硫化物全固体电池用负极、以及硫化物全固体电池、以及该硫化物全固体电池的制造方法-丰田相关专利2018年最新公开系列中文参考版本之二

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP) (19)[发行国]日本专利厅( JP ) )
(12)【公報種別】公開特許公報(A) (12)[类别]公开专利公报( A ) )
(11)【公開番号】特開2018-142431(P2018-142431A) (11)[公开号]日本特开2018 – 142431 ( P2018 – 142431A ) )
(43)【公開日】平成30年9月13日(2018.9.13) (43)[公开日]平成30年9月13日( 2018.9. 13 ) )
(54)【発明の名称】硫化物全固体電池用負極、及び、硫化物全固体電池、並びに当該硫化物全固体電池の製造方法 (54)[发明名称]硫化物全固体电池用负极、以及硫化物全固体电池、以及该硫化物全固体电池的制造方法
(21)【出願番号】特願2017-35161(P2017-35161) (21)[申请号码]日本特愿2017 – 35161 ( P2017 – 35161 ) )
(22)【出願日】平成29年2月27日(2017.2.27) (22)[申请日]平成29年2月27日( 2017. 2.27 ) )
(71)【出願人】 (71)[申请人]
【識別番号】000003207 [识别编号]000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社 [姓名或名称]丰田汽车株式会社
(72)【発明者】 (72)[发明人]
【氏名】尾瀬  徳洋 [姓名]尾瀬  徳洋
(72)【発明者】 (72)[发明人]
【氏名】長谷川  元 [姓名]長谷川  元
(72)【発明者】 (72)[发明人]
【氏名】濱  重規 [姓名]濱  重規
(72)【発明者】 (72)[发明人]
【氏名】大瀧  光俊 [姓名]大瀧  光俊
(57)【要約】 (57)[摘要]
【課題】所望の初期充放電効率が得られる硫化物全固体電池用負極、及び、硫化物全固体電池、並びに当該硫化物全固体電池の製造方法を提供する。 [课题]本发明提供能够得到期望的初期充放电效率的硫化物全固体电池用负极、以及硫化物全固体电池、以及该硫化物全固体电池的制造方法。
【解決手段】硫化物固体電解質及び負極活物質を含む負極活物質層と、負極集電体と、を有する硫化物全固体電池用負極であって、 [解决方案]一种硫化物全固体电池用负极,其具有包含硫化物固体电解质和负极活性物质的负极活性物质层和负极集电体,
  前記負極活物質がSi及びSi合金からなる群より選ばれる少なくとも1種の材料を含み、 所述负极活性物质包含选自由Si和Si合金构成的组中的至少1种材料,
  前記負極集電体がCuを含む導電材料からなり、 所述负极集电体由含有Cu的导电材料构成,
  前記負極活物質層とCuを含む前記導電材料が直接接していることを特徴とする硫化物全固体電池用負極。 一种硫化物全固体电池用负极,其特征在于,所述负极活性物质层与含有Cu的所述导电材料直接接触。
【選択図】図1 [选择图]图1
000002 000002
【特許請求の範囲】 [权利要求书]
【請求項1】 [权利要求1]
  硫化物固体電解質及び負極活物質を含む負極活物質層と、負極集電体と、を有する硫化物全固体電池用負極であって、 一种硫化物全固体电池用负极,其具有包含硫化物固体电解质和负极活性物质的负极活性物质层和负极集电体,
  前記負極活物質がSi及びSi合金からなる群より選ばれる少なくとも1種の材料を含み、 所述负极活性物质包含选自由Si和Si合金构成的组中的至少1种材料,
  前記負極集電体がCuを含む導電材料からなり、 所述负极集电体由含有Cu的导电材料构成,
  前記負極活物質層とCuを含む前記導電材料が直接接していることを特徴とする硫化物全固体電池用負極。 一种硫化物全固体电池用负极,其特征在于,所述负极活性物质层与含有Cu的所述导电材料直接接触。
【請求項2】 [权利要求2]
  Cuを含む前記導電材料がCu箔であり、当該Cu箔の表面粗さRzが1.65~9.9である、請求項1に記載の硫化物全固体電池用負極。 根据权利要求1所述的硫化物全固体电池用负极,其中,含有Cu的所述导电材料为Cu箔,该Cu箔的表面粗糙度Rz为1.65 ~ 9.9 。
