JP6217286B2 - All-solid battery and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、固体電解質層を間に挟んで積層された一組の正極層および負極層の焼結体からなる単電池構造を備える全固体電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an all-solid battery including a unit cell structure composed of a sintered body of a pair of a positive electrode layer and a negative electrode layer laminated with a solid electrolyte layer interposed therebetween, and a method for manufacturing the same.
近年、有機電解液の漏れによる安全性の問題、高温時に有機電解液がその沸点を超えて揮発することによる耐熱性の問題などを解消するために、正極層および負極層間のリチウムイオンの伝導を媒介する電解質層に有機電解液を用いない全固体型のリチウムイオン電池(以下、「全固体電池」と称する)が提案されている(例えば特許文献1参照)。例えば、図13の従来の全固体電池の一例である断面図に示すように、全固体電池500は、正極層501および負極層502と、正極層501と負極層502との間に配置される固体電解質層503とを有する単電池構造を備えている。また、図13に示す全固体電池500では、正極層501と固体電解質層503との界面におけるリチウムイオンの偏りを緩衝するために緩衝層504が配置されている。
In recent years, in order to solve the safety problem due to leakage of organic electrolyte and the heat resistance problem due to volatilization of organic electrolyte exceeding its boiling point at high temperature, the conduction of lithium ions between the positive electrode layer and the negative electrode layer has been reduced. There has been proposed an all solid-state lithium ion battery (hereinafter referred to as “all solid battery”) that does not use an organic electrolyte solution as an intermediate electrolyte layer (see, for example, Patent Document 1). For example, as shown in a cross-sectional view as an example of the conventional all-solid battery in FIG. 13, the all-
なお、正極層501は、リチウムイオンの吸蔵および放出を行う正極活物質を含む層である。また、負極層502は、リチウムイオンの吸蔵および放出を行う負極活物質を含む層である。また、全固体電池500では、正極層501の固体電解質層503と反対側の主面に正極集電体505が形成され、負極層502の固体電解質層503と反対側の主面に負極集電体506が形成されている。また、固体電解質層503は、リチウムイオン伝導性を有する酸化物や硫化物の固体電解質である。
Note that the positive electrode layer 501 is a layer including a positive electrode active material that occludes and releases lithium ions. The
ところで、上記した全固体電池500では、図13に示すように、それぞれ固体電解質層503に被覆されていない、正極層501の端面と負極層502との距離が近い。したがって、正極層501の端面と負極層502の端面とが、固体電解質層503の端面の外側を介して接触したり放電等することにより短絡するおそれがある。
In the all-
この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、単電池構造の正極層の端面と負極層の端面とが短絡するのを防止することができる技術を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of an above-described subject, and it aims at providing the technique which can prevent that the end surface of the positive electrode layer of a single battery structure and the end surface of a negative electrode layer short-circuit.
上記した目的を達成するために、本発明の全固体電池は、固体電解質層を間に挟んで積層された一組の正極層および負極層の焼結体からなる単電池構造を備える全固体電池において、前記単電池構造は、前記正極層の端面および前記負極層の端面のうちの一方の少なくとも一部が、他方の前記端面に対して位置ずれすることにより形成された段差部を備え、前記段差部の位置ずれの大きさが、1μm〜100μmであることを特徴としている。 In order to achieve the above-described object, an all solid state battery of the present invention comprises an all solid state battery comprising a single cell structure comprising a set of a positive electrode layer and a negative electrode layer sintered body with a solid electrolyte layer interposed therebetween. In the single cell structure, at least a part of one of the end face of the positive electrode layer and the end face of the negative electrode layer includes a step portion formed by being displaced with respect to the other end face , The size of the position shift of the step portion is 1 μm to 100 μm .
このように構成された発明では、固体電解質層を間に挟んで積層された一組の正極層および負極層の焼結体からなる単電池構造が形成されている。また、単電池構造は、正極層の端面および負極層の端面のうちの一方の少なくとも一部が、他方の端面に対して面方向に位置ずれすることにより形成された段差部を備えている。そのため、段差部において、正極層の端面と負極層の端面との距離が位置ずれの分だけ広がる。したがって、それぞれ固体電解質層に被覆されていない正極層の端面と負極層の端面とが、固体電解質層の端面の外側を介して接触したり放電等することにより短絡するのを防止することができる。また、前記段差部の位置ずれの大きさが、1μm〜100μmであると、上記した短絡を効果的に防止することができる。 In the invention configured as described above, a unit cell structure is formed which includes a sintered body of a pair of a positive electrode layer and a negative electrode layer stacked with a solid electrolyte layer interposed therebetween. The unit cell structure also includes a step portion formed by shifting at least a part of one of the end face of the positive electrode layer and the end face of the negative electrode layer in the surface direction with respect to the other end face. Therefore, in the stepped portion, the distance between the end face of the positive electrode layer and the end face of the negative electrode layer increases by the amount of positional deviation. Therefore, it is possible to prevent the end face of the positive electrode layer not covered with the solid electrolyte layer and the end face of the negative electrode layer from coming into contact with each other via the outside of the end face of the solid electrolyte layer, or from being short-circuited. . Moreover, the above-mentioned short circuit can be effectively prevented as the magnitude | size of the position shift of the said level | step-difference part is 1 micrometer-100 micrometers.
また、前記固体電解質層は、該固体電解質層を挟む前記正極層および前記負極層の互いの対向面を全面に渡って被覆し、前記段差部における端面が外向きに突出しているとよい。 The solid electrolyte layer may cover the entire surface of the positive electrode layer and the negative electrode layer facing each other across the solid electrolyte layer, and end surfaces of the stepped portions may protrude outward.
このように構成すると、段差部において、固体電解質層の端面の外向きに突出した部分が、正極層の端面と負極層の端面との間に配置される。したがって、正極層の端面と負極層の端面との間に配置された固体電解質層の端面の突出部分により、正極層の端面と負極層の端面とが、固体電解質層の端面の外側を介して接触したり放電等することにより短絡するのをより効果的に防止することができる。 If comprised in this way, in the level | step-difference part, the part protruded outward of the end surface of a solid electrolyte layer will be arrange | positioned between the end surface of a positive electrode layer, and the end surface of a negative electrode layer. Therefore, the end surface of the positive electrode layer and the end surface of the negative electrode layer are disposed outside the end surface of the solid electrolyte layer by the protruding portion of the end surface of the solid electrolyte layer disposed between the end surface of the positive electrode layer and the end surface of the negative electrode layer. It is possible to more effectively prevent a short circuit due to contact or discharge.
なお、前記段差部の位置ずれの大きさが、4μm〜20μmであると、全固体電池の製造プロセスにおいて、正極層および負極層に位置ずれを形成するのが容易であり、単電池構造に段差部を容易に形成することができる。 The size of the displacement of the front Symbol step portion and is 4Myuemu~20myuemu, in the manufacturing process of the all-solid-state battery, it is easy to form the misalignment positive electrode layer and negative electrode layer, a unit cell structure The step portion can be easily formed.
