脂を、上側から負極-固体電解質積層体の面方向の縁部に塗布して、樹脂で負極-固体電解質積層体の上側の面方向の縁部を被覆すること;
(f)樹脂から、剥離性基材を剥離し、かつ負極-固体電解質層積体を上下反転すること;及び
(g)樹脂層を構成する樹脂を、上側から、負極-固体電解質積層体の上下反転後の上側の面方向の縁部に塗布して、樹脂で負極-固体電解質積層体の上下反転後の上側の面方向の縁部を被覆すること。
本開示の第3の製造方法は、負極-固体電解質積層体の面方向の縁部に対して、樹脂層を構成する樹脂を、上側及び下側から同時に塗布して、樹脂で、負極-固体電解質積層体の上側及び下側の面方向の縁部を被覆することを含む。
1a、1b、1c 正極集電体層
2a、2b、2c 正極活物質層
3a、3b、3c、3d 固体電解質層
4a、4b、4c、4d 負極活物質層
5a、5c 負極集電体層
20a、20b 負極-固体電解質積層体20の面方向の縁部
20c、20d 負極-固体電解質積層体20の積層方向の縁部
10p、11p 正極集電体突出部
20p、21p 負極集電体突出部
10、11、12、13 正極積層体
20、21 負極-固体電解質積層体
30、31 全固体電池積層体
40a、40b、41 樹脂層
41x、41y 樹脂
100、200 全固体電池
Claims (9)
- 少なくとも一つの第1電極積層体と、少なくとも一つの第2電極-固体電解質積層体とが積層されてなる全固体電池積層体を有し、
前記第1電極積層体が、第1電極集電体層、及び前記第1電極集電体層の少なくとも片面に形成された第1電極活物質層を有し、
前記第2電極-固体電解質積層体が、第2電極集電体層、前記第2電極集電体層の少なくとも片面に形成された第2電極活物質層、及び固体電解質層を有し、
前記全固体電池積層体の第1の側面において、前記第1電極集電体層及び前記第2電極集電体層が、それぞれ面方向に突出している第1電極集電体突出部及び第2電極集電体層突出部を有し、
前記第2電極-固体電解質積層体の面方向面積が、前記第1電極積層体の面方向面積よりも大きく、かつ積層方向から見たときに、前記第1電極積層体が前記第2電極-固体電解質積層体の内側に積層されており、
前記第1の側面において、前記第1電極集電体突出部と前記第2電極-固体電解質積層体の面方向の縁部との接触を防止するようにして、前記縁部が、部分的に樹脂層で覆われており、前記樹脂層が、前記第2電極集電体突出部の一部分まで延在している、
全固体電池。 - 前記第1電極が正極であり、かつ前記第2電極が負極である、請求項1に記載の全固体電池。
- 前記全固体電池積層体が、モノポーラ型の積層体である、請求項1又は2に記載の全固体電池。
- 前記樹脂層を構成する樹脂が、硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂である、請求項1~3のいずれか一項に記載の全固体電池。
- 下記工程を含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の全固体電池の製造方法:
(a)剥離性基材上に、前記樹脂層を構成する樹脂を塗布すること;
(b)前記樹脂を、下側から前記第2電極-固体電解質積層体の下側の面方向の縁部に接触させて、前記樹脂で前記下側の面方向の縁部を少なくとも部分的に被覆すること;及び
(c)前記樹脂から、前記剥離性基材を剥離すること。 - (b1)前記工程(b)の後であって、前記工程(c)の前に、前記樹脂層を構成する樹脂を、上側から、前記樹脂で被覆された前記下側の面方向の縁部と対向にして前記第2電極-固体電解質積層体の上側の面方向の縁部に塗布して、前記樹脂で前記上側の縁部を被覆すること、
を更に含む、請求項5に記載の方法。 - 下記工程を含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の全固体電池の製造方法:
(d)前記第2電極-固体電解質積層体の面方向の縁部の下側に、剥離性基材を設置すること;
(e)前記樹脂層を構成する樹脂を、上側から前記第2電極-固体電解質積層体の面方向の縁部に塗布して、前記樹脂で前記第2電極-固体電解質積層体の上側の面方向の縁部を被覆すること;
(f)前記樹脂から、前記剥離性基材を剥離し、かつ前記第2電極-固体電解質層積体を上下反転すること;及び
(g)前記樹脂層を構成する樹脂を、上側から、前記第2電極-固体電解質積層体の上下反転後の上側の面方向の縁部に塗布して、前記樹脂で前記第2電極-固体電解質積層体の上下反転後の上側の面方向の縁部を被覆すること。 - 下記工程を含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の全固体電池の製造方法:
前記第2電極-固体電解質積層体の面方向の縁部に対して、前記樹脂層を構成する樹脂を、上側及び下側から同時に塗布して、前記樹脂で、前記上側及び下側の縁部を被覆すること。 - 前記樹脂層を構成する樹脂が、光硬化型樹脂であり、かつ
前記第2電極-固体電解質積層体を被覆している樹脂に光照射させて、前記樹脂を硬化させることによって、前記樹脂層を形成することを更に含む、
請求項5~8のいずれか一項に記載の方法。
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