【請求項3】 [权利要求3]
  前記請求項1又は2に記載の硫化物全固体電池用負極と、正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、当該正極活物質層及び前記負極活物質層の間に配置される固体電解質層と、を備えることを特徴とする硫化物全固体電池。 一种硫化物全固体电池,其特征在于,具备:上述权利要求1或2所述的硫化物全固体电池用负极、具有包含正极活性物质的正极活性物质层的正极、以及配置于该正极活性物质层与上述负极活性物质层之间的固体电解质层。
【請求項4】 [权利要求4]
  硫化物固体電解質及び負極活物質を含む負極活物質層と、負極集電体と、を有する負極と、正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、当該正極及び当該負極の間に配置される固体電解質層と、を備える硫化物全固体電池の製造方法であって、 一种硫化物全固体电池的制造方法,其具备:具有包含硫化物固体电解质和负极活性物质的负极活性物质层、和负极集电体的负极、和配置在该正极和该负极之间的固体电解质层,
  前記正極活物質層と前記負極活物質層と前記固体電解質層を準備する工程と、 准备所述正极活性物质层、所述负极活性物质层和所述固体电解质层的工序,
  少なくとも前記固体電解質層上に前記負極活物質層を積層させた状態で、プレス温度100℃以上でロールプレス処理を行う工程と、を有し、 至少在所述固体电解质层上层叠所述负极活性物质层的状态下,在加压温度100 ℃以上进行辊压处理的工序,
  前記負極活物質がSi及びSi合金からなる群より選ばれる少なくとも1種の材料を含み、 所述负极活性物质包含选自由Si和Si合金构成的组中的至少1种材料,
  前記負極集電体がCuを含む導電材料からなることを特徴とする、硫化物全固体電池の製造方法。 一种硫化物全固体电池的制造方法,其特征在于,所述负极集电体由含有Cu的导电材料构成。
【請求項5】 [权利要求5]
  前記ロールプレス処理をプレス圧2~6ton/cmで行う、請求項4に記載の硫化物全固体電池の製造方法。 根据权利要求4所述的硫化物全固体电池的制造方法,其中,以加压压力2 ~ 6ton / cm进行所述辊压处理。
【請求項6】 [权利要求6]
  前記ロールプレス処理をプレス温度100~210℃で行う、請求項4又は5に記載の硫化物全固体電池の製造方法。 根据权利要求4或5所述的硫化物全固体电池的制造方法,其中,在压制温度100 ~ 210 ℃下进行所述辊压处理。
【請求項7】 [权利要求7]
  Cuを含む前記導電材料がCu箔であり、当該Cu箔の表面粗さRzが1.65~9.9である、請求項4乃至6のいずれか一項に記載の硫化物全固体電池の製造方法。 根据权利要求4 ~ 6中任一项所述的硫化物全固体电池的制造方法,其中,含有Cu的所述导电材料为Cu箔,该Cu箔的表面粗糙度Rz为1.65 ~ 9.9 。
【発明の詳細な説明】 [发明的详细说明]
【技術分野】 [技术领域]
【0001】 【0001】
  本開示は硫化物全固体電池用負極、及び、硫化物全固体電池、並びに当該硫化物全固体電池の製造方法に関する。 本发明涉及硫化物全固体电池用负极、以及硫化物全固体电池、以及该硫化物全固体电池的制造方法。
【背景技術】 [背景技术]
【0002】 【0002】
  硫化物全固体電池の性能向上のために種々の研究がなされている。 为了提高硫化物全固体电池的性能,进行了各种研究。
  特許文献1には、負極活物質としてグラファイト(C)が用いられ、且つ、硫化物固体電解質を含む電極体にNi、Cu、Feを含有する導電材料を集電体として用いた場合に、導電材料と硫黄が反応して、電極体と集電体界面の抵抗が上昇してしまうことを課題として、集電体と電極体の間にCr、Ti、W、C、Ta、Au、Pt、Mn及びMoからなる群から選択された1又は2以上の元素を含有する層を介在させることが開示されている。 在专利文献1中,作为负极活性物质使用石墨( C ) , 并且,在含有硫化物固体电解质的电极体中使用含有Ni 、 Cu 、 Fe的导电材料作为集电体的情况下, 以导电材料与硫反应,电极体与集电体界面的电阻上升为课题,公开了在集电体与电极体之间夹设含有选自Cr 、 Ti 、 W 、 C 、 Ta 、 Au 、 Pt 、 Mn及Mo中的1种或2种以上的元素的层。