また、前記単電池構造を複数備え、前記各単電池構造が積層されて直列接続されていてもよいし、前記単電池構造を複数備え、前記各単電池構造が積層されて並列接続されていてもよい。 Also, a plurality of the unit cell structures may be provided, and the unit cell structures may be stacked and connected in series, or a plurality of the unit cell structures may be provided and the unit cell structures may be stacked and connected in parallel. Also good.
このように構成すると、所定の出力電圧や所定の電池容量を備える実用的な全固体電池を提供することができる。 If comprised in this way, a practical all-solid-state battery provided with a predetermined output voltage and a predetermined battery capacity can be provided.
また、本発明の全固体電池の製造方法は、固体電解質層を間に挟んで積層された一組の正極層および負極層の焼結体からなる単電池構造を備える全固体電池の製造方法において、前記正極層の端面および前記負極層の端面のうちの一方の少なくとも一部が、他方の前記端面に対して位置ずれすることにより形成された段差部を有する前記正極層、前記固体電解質層および前記負極層の積層体を形成する積層工程と、前記積層体を焼成する焼成工程とを備え、前記段差部の位置ずれは前記焼成工程の際に前記正極層および前記負極層の収縮率差を利用して制御され、前記段差部の位置ずれの大きさが、1μm〜100μmであることを特徴としている。 In addition, the method for producing an all-solid battery according to the present invention is a method for producing an all-solid battery having a single cell structure comprising a sintered body of a pair of positive electrode layer and negative electrode layer laminated with a solid electrolyte layer interposed therebetween. The positive electrode layer having a step formed by shifting at least a part of one of the end face of the positive electrode layer and the end face of the negative electrode layer with respect to the other end face, the solid electrolyte layer, and A stacking step of forming a laminate of the negative electrode layer, and a firing step of firing the laminate, and the displacement of the stepped portion is caused by a difference in contraction rate between the positive electrode layer and the negative electrode layer during the firing step. It is controlled by using, and the size of the positional deviation of the stepped portion is 1 μm to 100 μm .
このように構成された発明では、正極層の端面および負極層の端面のうちの一方の少なくとも一部が、他方の端面に対して位置ずれすることにより形成された段差部を有する正極層、固体電解質層および負極層の積層体が形成される。したがって、このように形成された積層体が焼成されることにより、段差部を有する焼結体からなる単電池構造を備える全固体電池を容易に製造することができる。 In the invention thus configured, a positive electrode layer having a step portion formed by shifting at least part of one of the end face of the positive electrode layer and the end face of the negative electrode layer with respect to the other end face, a solid A laminate of the electrolyte layer and the negative electrode layer is formed. Therefore, an all solid state battery having a single cell structure made of a sintered body having a stepped portion can be easily manufactured by firing the thus formed laminated body.
また、それぞれ熱収縮率の異なる材料で正極層および負極層が形成されていてもよい。このようにすると、積層体が焼成される際の収縮率の差を利用して、正極層の端面と負極層の端面との間に位置ずれを生じさせることにより、焼結体からなる単電池構造に段差部を容易に形成することができる。 Further, the positive electrode layer and the negative electrode layer may be formed of materials having different thermal shrinkage rates. In this case, a unit cell made of a sintered body is produced by using the difference in shrinkage rate when the laminate is fired to cause a positional shift between the end face of the positive electrode layer and the end face of the negative electrode layer. A step portion can be easily formed in the structure.
また、前記焼成工程において、2枚の熱伝導性を有する平板で前記積層体を挟持して加圧しながら焼成してもよい。 Further, in the firing step, the laminate may be sandwiched between two flat plates having thermal conductivity and fired while being pressed.
このようにすると、2枚の熱伝導性を有する平板で挟持され加圧されながら積層体が焼成されることで、積層体の平板に接している層と接していない層との間で、平板との接触部分における摩擦抵抗に起因して収縮率に差が生じる。したがって、正極層の端面と負極層の端面との間に位置ずれが生じ、焼結体からなる単電池構造に段差部を形成することができる。また、積層体が平板で挟持されることにより、平滑な表面を有する焼結体を形成することができる。また、積層体に対する加圧力を調整することで、段差部における位置ずれの大きさを制御することができる。 In this way, the laminate is fired while being sandwiched and pressed between the two plates having thermal conductivity, so that the flat plate between the layer in contact with the flat plate and the layer not in contact with the flat plate of the laminate is obtained. A difference occurs in the shrinkage rate due to the frictional resistance at the contact portion. Therefore, displacement occurs between the end face of the positive electrode layer and the end face of the negative electrode layer, and a step portion can be formed in the unit cell structure made of a sintered body. Moreover, a sintered body having a smooth surface can be formed by sandwiching the laminated body between flat plates. Moreover, the magnitude | size of the position shift in a level | step-difference part is controllable by adjusting the applied pressure with respect to a laminated body.
本発明によれば、正極層の端面および負極層の端面のうちの一方の少なくとも一部が、他方の端面に対して面方向に位置ずれすることにより形成された段差部において、正極層の端面と負極層の端面との距離が位置ずれの分だけ広がる。したがって、それぞれ固体電解質層に被覆されていない正極層の端面と負極層の端面とが、固体電解質層の端面の外側を介して接触したり放電等することにより短絡するのを防止することができる。また、前記段差部の位置ずれの大きさが、1μm〜100μmであると、上記した短絡を効果的に防止することができる。 According to the present invention, the end face of the positive electrode layer is formed in a step portion formed by shifting at least part of one of the end face of the positive electrode layer and the end face of the negative electrode layer in the plane direction with respect to the other end face. And the end face of the negative electrode layer increase by the amount of positional deviation. Therefore, it is possible to prevent the end face of the positive electrode layer not covered with the solid electrolyte layer and the end face of the negative electrode layer from coming into contact with each other via the outside of the end face of the solid electrolyte layer, or from being short-circuited. . Moreover, the above-mentioned short circuit can be effectively prevented as the magnitude | size of the position shift of the said level | step-difference part is 1 micrometer-100 micrometers.
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態について、図1を参照して説明する。図1は本発明の第1実施形態にかかる全固体電池を示す図であり、(a)は斜視断面図、(b)は(a)の点線で囲まれた領域を示す要部拡大図である。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1A and 1B are diagrams showing an all solid state battery according to a first embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a perspective sectional view, and FIG. 1B is an enlarged view of a main part showing a region surrounded by a dotted line in FIG. is there.
(構成)
図1(a),(b)に示すように、全固体電池1は、内部電極層2を介して積層された2個の単電池構造10を備え、直方体状に積層された内部電極層2および単電池構造10が焼成された焼結体により構成されている。単電池構造10は、固体電解質層11を間に挟んで積層された一組の正極層12および負極層13を備え、両単電池構造10は、内部電極層2を介して積層されることにより直列接続されている。
(Constitution)
As shown in FIGS. 1A and 1B, the all-solid-
また、図1(a),(b)に示すように、全固体電池1の全側面において、各単電池構造10それぞれは、正極層12の端面12aおよび負極層13の端面13aのうちの一方が、他方の端面に対して位置ずれして配置されることにより形成された段差部3を備えている。段差部3の位置ずれの大きさは、約1μm〜約100μmであればよいが、好ましくは、段差部3の位置ずれの大きさが、約4μm〜約20μmであるとよい。
Further, as shown in FIGS. 1A and 1B, each
また、図1(b)に示すように、固体電解質層11を間に挟んで積層された正極層12および負極層13の互いの対向面は、固体電解質層11により全面に渡って被覆されている。また、同図に示すように、正極層12の端面12aの下端縁と負極層13の端面13aの上端縁とにより形成される開口を閉塞するように、段差部3における固体電解質層11の端面11aが形成されている。
Further, as shown in FIG. 1B, the opposing surfaces of the
なお、この実施形態では、全固体電池1の各側面のそれぞれにおいて、略同一方向に段差が形成されることにより各段差部3が形成されているが、各段差部3の段差の形成方向は同一方向でなくともよく、一の単電池構造10が、段差の形成方向がそれぞれ異なる複数の段差部3を備えていてもよい。また、この実施形態のように、全固体電池1の全側面(単電池構造10の全端面)に段差部3が形成されている必要はなく、全固体電池1の対向する一組の側面のそれぞれにのみ段差部3が形成されていてもよい。また、全固体電池1の全側面のうちの一の側面のみに段差部3が形成されていてもよく、単電池構造10の端面のうちの少なくとも一部に段差部3が形成されていればよい。
In this embodiment, each
次に、全固体電池1の製造方法の一例および他の例について簡単に説明する。
Next, an example of the manufacturing method of the all-
(製造方法の一例)
製造方法の一例では、まず、固体電極層11を間に挟んで積層された一組の正極層12および負極層13の焼結体からなる単電池構造10を単位として、正極層12の端面12aおよび負極層13の端面13aのうちの一方の少なくとも一部が、他方の端面に対して位置ずれして配置されることにより形成された段差部3を有する焼成前の単電池構造10の積層体が形成される(積層工程)。このとき、要求される全固体電池1の構成に応じた数の焼成前の単電池構造10の積層体が、直列接続または並列接続されるように、内部電極層2を介して積層される。そして、完成した積層体が焼成されることにより全固体電池1が完成する(焼成工程)。
(Example of manufacturing method)
In an example of the manufacturing method, first, the end face 12a of the
このようにすると、正極層12の端面12aおよび負極層13の端面13aのうちの一方の少なくとも一部が、他方の端面に対して位置ずれすることにより形成された段差部3を有する正極層12、固体電解質層11および負極層13の積層体が形成される。したがって、このように形成された積層体が焼成されることにより、段差部3を有する焼結体からなる単電池構造10を備える全固体電池1を容易に製造することができる。
In this way, at least a part of one of the end surface 12a of the
(製造方法の他の例)
製造方法の他の例では、まず、固体電極層11を間に挟んで積層された一組の正極層12および負極層13の焼結体からなる単電池構造10を単位として、正極層12および負極層13が固体電解質層11を間に挟んで積層された焼成前の単電池構造10の積層体が形成される(積層工程)。このとき、要求される全固体電池1の構成に応じた数の焼成前の単電池構造10の積層体が、直列接続または並列接続されるように、内部電極層2を介して積層される。続いて、完成した積層体が、正極層12および負極層13の少なくとも一方に熱伝導性を有する平板を配置した状態で焼成されることにより全固体電池1が完成する(焼成工程)。
(Other examples of manufacturing methods)
In another example of the manufacturing method, first, the
このようにすると、正極層12および負極層13が固体電解質層11を間に挟んで積層された積層体が、正極層12および負極層13の少なくとも一方に熱伝導性を有する平板が配置された状態で焼成される。したがって、熱伝導性を有する平板が接触している層が優先的に加熱されるので、積層体内部において収縮率や収縮タイミングに差が生じる。したがって、正極層12の端面12aと負極層13の端面13aとの間に位置ずれが生じるので、焼結体からなる単電池構造10に段差部3を形成することができる。
In this way, a laminate in which the
また、上記した両製造方法例において、焼成工程において、積層体が、2枚の熱伝導性を有する平板で挟持され加圧されながら焼成されてもよい。このようにすると、2枚の熱伝導性を有する平板で挟持され加圧されながら積層体が焼成されることで、積層体の平板に接している層と接していない層との間で、平板との接触部分における摩擦抵抗に起因して収縮率に差が生じる。したがって、正極層12の端面12aと負極層13の端面13aとの間に位置ずれが生じるので、焼結体からなる単電池構造10に段差部3を形成することができる。また、焼成前の積層体が平板で挟持され加圧されて加熱されることにより、平滑な表面を有する焼結体を形成することができる。また、焼成の際に、積層体に対する加圧力を調整することで、段差部3における位置ずれの大きさを制御することができる。
Moreover, in both above-described manufacturing method examples, in the firing step, the laminate may be fired while being sandwiched and pressed between two sheets of thermal conductivity. In this way, the laminate is fired while being sandwiched and pressed between the two plates having thermal conductivity, so that the flat plate between the layer in contact with the flat plate and the layer not in contact with the flat plate of the laminate is obtained. A difference occurs in the shrinkage rate due to the frictional resistance at the contact portion. Therefore, a positional shift occurs between the end face 12a of the
また、上記した両製造方法例において、それぞれ熱収縮率の異なる材料で正極層12および負極層13が形成されていてもよい。このようにすると、積層体が焼成される際の収縮率の差を利用して、正極層12の端面12aと負極層13の端面13aとの間に位置ずれを生じさせることにより、焼結体からなる単電池構造10に段差部3を容易に形成することができる。
Moreover, in both above-described manufacturing method examples, the
(変形例)
次に変形例について、図2〜図4を参照して説明する。図2は段差部の変形例を示す要部拡大図であって(a)および(b)はそれぞれ異なる例を示し、図3および図4は、それぞれ、段差部の変形例を示す斜視断面図である。なお、図2(a),(b)は、それぞれ、図1(a)の点線で囲まれた領域を示す図である。以下では、図1(a),(b)に示す例と異なる点を中心に説明を行い、同一構成については同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。
(Modification)
Next, a modification will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an enlarged view of a main part showing a modified example of the step part, (a) and (b) showing different examples, and FIGS. 3 and 4 are perspective sectional views showing modified examples of the step part. It is. 2 (a) and 2 (b) are diagrams each showing a region surrounded by a dotted line in FIG. 1 (a). Below, it demonstrates centering on a different point from the example shown to Fig.1 (a), (b), and description of the structure is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol about the same structure.