  また、特許文献2には、負極集電体としてLiを用いた、Si負極を備える硫化物全固体電池が開示されている。 另外,专利文献2中公开了具备使用Li作为负极集电体的Si负极的硫化物全固体电池。
  さらに、特許文献3には、負極集電体としてAlを用いた、Si負極を備える硫化物全固体電池が開示されている。 此外,在专利文献3中,公开了具有使用Al作为负极集电体的Si负极的硫化物全固体电池。
【先行技術文献】 [现有技术文献]
【特許文献】 [专利文献]
【0003】 【0003】
【特許文献1】特開2012-049023号公報 [专利文献1]日本特开2012 – 049023号公报
【特許文献2】特開2013-069416号公報 [专利文献2]日本特开2013 – 069416号公报
【特許文献3】特開2013-211238号公報 [专利文献3]日本特开2013 – 211238号公报
【発明の概要】 [发明内容]
【発明が解決しようとする課題】 [发明所要解决的课题]
【0004】 【0004】
  しかし、特許文献1に記載のように、集電体と電極体の間に上記のような層を介在させると高コストになる。 但是,如专利文献1所记载的那样,若使上述那样的层介于集电体与电极体之间,则成本变高。
  また、電極体厚さの増加につながり、エネルギー密度低下にもつながる。 另外,导致电极体厚度的增加,导致能量密度降低。
  上記のような層を介在させない方法として、集電体としてSUSやLi等を用いる方法があるが、高コストになるという問題がある。 作为不夹设上述那样的层的方法,有使用SUS 、 Li等作为集电体的方法,但存在成本高的问题。
  上記実情を鑑み、本開示では、所望の初期充放電効率が得られる硫化物全固体電池用負極、及び、硫化物全固体電池、並びに当該硫化物全固体電池の製造方法を提供する。 鉴于上述实际情况,本发明提供能够得到期望的初始充放电效率的硫化物全固体电池用负极、以及硫化物全固体电池、以及该硫化物全固体电池的制造方法。
【課題を解決するための手段】 [用于解决课题的手段]
【0005】 【0005】
  本開示の硫化物全固体電池用負極は、硫化物固体電解質及び負極活物質を含む負極活物質層と、負極集電体と、を有する硫化物全固体電池用負極であって、 本公开的硫化物全固体电池用负极是具有包含硫化物固体电解质和负极活性物质的负极活性物质层和负极集电体的硫化物全固体电池用负极,
  前記負極活物質がSi及びSi合金からなる群より選ばれる少なくとも1種の材料を含み、 所述负极活性物质包含选自由Si和Si合金构成的组中的至少1种材料,
  前記負極集電体がCuを含む導電材料からなり、 所述负极集电体由含有Cu的导电材料构成,
  前記負極活物質層とCuを含む前記導電材料が直接接していることを特徴とする。 其特征在于,所述负极活性物质层和含有Cu的所述导电材料直接接触。
【0006】 【0006】
  本開示の硫化物全固体電池用負極において、Cuを含む前記導電材料がCu箔であり、当該Cu箔の表面粗さRzが1.65~9.9であってもよい。 在本发明的硫化物全固体电池用负极中,含有Cu的上述导电材料为Cu箔,该Cu箔的表面粗糙度Rz可以为1.65 ~ 9.9 。
【0007】 【0007】
  本開示の硫化物全固体電池は、前記硫化物全固体電池用負極と、正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、当該正極活物質層及び前記負極活物質層の間に配置される固体電解質層と、を備えることを特徴とする。 本公开的硫化物全固体电池的特征在于,具备:上述硫化物全固体电池用负极、具有包含正极活性物质的正极活性物质层的正极、以及配置于该正极活性物质层与上述负极活性物质层之间的固体电解质层。
【0008】 【0008】