図2(a),(b)のそれぞれに示す変形例では、固体電解質層11の段差部3における端面11aが、正極層12の端面12aの下端縁と負極層13の端面13aの上端縁とにより形成される開口から外向きに突出している。
2 (a) and 2 (b), the end surface 11a of the
図3に示す変形例では、4個の単電池構造10が内部電極層2を介して積層されることにより直列接続されている。また、全固体電池1の、同図に向って左右両側の対向する一組の側面にのみ段差部3が形成されている。
In the modification shown in FIG. 3, four
図4に示す例では、直列接続された2個の単電池構造10を備える全固体電池1の、同図に向って左側の側面にのみ段差部3が形成されている。
In the example shown in FIG. 4, the
以上のように、この実施形態では、固体電解質層11を間に挟んで積層された一組の正極層12および負極層13の焼結体からなる単電池構造10が形成されている。また、単電池構造10は、正極層12の端面12aおよび負極層13の端面13aのうちの一方の少なくとも一部が、他方の端面に対して面方向に位置ずれすることにより形成された段差部3を備えている。そのため、段差部3において、正極層12の端面12aと負極層13の端面13aとの距離が位置ずれの分だけ広がる。したがって、それぞれ固体電解質層11に被覆されていない正極層12の端面12aと負極層13の端面13aとが、固体電解質層11の端面11aの外側を介して接触したり放電等することにより短絡するのを防止することができる。
As described above, in this embodiment, the
また、段差部3において、固体電解質層11の端面11aが外向きに突出している場合には、当該突出した部分が、正極層12の端面12aと負極層13の端面13aとの間に配置される。したがって、正極層12の端面12aと負極層13の端面13aとの間に配置された固体電解質層11の端面11aの突出部分が遮蔽壁として機能することにより、正極層12の端面12aと負極層13の端面13aとが、固体電解質層11の端面11aの外側を介して接触したり放電等することにより短絡するのをより効果的に防止することができる。
In the
なお、段差部3の位置ずれの大きさが、1μm〜100μmであると、上記した短絡を効果的に防止することができる。また、段差部3の位置ずれの大きさが、4μm〜20μmであると、全固体電池1の製造プロセスにおいて、正極層12および負極層13に容易に位置ずれを生じさせることができ、単電池構造10に段差部3を容易に形成することができる。
In addition, the above-mentioned short circuit can be effectively prevented as the magnitude | size of the position shift of the level | step-
また、複数の単電池構造10が積層されて直列接続されることにより、所定の出力電圧や所定の電池容量を備える実用的な全固体電池1を提供することができる。
Moreover, the practical all-solid-
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態について、図5を参照して説明する。図5は本発明の第2実施形態にかかる全固体電池を示す図であり、(a)は斜視断面図、(b)は(a)のA−A線矢視断面図である。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5A and 5B are diagrams showing an all solid state battery according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 5A is a perspective sectional view, and FIG. 5B is a sectional view taken along line AA in FIG.
図5に示す全固体電池1aが、上記した実施形態の全固体電池1と異なるのは、複数の単電池構造10が並列接続されている点である。以下では、上記した第1実施形態と異なる点を中心に説明を行い、その他の構成については同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。
The all solid state battery 1a shown in FIG. 5 is different from the all
図5(a),(b)に示すように、全固体電池1aは、内部電極層2を介して積層された4個の単電池構造10を備え、直方体状に積層された内部電極層2、絶縁層4および単電池構造10が焼成された焼結体により構成されている。また、各単電池構造10それぞれの正極層12の端面が全固体電池1aの右側の側面に引き出され、各単電池構造10それぞれの負極層13の端面が全固体電池1aの左側の側面に引き出されている。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the all-solid-state battery 1a includes four
また、上から1個目と3個目の単電池構造10は、正極層12が上側になるように配置され、上から2個目と4個目の単電池構造10は、負極層13が上側になるように配置されている。そして、上から2個目の単電池構造10の正極層12と、3個目の単電池構造10の正極層12とが内部電極層2により接続された状態で、全固体電池1aの右側面に引き出されている。また、上から1個目の単電池構造10の負極層13および2個目の単電池構造10の負極層13と、上から3個目の単電池構造10の負極層13および4個目の単電池構造10の負極層13とが、それぞれ内部電極層2により接続された状態で全固体電池1aの左側面に引き出されている。
Also, the first and third
また、全固体電池1aの左右の両側には、絶縁層4が配設されている。なお、全固体電池1aの右側面に引き出された各正極層12が図示省略された電極膜により接続され、全固体電池1aの左側面に引き出された各負極層13が図示省略された電極膜により接続されることにより、各単電池構造10が並列接続される。
Insulating
また、図5(b)に示すように、図5(a)の全固体電池1aに向って正面側と背面側の側面において、各単電池構造10それぞれに段差部3が形成されている。
Moreover, as shown in FIG.5 (b), the level | step-
以上のように、この実施形態では、上記した第1実施形態と同様の効果を奏することができると共に、複数の単電池構造10が積層されて並列接続されることにより、所定の出力電圧や所定の電池容量を備える実用的な全固体電池1aを提供することができる。
As described above, in this embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained, and a plurality of
<実施例>
実施例について図6〜図12を参照して説明する。図6〜図9は、それぞれ、実施例(1)〜実施例(9)を説明するための斜視断面図である。図10は実施例(6)を説明するための図であって、(a)は分解図、(b)は斜視断面図、図11は実施例(6)を説明するための斜視図である。図12は各実施例と比較例との比較結果を示す図である。
<Example>
Examples will be described with reference to FIGS. 6 to 9 are perspective cross-sectional views for explaining the embodiment (1) to the embodiment (9), respectively. FIG. 10 is a diagram for explaining the embodiment (6), (a) is an exploded view, (b) is a perspective sectional view, and FIG. 11 is a perspective view for explaining the embodiment (6). . FIG. 12 is a diagram showing a comparison result between each example and a comparative example.
(スラリー)
以下のように各スラリーを作製した。
(slurry)
Each slurry was produced as follows.
固体電解質スラリー:
リン酸材料からなる固体電解質材料として、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3の組成を有するナシコン型構造の結晶相を含むガラス粉末を主成分とし、このガラス粉末、ポリビニルアセタール樹脂、アルコールを、100:15:140の重量比率で秤量した。ポリビニルアセタール樹脂をアルコールに溶解して有機ビヒクルを作製し、ガラス粉末とメディアとともにポットに封入した。ポット架上で回転させた後、メディアを取り出して固体電解質スラリーを作製した。
Solid electrolyte slurry:
As a solid electrolyte material made of a phosphoric acid material, a glass powder containing a crystal phase of a NASICON structure having a composition of Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 as a main component, the glass powder, The polyvinyl acetal resin and alcohol were weighed at a weight ratio of 100: 15: 140. A polyvinyl acetal resin was dissolved in alcohol to prepare an organic vehicle, which was enclosed in a pot together with glass powder and media. After rotating on the pot rack, the media was taken out to produce a solid electrolyte slurry.
正極スラリー:
Li3V2(PO4)3の組成を有するナシコン型構造の結晶相を有する粉末、導電材となる炭素粉末、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3の組成を有するガラス粉末を、重量比40:10:50で混合した粉末を用いて、上記した固体電解質スラリーと同様にして正極スラリーを作製した。
Positive electrode slurry:
A powder having a crystal phase of NASICON structure having a composition of Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , a carbon powder serving as a conductive material, and a composition of Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 . A positive electrode slurry was produced in the same manner as the solid electrolyte slurry described above, using a powder obtained by mixing glass powder having a weight ratio of 40:10:50.
負極スラリー:
アナターゼ型酸化チタンTiO2の結晶相を有する粉末、導電材となる炭素粉末、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3の組成を有するガラス粉末を、重量比40:10:50で混合した粉末を用いて、上記した固体電解質スラリーと同様にして負極スラリーを作製した。
Negative electrode slurry:
A powder having a crystal phase of anatase-type titanium oxide TiO 2, a carbon powder serving as a conductive material, and a glass powder having a composition of Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 are used in a weight ratio of 40:10. A negative electrode slurry was prepared in the same manner as the solid electrolyte slurry described above using the powder mixed at 50.
内部電極スラリー:
導電材となる炭素粉末、Li1.0Ge2.0(PO4)3の組成を有するガラスセラミックス粉末を、重量比10:90で混合した粉末を用いて、上記した固体電解質スラリーと同様にして内部電極スラリーを作製した。
Internal electrode slurry:
Using a powder obtained by mixing a carbon powder serving as a conductive material and a glass ceramic powder having a composition of Li 1.0 Ge 2.0 (PO 4 ) 3 at a weight ratio of 10:90, the same as the above solid electrolyte slurry. Thus, an internal electrode slurry was prepared.
絶縁スラリー:
Li1.0Ge2.0(PO4)3の組成を有するガラスセラミックス粉末を用いて、上記した固体電解質スラリーと同様にして絶縁スラリーを作製した。
Insulating slurry:
Using a glass ceramic powder having a composition of Li 1.0 Ge 2.0 (PO 4 ) 3 , an insulating slurry was produced in the same manner as the above-described solid electrolyte slurry.
(グリーンシート)
以下のように各グリーンシートを作製した。
(Green sheet)
Each green sheet was produced as follows.
固体電解質シート:
ドクターブレード法を用いてポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に固体電解質スラリーを塗工し、40℃の温度に加熱したホットプレート上でこれを乾燥することにより、厚みが9μmの固体電解質シートを作製した。
Solid electrolyte sheet:
A solid electrolyte sheet having a thickness of 9 μm was prepared by applying a solid electrolyte slurry on a polyethylene terephthalate (PET) film using a doctor blade method and drying the slurry on a hot plate heated to a temperature of 40 ° C. .
正極シート:
正極スラリーを用いて、上記した固体電解質シートと同様にして厚みが35μmの正極シートを作製した。
負極シート:
負極スラリーを用いて、上記した固体電解質シートと同様にして厚みが25μmの負極シートを作製した。
Positive electrode sheet:
Using the positive electrode slurry, a positive electrode sheet having a thickness of 35 μm was prepared in the same manner as the solid electrolyte sheet described above.
Negative electrode sheet:
Using the negative electrode slurry, a negative electrode sheet having a thickness of 25 μm was prepared in the same manner as the above-described solid electrolyte sheet.
内部電極シート:
内部電極スラリーを用いて、上記した固体電解質シートと同様にして厚みが25μmの内部電極シートを作製した。
絶縁シート:
絶縁スラリーを用いて、上記した固体電解質シートと同様にして厚みが70μm、95μm、115μmの3種類の絶縁シートを作製した。
Internal electrode sheet:
Using the internal electrode slurry, an internal electrode sheet having a thickness of 25 μm was produced in the same manner as the above-described solid electrolyte sheet.
Insulating sheet:
Using the insulating slurry, three types of insulating sheets having thicknesses of 70 μm, 95 μm, and 115 μm were prepared in the same manner as the solid electrolyte sheet described above.
(実施例(1))
実施例(1)は、図6に示すように、正極シート1枚により形成される正極層12、固体電解質シート2枚により形成される固体電解質層11、負極シート1枚からなる負極層13からなる単電池構造10が2個直列接続されて形成されたものである。なお、実施例(1)は、予め段差部3が形成された積層体が焼成されることにより形成される。
(Example (1))
As shown in FIG. 6, Example (1) includes a
まず、固体電解質シート、正極シート、負極シート、内部電極シートが、所定の枚数、10mm×25mmの大きさに切断加工される。次に、正極シート1枚、固体電解質シート2枚、負極シート1枚からなる単電池構造10が、内部電極シート(内部電極層2)1枚を介して2個積層された積層体が作製される。なお、図6に示すように、正極シートが負極シートに対して向面方向(同図中の左右方向)に10μmずらして積層される。
First, a solid electrolyte sheet, a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and an internal electrode sheet are cut into a predetermined number of 10 mm × 25 mm. Next, a laminate in which two
また、上記した各シートは、60℃の温度で加圧圧着された後、PETフィルムから剥離される作業が繰り返されることにより積層される。そして、最後に、積層体が180MPaの水圧を用いて等方圧プレスされる。 Moreover, each above-mentioned sheet | seat is laminated | stacked by repeating the operation | work peeled from a PET film, after pressure-pressing at the temperature of 60 degreeC. Finally, the laminate is isotropically pressed using a water pressure of 180 MPa.
次に、10mm×25mmの矩形状の平面視形状を有する積層体が、図6の切断ラインCLに沿って10mm間隔で切断されることにより、同図に向って左右両側の対向する一組の側面にのみ段差部3を有する積層体に個片化される。
Next, the laminated body having a rectangular plan view shape of 10 mm × 25 mm is cut at an interval of 10 mm along the cutting line CL of FIG. It is separated into a laminate having the
続いて、個片化された積層体が、窒素雰囲気中400℃で焼成されてポリアセタール樹脂が分解除去された後、酸素雰囲気中550℃で焼成されて樹脂の炭化物が除去される。そして、積層体が、窒素雰囲気中700℃で焼成されることにより全固体電池1(実施例(1))を得た。なお、積層体は、2枚の熱伝導性のあるSiC製平板で挟持された状態で、0.5kg/cm2で加圧されながら焼成される。 Subsequently, the separated laminate is baked at 400 ° C. in a nitrogen atmosphere to decompose and remove the polyacetal resin, and then baked at 550 ° C. in an oxygen atmosphere to remove the carbide of the resin. And the all-solid-state battery 1 (Example (1)) was obtained by baking a laminated body at 700 degreeC in nitrogen atmosphere. The laminate is fired while being pressed at 0.5 kg / cm 2 in a state of being sandwiched between two heat conductive SiC flat plates.