  本開示の硫化物全固体電池の製造方法は、硫化物固体電解質及び負極活物質を含む負極活物質層と、負極集電体と、を有する負極と、正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、当該正極及び当該負極の間に配置される固体電解質層と、を備える硫化物全固体電池の製造方法であって、 本公开的硫化物全固体电池的制造方法是具备:具有包含硫化物固体电解质和负极活性物质的负极活性物质层、和具有负极集电体的正极、和配置于该正极和该负极之间的固体电解质层的硫化物全固体电池的制造方法,
  前記正極活物質層と前記負極活物質層と前記固体電解質層を準備する工程と、 准备所述正极活性物质层、所述负极活性物质层和所述固体电解质层的工序,
  少なくとも前記固体電解質層上に前記負極活物質層を積層させた状態で、プレス温度100℃以上でロールプレス処理を行う工程と、を有し、 至少在所述固体电解质层上层叠所述负极活性物质层的状态下,在加压温度100 ℃以上进行辊压处理的工序,
  前記負極活物質がSi及びSi合金からなる群より選ばれる少なくとも1種の材料を含み、 所述负极活性物质包含选自由Si和Si合金构成的组中的至少1种材料,
  前記負極集電体がCuを含む導電材料からなることを特徴とする。 其特征在于,上述负极集电体由含有Cu的导电材料构成。
【0009】 【0009】
  本開示の硫化物全固体電池の製造方法において、前記ロールプレス処理をプレス圧2~6ton/cmで行ってもよい。 在本发明的硫化物全固体电池的制造方法中,也可以以冲压压力2 ~ 6ton / cm进行上述辊压处理。
  本開示の硫化物全固体電池の製造方法において、前記ロールプレス処理をプレス温度100~210℃で行ってもよい。 在本发明的硫化物全固体电池的制造方法中,可以在压制温度100 ~ 210 ℃下进行所述辊压制处理。
  本開示の硫化物全固体電池の製造方法において、Cuを含む前記導電材料がCu箔であり、当該Cu箔の表面粗さRzが1.65~9.9であってもよい。 在本发明的硫化物全固体电池的制造方法中,也可以是,含有Cu的所述导电材料为Cu箔,该Cu箔的表面粗糙度Rz为1.65 ~ 9.9 。
【発明の効果】 [发明效果]
【0010】 【0010】
  本開示によれば、負極集電体の材料としてCuを含む導電材料を用いることで、低コスト化を図ることができる。 根据本发明,通过使用含有Cu的导电材料作为负极集电体的材料,能够实现低成本化。
  また、本開示によれば、所望の初期充放電効率が得られる硫化物全固体電池用負極、及び、硫化物全固体電池、並びに当該硫化物全固体電池の製造方法を提供することができる。 另外,根据本发明,能够提供能够得到期望的初始充放电效率的硫化物全固体电池用负极、以及硫化物全固体电池、以及该硫化物全固体电池的制造方法。
【図面の簡単な説明】 [附图说明]
【0011】 【0011】
【図1】Cu箔と固体電解質の電位に対する電流密度曲線を示す図である。 [图1]是表示相对于Cu箔和固体电解质的电位的电流密度曲线的图。
【図2】本開示の硫化物全固体電池の一例を示す断面模式図である。 [图2]是表示本公开的硫化物全固体电池的一例的截面示意图。
【発明を実施するための形態】 [用于实施发明的方式]
【0012】 【0012】
1.硫化物全固体電池用負極 1.硫化物全固体电池用负极
  本開示の硫化物全固体電池用負極は、硫化物固体電解質及び負極活物質を含む負極活物質層と、負極集電体と、を有する硫化物全固体電池用負極であって、 本公开的硫化物全固体电池用负极是具有包含硫化物固体电解质和负极活性物质的负极活性物质层和负极集电体的硫化物全固体电池用负极,
  前記負極活物質がSi及びSi合金からなる群より選ばれる少なくとも1種の材料を含み、 所述负极活性物质包含选自由Si和Si合金构成的组中的至少1种材料,
  前記負極集電体がCuを含む導電材料からなり、 所述负极集电体由含有Cu的导电材料构成,
  前記負極活物質層とCuを含む前記導電材料が直接接していることを特徴とする。 其特征在于,所述负极活性物质层和含有Cu的所述导电材料直接接触。
【0013】 【0013】
  硫化物固体電解質を用いた硫化物全固体電池では、従来液系電池で一般的に使われているCu箔(コーティング処理無し)を負極の箔として直接用いることができない。これは、SとCuとの反応性が高くCuSを生成してしまうためである。CuSは充電中にLi等の金属と反応して、容量低下につながる。 在使用了硫化物固体电解质的硫化物全固体电池中,无法将以往在液体系电池中通常使用的Cu箔(无涂层处理)直接用作负极的箔。这是因为S与Cu的反应性高,生成CuS 。CuS在充电中与Li等金属反应,导致容量降低。