実施例(1)の焼結体の端面を光学顕微鏡で観察したところ(倍率:600倍)、図12に示すように、20μmの位置ずれを有する段差部3が形成されていた。また、実施例(1)の焼結体の両主面に、金属ペーストを塗布し、金属製のリードを埋没させた状態で乾燥して、正極端子、負極端子を形成した。そして、Ar雰囲気で、30μAで6.5Vまで充電した後、6.5Vで10時間保持した。その後、30μAで0Vまで放電して放電容量を測定したところ、250μAh程度の放電容量が得られた。
When the end surface of the sintered body of Example (1) was observed with an optical microscope (magnification: 600 times), as shown in FIG. 12, a stepped
(実施例(2))
実施例(2)は、図7に示すように、正極シート1枚により形成される正極層12、固体電解質シート2枚により形成される固体電解質層11、負極シート1枚からなる負極層13からなる単電池構造10が3個直列接続されて形成されたものである。なお、実施例(2)は、予め段差部3が形成された積層体が焼成されることにより形成される。そして、上記した実施例(1)と同様にして、全固体電池1(実施例(2))を得た。
(Example (2))
In Example (2), as shown in FIG. 7, a
実施例(2)の焼結体の端面を光学顕微鏡で観察したところ(倍率:600倍)、図12に示すように、17μmの位置ずれを有する段差部3が形成されていた。また、実施例(2)の焼結体の両主面に、金属ペーストを塗布し、金属製のリードを埋没させた状態で乾燥して、正極端子、負極端子を形成した。そして、Ar雰囲気で、30μAで9.75Vまで充電した後、9.75Vで10時間保持した。その後、30μAで0Vまで放電して放電容量を測定したところ、250μAh程度の放電容量が得られた。
When the end surface of the sintered body of Example (2) was observed with an optical microscope (magnification: 600 times), as shown in FIG. 12, a stepped
(実施例(3))
実施例(3)は、図8に示すように、正極シート1枚により形成される正極層12、固体電解質シート2枚により形成される固体電解質層11、負極シート1枚からなる負極層13からなる単電池構造10が4個直列接続されて形成されたものである。なお、実施例(3)は、予め段差部3が形成されていない積層体が焼成されることにより形成される。
(Example (3))
As shown in FIG. 8, Example (3) includes a
上記した実施例(1)と同様にして、図8に示すように、25mm×25mmの矩形状の平面視形状を有する積層体が形成される。次に、この積層体が、図8の切断ラインCLに沿って10mm間隔で切断されることにより個片化される。そして、個片化された積層体が、実施例(1)と同様にして焼成されることにより全固体電池1(実施例(3))を得た。 In the same manner as in Example (1) described above, as shown in FIG. 8, a laminate having a rectangular plan view shape of 25 mm × 25 mm is formed. Next, this laminated body is cut into pieces by being cut at 10 mm intervals along the cutting line CL in FIG. And the laminated body separated into pieces was baked like Example (1), and the all-solid-state battery 1 (Example (3)) was obtained.
実施例(3)の焼結体の端面を光学顕微鏡で観察したところ(倍率:600倍)、図12に示すように、11μmの位置ずれを有する段差部3が形成されていた。また、実施例(3)の焼結体の両主面に、金属ペーストを塗布し、金属製のリードを埋没させた状態で乾燥して、正極端子、負極端子を形成した。そして、Ar雰囲気で、30μAで6.5Vまで充電した後、6.5Vで10時間保持した。その後、30μAで0Vまで放電して放電容量を測定したところ、250μAh程度の放電容量が得られた。
When the end surface of the sintered body of Example (3) was observed with an optical microscope (magnification: 600 times), as shown in FIG. 12, a stepped
(実施例(4))
実施例(4)は、図9に示すように、正極シート1枚により形成される正極層12、固体電解質シート2枚により形成される固体電解質層11、負極シート1枚からなる負極層13からなる単電池構造10が3個直列接続されて形成されたものである。なお、実施例(4)は、予め段差部3が形成されていない積層体が焼成されることにより形成される。
(Example (4))
In Example (4), as shown in FIG. 9, a
上記した実施例(3)と同様にして、図9に示すように、25mm×25mmの矩形状の平面視形状を有する積層体が形成される。次に、この積層体が、図9の切断ラインCLに沿って10mm間隔で切断されることにより個片化される。そして、個片化された積層体が、実施例(3)と同様にして焼成されることにより全固体電池1(実施例(4))を得た。 In the same manner as in Example (3) described above, as shown in FIG. 9, a laminated body having a rectangular plan view shape of 25 mm × 25 mm is formed. Next, this laminated body is cut into pieces by being cut at 10 mm intervals along the cutting line CL of FIG. And the laminated body separated into pieces was baked like Example (3), and the all-solid-state battery 1 (Example (4)) was obtained.
実施例(4)の焼結体の端面を光学顕微鏡で観察したところ(倍率:600倍)、図12に示すように、13μmの位置ずれを有する段差部3が形成されていた。また、実施例(4)の焼結体の両主面に、金属ペーストを塗布し、金属製のリードを埋没させた状態で乾燥して、正極端子、負極端子を形成した。そして、Ar雰囲気で、30μAで9.75Vまで充電した後、9.75Vで10時間保持した。その後、30μAで0Vまで放電して放電容量を測定したところ、250μAh程度の放電容量が得られた。
When the end surface of the sintered body of Example (4) was observed with an optical microscope (magnification: 600 times), as shown in FIG. 12, a stepped
(実施例(5))
実施例(5)は、図9に示すように、正極シート1枚により形成される正極層12、固体電解質シート2枚により形成される固体電解質層11、負極シート1枚からなる負極層13からなる単電池構造10が3個直列接続されて形成されたものである。なお、実施例(5)は、予め段差部3が形成されていない積層体が焼成されることにより形成される。
(Example (5))
In Example (5), as shown in FIG. 9, a
上記した実施例(4)と同様にして、図9に示すように、25mm×25mmの矩形状の平面視形状を有する積層体が形成される。次に、この積層体が、図9の切断ラインCLに沿って10mm間隔で切断されることにより個片化される。そして、個片化された積層体が、実施例(4)と同様にして焼成されることにより全固体電池1(実施例(5))を得た。なお、実施例(5)は、焼成時の加圧力が5kg/cm2に設定されている。 In the same manner as in Example (4) described above, as shown in FIG. 9, a laminate having a rectangular plan view shape of 25 mm × 25 mm is formed. Next, this laminated body is cut into pieces by being cut at 10 mm intervals along the cutting line CL of FIG. And the laminated body separated into pieces was baked like Example (4), and the all-solid-state battery 1 (Example (5)) was obtained. In Example (5), the pressing force during firing is set to 5 kg / cm 2 .
実施例(5)の焼結体の端面を光学顕微鏡で観察したところ(倍率:600倍)、図12に示すように、7μmの位置ずれを有する段差部3が形成されていた。また、実施例(4)の焼結体の両主面に、金属ペーストを塗布し、金属製のリードを埋没させた状態で乾燥して、正極端子、負極端子を形成した。そして、Ar雰囲気で、30μAで9.75Vまで充電した後、9.75Vで10時間保持した。その後、30μAで0Vまで放電して放電容量を測定したところ、250μAh程度の放電容量が得られた。
When the end surface of the sintered body of Example (5) was observed with an optical microscope (magnification: 600 times), as shown in FIG. 12, a stepped
(実施例(6))
実施例(6)は、図10(a),(b)に示すように、単電池構造10が4個並列接続されて形成されたものである。なお、実施例(6)は、予め段差部3が形成されていない積層体が焼成されることにより形成される。
(Example (6))
In Example (6), as shown in FIGS. 10A and 10B, four
まず、以下のように、各積層体ブロックが作製される(図10(a)参照)。 First, each laminated body block is produced as follows (refer Fig.10 (a)).
第1正極ブロック21:
第1正極ブロック21は、固体電解質シート(固体電解質層11)1枚、正極シート(正極層12)1枚、内部電極シート(内部電極層2)1枚が順番に積層されたものを、幅10.5mm×長さ25mmの矩形状に加工することにより作製した。
第2正極ブロック22:
第2正極ブロック22は、固体電解質シート(固体電解質層11)1枚、正極シート(正極層12)1枚、内部電極シート(内部電極層2)1枚、正極シート(正極層12)1枚、固体電解質シート(固体電解質層11)1枚が順番に積層されたものを、幅10.5mm×長さ25mmの矩形状に加工することにより作製した。
First positive electrode block 21:
The first
Second positive electrode block 22:
The second
負極ブロック31:
負極ブロック31は、固体電解質シート(固体電解質層11)1枚、負極シート(負極層13)1枚、内部電極シート(内部電極層2)1枚、負極シート(負極層13)1枚、固体電解質シート(固体電極層11)1枚が順番に積層されたものを、幅17mm×長さ25mmの矩形状に加工することにより作製した。
Negative electrode block 31:
The negative electrode block 31 includes one solid electrolyte sheet (solid electrolyte layer 11), one negative electrode sheet (negative electrode layer 13), one internal electrode sheet (internal electrode layer 2), one negative electrode sheet (negative electrode layer 13), solid It was produced by processing one electrolyte sheet (solid electrode layer 11) laminated in order into a rectangular shape having a width of 17 mm and a length of 25 mm.
第1絶縁ブロック41:
第1絶縁ブロック41は、厚みが70μmの絶縁シートを幅4mm×長さ25mmの矩形状に加工することにより作製した。
第2絶縁ブロック42:
第2絶縁ブロック42は、厚みが115μmのシートを幅4mm×長さ25mmの矩形状に加工することにより作製した。
第3絶縁ブロック43:
第3絶縁ブロック43は、厚みが95μmのシートを幅4mm×長さ25mmの矩形状に加工することにより作製した。
First insulating block 41:
The first insulating block 41 was produced by processing an insulating sheet having a thickness of 70 μm into a rectangular shape having a width of 4 mm × a length of 25 mm.
Second insulating block 42:
The second insulating block 42 was produced by processing a sheet having a thickness of 115 μm into a rectangular shape having a width of 4 mm and a length of 25 mm.
Third insulating block 43:
The third insulating block 43 was produced by processing a sheet having a thickness of 95 μm into a rectangular shape having a width of 4 mm and a length of 25 mm.
続いて、上記した各ブロックが以下の順番で積層される(図10(a),(b)参照)。 Subsequently, the respective blocks described above are stacked in the following order (see FIGS. 10A and 10B).
まず、2枚の第1正極ブロック21の間に第1絶縁ブロック41が配置される。次に、負極ブロック31が積層されると共に、その両側に第3絶縁ブロック43がそれぞれ積層される。続いて、第2絶縁ブロック42と、第2絶縁ブロック42を挟むように配置された第2正極ブロック22が積層される。
First, the first insulating block 41 is disposed between the two first positive electrode blocks 21. Next, the negative electrode block 31 is laminated, and the third insulating blocks 43 are laminated on both sides thereof. Subsequently, the second insulating block 42 and the second
次に、負極ブロック31が積層されると共に、その両側に第3絶縁ブロック43がそれぞれ積層される。最後に、第1絶縁ブロック41と、第1絶縁ブロック41を挟むように配置された第1正極ブロック21が積層される。
Next, the negative electrode block 31 is laminated, and the third insulating blocks 43 are laminated on both sides thereof. Finally, the first insulating block 41 and the first
また、上記した各ブロックは、60℃の温度で加圧圧着された後、PETフィルムから剥離される作業が繰り返されることにより積層される。最後に、180MPaの水圧を用いて等方圧プレスされることにより、図10(b)に示す、25mm×25mmの矩形状の平面視形状を有する積層体が形成される。 Each of the blocks described above is laminated by being repeatedly pressed and pressure-bonded at a temperature of 60 ° C. and then peeled off from the PET film. Finally, by performing isotropic pressure pressing using a water pressure of 180 MPa, a laminate having a rectangular plan view shape of 25 mm × 25 mm shown in FIG. 10B is formed.
なお、各正極ブロック21,22および負極ブロック31の両方に固体電解質シートが積層されているのは、積層時の位置ずれや、シートのたわみなどにより、正極層12と負極層13とが接触することを防止するためである。また、上記した各ブロックのサイズ、構成は、上記した例に限定されるものではない。
Note that the solid electrolyte sheet is laminated on each of the positive electrode blocks 21 and 22 and the negative electrode block 31 because the
次に、図10(b)に示す積層体が、切断ラインCLに沿って切断されて個片化されることにより、10mm×10.5mmの矩形状の平面視形状を有する積層体が形成される。そして、個片化された積層体が、実施例(1)と同様にして焼成されることにより全固体電池1a(実施例(6))を得た。 Next, the laminated body shown in FIG. 10B is cut along the cutting line CL to be separated into individual pieces, thereby forming a laminated body having a rectangular planar view shape of 10 mm × 10.5 mm. The And the laminated body separated into pieces was baked like Example (1), and the all-solid-state battery 1a (Example (6)) was obtained.
実施例(6)の焼結体の端面を光学顕微鏡で観察したところ(倍率:600倍)、図12に示すように、4μmの位置ずれを有する段差部3が形成されていた。また、図11に示すように、焼結体(全固体電池1a)の両側に金属ペーストPAを塗布し、金属製のリードを埋没させた状態で乾燥して、正極端子P、負極端子Nを形成した。そして、Ar雰囲気で、120μAで3.25Vまで充電した後、3.25Vで10時間保持した。その後、120μAで0Vまで放電して放電容量を測定した。
When the end surface of the sintered body of Example (6) was observed with an optical microscope (magnification: 600 times), as shown in FIG. 12, a stepped
(比較例)
予め段差部3が形成されていない積層体が焼成されることにより形成された単電池構造を1個備える比較例を作製した。
(Comparative example)
The comparative example provided with one single cell structure formed by baking the laminated body in which the level | step-
上記した実施例(1)と同様にして、内部電極シート(内部電極層2)1枚、正極シート(正極層12)1枚、固体電解質シート(固体電解質層11)4枚、負極シート(負極層13)2枚、内部電極シート(内部電極層2)1枚が積層されて、25mm×25mmの矩形状の平面視形状を有する積層体が形成される。次に、この積層体が、10mm間隔で切断されることにより個片化される。そして、個片化された積層体が、実施例(1)と同様にして焼成されることにより比較例を得た。 In the same manner as in Example (1) described above, one internal electrode sheet (internal electrode layer 2), one positive electrode sheet (positive electrode layer 12), four solid electrolyte sheets (solid electrolyte layer 11), negative electrode sheet (negative electrode) Two layers 13) and one internal electrode sheet (internal electrode layer 2) are laminated to form a laminate having a rectangular plan view shape of 25 mm × 25 mm. Next, this laminated body is cut into pieces by being cut at intervals of 10 mm. And the comparative example was obtained by baking the laminated body separated into pieces similarly to Example (1).