  CuSが生成する因子は主として、電位、温度、時間の3つが存在する。そして、温度・時間は制御可能であるが、初期電位は材料固有のため、制御困難であり、また材料種に依存する。 CuS生成的因子主要存在电位、温度、时间这3个。而且,温度·时间能够控制,但由于初始电位是材料固有的,因此难以控制,另外依赖于材料种类。
  そして、負極活物質にグラファイトを用いる場合、Cu箔を負極集電体として用いるためには、上記SとCuとの反応を抑制するために、Cu箔表面にグラファイト等の炭素材料をコーティングする必要があり、コストが高くなるという問題がある。 而且,在负极活性物质中使用石墨的情况下,为了将Cu箔用作负极集电体,需要在Cu箔表面涂布石墨等碳材料,存在成本变高的问题。
  一方、Cu箔の代わりにAl箔を負極に用いると、AlがLi等の金属と反応するため、耐久性の観点から実用化が困難であるという問題がある。 另一方面,若代替Cu箔而将Al箔用于负极,则Al与Li等金属反应,因此从耐久性的观点出发,存在实用化困难的问题。
【0014】 【0014】
  本研究者らは、負極活物質をCからSiに変えることで、電池作製直後の電位を下げることができ、負極集電体にグラファイト等のコーティング無しのCuを含む導電材料を用いても、CuS発生電位に至りにくく、CuS発生を抑制でき、高い初期充放電効率を得ることが可能であることを見出した。 本研究者发现,通过将负极活性物质从C变为Si ,能够降低刚制作电池后的电位,即使负极集电体使用含有石墨等无涂层的Cu的导电材料,也难以达到CuS产生电位,能够得到高的初期充放电效率。
  図1は、作用極にCu箔を用い、電解質に後述する実施例1の固体電解質層を用い、対極にLi-Inを用いてサイクリックボルタンメトリー測定を行ったときの、Cu箔と固体電解質の電位に対する電流密度曲線を示す図である。 图1是表示使用Cu箔作为工作电极、使用后述的实施例1的固体电解质层作为电解质,对电极使用Li – In进行循环伏安法测量时的、相对于Cu箔和固体电解质的电位的电流密度曲线的图。
  図1に示すように、電気化学的にCuSは2.14V(vs.Li/Li+)以上でCuとSが反応する。 如图1所示,在电化学上CuS为2.14 V ( vs. Li / Li + )以上, Cu与S反应。
  図1に示すように、Li-Alを参照極として測定した、C負極を用いて作製した評価用電池の作製直後のC負極の電位は、2.14V(vs.Li/Li+)以上あり、CuSの生成が容易であり、温度、時間によって生成が加速されることがわかる。 如图1所示,可知使用Li – Al作为参比电极测定的使用C负极制作的评价用电池刚制作后的C负极的电位为2.14 V ( vs. Li / Li + )以上, CuS的生成容易,根据温度、时间而加速生成。
  一方、図1に示すように、Li-Alを参照極として測定した、C負極の代わりにSi負極を用いて作製した評価用電池の作製直後のSi負極の電位は、1.9V(vs.Li/Li+)前後である。 另一方面,如图1所示,将Li – Al作为参比电极测定的、使用Si负极代替C负极而制作的评价用电池刚制作后的Si负极的电位为1.9 V ( vs. Li / Li + )前后。
  そのため、Si負極を用いる場合、CuSの生成が起こりにくく、結果として、高温環境下でも高い初期充放電効率を示すと考えられる。 因此,在使用Si负极的情况下,难以产生CuS的生成,结果认为即使在高温环境下也显示出高初期充放电效率。
  本開示によれば、負極集電体としてCu箔等のCuを含む導電材料をコーティング無しで用いることができるため低コスト化を図ることができる。 根据本发明,由于能够无涂层地使用Cu箔等含有Cu的导电材料作为负极集电体,因此能够实现低成本化。
  以下、本開示の硫化物全固体電池用負極の材料について詳述する。 以下,对本发明的硫化物全固体电池用负极的材料进行详述。
【0015】 【0015】
  負極活物質層は、少なくとも硫化物固体電解質及び負極活物質を含有し、必要に応じ、導電材、及び、結着剤を含有する。 负极活性物质层至少含有硫化物固体电解质和负极活性物质,根据需要含有导电材料和粘结剂。
  負極活物質としては、Si及びSi合金からなる群より選ばれる少なくとも1種の材料等が挙げられる。Si合金としては、Li等の金属との合金等が挙げられ、その他、Sn、Ge、Alからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属との合金であってもよい。 作为负极活性物质,可以举出选自Si和Si合金中的至少1种材料等。作为Si合金,可以举出与Li等金属的合金等,此外,也可以是与选自Sn 、 Ge 、 Al中的至少一种金属的合金。
  なお、Siは、全固体電池を組み立てた後に行われる初期充電によって、Li等の金属と反応してアモルファス合金を形成する。そして、合金となった部分は、放電によってリチウムイオン等の金属イオンが放出された後にもアモルファス化されたままとなる。したがって、本開示においてSi負極は、アモルファス合金化された状態を含む。 另外, Si通过在组装全固体电池后进行的初始充电,与Li等金属反应而形成非晶合金。而且,成为合金的部分即使在通过放电放出锂离子等金属离子之后也保持非晶化的状态。因此,在本公开中, Si负极包含非晶合金化的状态。
  負極活物質の形状は特に限定されず、粒子状、板状等が挙げられる。 负极活性物质的形状没有特别限定,可以举出粒子状、板状等。
  負極活物質粒子の一次粒子径(体積分布のメディアン径D50)は、10μm以下、7μm以下、5μm以下、又は3μm以下であってもよい。ここで、負極活物質粒子の一次粒子径は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置LA-920(堀場製作所製)を用いて測定した。また、本開示においてメディアン径とは、粒子の粒径を小さい順に並べた場合に、粒子の累積体積が全体の個数の半分(50%)となる径である。 负极活性物质颗粒的一次粒径(体积分布的中值粒径D50 )可以为10 μ m以下、 7 μ m以下、 5 μ m以下或3 μ m以下。在此,使用激光衍射散射式粒径分布测定装置LA – 920 (堀场制作所制)测定负极活性物质粒子的一次粒径。另外,在本公开中,中值直径是指在按照小的顺序排列粒子的粒径的情况下,粒子的累积体积成为整体的个数的一半( 50% )的直径。
  負極活物質層における負極活物質の含有量は、特に限定されないが、例えば、20体積%~90体積%であってもよい。 负极活性物质层中的负极活性物质的含量没有特别限定,例如可以为20体积% ~ 90体积% 。
【0016】 【0016】
  負極集電体は、負極活物質層の集電を行う機能を有するものである。 负极集电体具有进行负极活性物质层的集电的功能。
  負極集電体の材料としては、例えば、Cuを含む導電材料等が挙げられる。 作为负极集电体的材料,例如可以举出含有Cu的导电材料等。
  Cuを含む導電材料としては、Cu箔等が挙げられる。 作为含有Cu的导电材料,可以举出Cu箔等。
  Cu箔の表面粗さRzは、1.65~9.9であってもよい。表面粗さRzが1.65未満であると、高圧プレスした際、部材間の伸び率の差から発生する反り(せん断力)により、剥がれが発生する。また、表面粗さRzが9.9よりも大きいと、負極活物質層とCu箔との電気的接触が悪くなる。 Cu箔的表面粗糙度Rz可以为1.65 ~ 9.9 。如果表面粗糙度Rz小于1.65 ,则在进行高压压制时,由于部件间的伸长率之差而产生的翘曲(剪切力) ,产生剥离。另外,若表面粗糙度Rz大于9.9 ,则负极活性物质层与Cu箔的电接触变差。
  本開示において、表面粗さRzとは、最大高さ粗さのことであり、粗さ計で測定した粗さ曲線の一部を基準長さで抜き出し、最も高い部分(最大山高さ:Rp)と最も深い部分(最大谷深さ:Rv)の和の値で求めることができる。 在本公开中,表面粗糙度Rz是指最大高度粗糙度,可以将用粗糙度计测定的粗糙度曲线的一部分除以基准长度,用最高部分(最大峰高度: Rp )和最深部分(最大谷深: Rv )之和的值来求出。