比較例の焼結体の端面を光学顕微鏡で観察したところ(倍率:600倍)、図12に示すように、位置ずれがなく段差部3は形成されていなかった。また、比較例の焼結体の両主面に、金属ペーストを塗布し、金属製のリードを埋没させた状態で乾燥して、正極端子、負極端子を形成した。そして、Ar雰囲気で、30μAで3.25Vまで充電した後、3.25Vで10時間保持した。その後、30μAで0Vまで放電して放電容量を測定したところ、250μAh程度の放電容量が得られた。
When the end surface of the sintered body of the comparative example was observed with an optical microscope (magnification: 600 times), as shown in FIG. 12, there was no positional shift and the
(評価)
(1)図12に示すように、予め段差部3を有する積層体を形成することにより、より大きな位置ずれを有する段差部3を形成することができた。すなわち、実施例(1),(2)それぞれにおいて、正極層12および負極層13の熱収縮率の差により、焼成後に、焼成前の段差部3の位置ずれ(10μm)より大きな位置ずれが確認された。
(2)段差部3が形成されていない積層体に、正極層12と負極層13との間の熱収縮率の違いにより段差部3を形成した実施例(3)〜(5)においても、段差部3に7μm〜13μmの位置ずれが確認された。焼成時の加圧力を高くした実施例(5)の焼結体では、段差部3の位置ずれの大きさが実施例(3),(4)に比べて小さくなっており、焼成時の加圧力を調整することにより段差部3の位置ずれ大きさを制御できることが確認された。
(3)段差部3がない積層体を形成し、これを焼成して形成した単電池構造が並列に接続された実施例(6)においても、正極層12と負極層13との間の熱収縮率の違いにより、段差部3に4μmの位置ずれが確認された。
(4)段差部3がない積層体を形成し、熱収縮率が同一の正極層12および負極層13を用いた比較例では、段差部3は確認されなかった。
(5)実施例(1)〜(5)および比較例では、いずれも250μAh程度の放電容量が得られ、問題無く充放電することが確認された。
(Evaluation)
(1) As shown in FIG. 12, the stepped
(2) In Examples (3) to (5) in which the stepped
(3) In Example (6) in which the unit cell structure formed by forming a laminated body without the stepped
(4) In the comparative example using the
(5) In each of Examples (1) to (5) and the comparative example, a discharge capacity of about 250 μAh was obtained, and it was confirmed that charging / discharging without problems occurred.
なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。また、上記した各数値は全て一例であって、全固体電池の構成に応じて、正極層および負極層の材質や、固体電解質層の材質は適宜最適なものを採用すればよい。また、単電池構造の積層数も、全固体電池の適宜変更すればよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the invention. The above numerical values are all examples, and the materials of the positive electrode layer and the negative electrode layer and the material of the solid electrolyte layer may be appropriately selected according to the configuration of the all solid state battery. In addition, the number of unit cell stacks may be changed as appropriate for the all solid state battery.
また、正極層、負極層、固体電解質層、内部電極層および絶縁層の積層方法は上記した例に限定されるものではなく、スクリーン印刷を用いた重ね塗りにより積層体を形成してもよい。また、グリーンシートの作製と、スクリーン印刷とを併用して積層体を形成してもよい。 Moreover, the lamination | stacking method of a positive electrode layer, a negative electrode layer, a solid electrolyte layer, an internal electrode layer, and an insulating layer is not limited to an above-described example, You may form a laminated body by the overcoating using screen printing. Further, a laminate may be formed by using green sheet production and screen printing in combination.
そして、固体電解質層を間に挟んで積層された一組の正極層および負極層の焼結体からなる単電池構造を備える全固体電池およびその製造方法に本発明を広く適用することができる。 The present invention can be widely applied to an all-solid battery including a unit cell structure made of a sintered body of a pair of positive electrode layer and negative electrode layer laminated with a solid electrolyte layer interposed therebetween, and a method for manufacturing the same.
1,1a 全固体電池
3 段差部
10 単電池構造
11 固体電解質層
12 正極層
12a 端面
13 負極層
13a 端面
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記単電池構造は、
前記正極層の端面および前記負極層の端面のうちの一方の少なくとも一部が、他方の前記端面に対して位置ずれすることにより形成された段差部を備え、
前記段差部の位置ずれの大きさが、1μm〜100μmである
ことを特徴とする全固体電池。 In an all-solid-state battery comprising a single cell structure composed of a sintered body of a positive electrode layer and a negative electrode layer laminated with a solid electrolyte layer interposed therebetween,
The unit cell structure is
At least a part of one of the end face of the positive electrode layer and the end face of the negative electrode layer includes a step portion formed by being displaced with respect to the other end face ,
The all-solid-state battery, wherein the level difference of the stepped portion is 1 μm to 100 μm .
ことを特徴とする請求項1に記載の全固体電池。 The solid electrolyte layer covers the opposing surfaces of the positive electrode layer and the negative electrode layer sandwiching the solid electrolyte layer over the entire surface, and an end surface of the stepped portion protrudes outward. Item 2. The all solid state battery according to Item 1.
前記正極層の端面および前記負極層の端面のうちの一方の少なくとも一部が、他方の前記端面に対して位置ずれすることにより形成された段差部を有する前記正極層、前記固体電解質層および前記負極層の積層体を形成する積層工程と、
前記積層体を焼成する焼成工程と
を備え、
前記段差部の位置ずれは前記焼成工程の際に前記正極層および前記負極層の収縮率差を利用して制御され、
前記段差部の位置ずれの大きさが、1μm〜100μmである
ことを特徴とする全固体電池の製造方法。 In a method for producing an all-solid battery comprising a unit cell structure comprising a sintered body of a pair of positive electrode layer and negative electrode layer laminated with a solid electrolyte layer interposed therebetween,
At least a part of one of the end face of the positive electrode layer and the end face of the negative electrode layer has a step portion formed by being displaced with respect to the other end face, the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, and the A laminating step of forming a laminate of negative electrode layers;
A firing step of firing the laminate ,
The positional deviation of the stepped portion is controlled using the difference in shrinkage rate between the positive electrode layer and the negative electrode layer during the firing step,
The method of manufacturing an all-solid-state battery, wherein the stepped portion has a positional deviation of 1 μm to 100 μm .
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