  負極集電体の形状としては、後述する硫化物全固体電池の正極集電体の形状と同様のものを採用することができる。 作为负极集电体的形状,可以采用与后述的硫化物全固体电池的正极集电体的形状相同的形状。
  負極は、さらに、負極集電体に接続された負極リードを備えていてもよい。 负极还可以具备与负极集电体连接的负极引线。
【0017】 【0017】
  負極活物質層に用いられる導電材、及び、結着剤は、後述する硫化物全固体電池の正極活物質層に用いるものと同様のものを用いることができる。 负极活性物质层中使用的导电材料和粘结剂可以使用与后述的硫化物全固体电池的正极活性物质层中使用的物质同样的物质。
  負極活物質層に用いられる硫化物固体電解質は、後述する硫化物全固体電池の固体電解質層に用いるものと同様のものを用いることができる。 负极活性物质层中使用的硫化物固体电解质可以使用与后述的硫化物全固体电池的固体电解质层中使用的硫化物固体电解质同样的物质。
  負極活物質層の厚さは、特に限定されないが、例えば、10~100μm、中でも10~50μmであってもよい。 负极活性物质层的厚度没有特别限定,例如可以为10 ~ 100 μ m ,其中也可以为10 ~ 50 μ m 。
  本開示の硫化物全固体電池用負極は、Si含有負極活物質層とCuを含む導電材料が直接接していることを特徴とする。 本公开的硫化物全固体电池用负极的特征在于,含有含Si负极活性物质层和Cu的导电材料直接接触。
  従来のC含有負極活物質層では、硫化物固体電解質中のSと、負極集電体中のCuとの副反応によりCuSが発生するため、コート無しのCu箔等のCuを含む導電材料を直接C含有負極活物質層に接触させることができなかった。 在现有的含C负极活性物质层中,由于硫化物固体电解质中的S与负极集电体中的Cu的副反应而产生CuS ,因此无法使无涂层的Cu箔等含有Cu的导电材料直接与含C负极活性物质层接触。
  一方、本開示の負極であれば、Cu箔等のCuを含む導電材料の表面にグラファイト等の炭素材料をコーティングせずに、直接Si含有負極活物質層と接触させることができ、Cu箔等のCuを含む導電材料表面のコーティング処理が不要のため、低コスト化を図ることができる。 另一方面,如果是本公开的负极,则能够不在Cu箔等含有Cu的导电材料的表面涂覆石墨等碳材料而直接与含Si负极活性物质层接触,不需要Cu箔等含有Cu的导电材料表面的涂覆处理,因此能够实现低成本化。
  また、負極集電体として、コーティング処理なしのCu箔等のCuを含む導電材料を用いても、Cuと硫化物固体電解質中のSとの反応が発生し難く、CuSの発生を抑制することができ、CuSとLi等の金属との副反応を抑制できることから、負極集電体としてSUS等の高価な材料を用いた場合と同等の所望の初期充放電効率を得られると推定される。 另外,作为负极集电体,即使使用无涂层处理的Cu箔等含有Cu的导电材料,也能够抑制Cu与硫化物固体电解质中的S的反应,能够抑制CuS的产生,能够得到与使用SUS等高价材料作为负极集电体的情况同等的期望的初始充放电效率。
  本開示において、「直接接している」とは、Cuを含む導電材料表面がグラファイト等の炭素材料でコーティングされていない状態で、負極活物質層の界面とCuを含む導電材料の界面とが接触(密着)していることをいう。 在本公开中, “直接接触”是指在包含Cu的导电材料表面未被石墨等碳材料覆盖的状态下,负极活性物质层的界面与含有Cu的导电材料的界面接触(紧贴) 。
  負極活物質層と負極集電体を直接接触させる方法としては、負極活物質、導電材、結着剤等を分散媒により分散させた負極活物質層用ペーストを作製し、負極集電体上に塗布、乾燥する方法等が挙げられる。 作为使负极活性物质层与负极集电体直接接触的方法,可以举出:制作通过分散介质使负极活性物质、导电材料、粘结剂等分散而成的负极活性物质层用糊料,涂布在负极集电体上并干燥的方法等。
  分散媒としては、特に限定されず、例えば、ヘプタン、酪酸ブチル、メタノール、エタノール、プロパノール、プロピレングリコール等のアルコール類や、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジエチルアセトアミド等、或いは、これらの混合物を用いてもよい。 作为分散介质,没有特别限定,例如可以举出庚烷、丁酸丁酯、甲醇、乙醇, 丙醇、丙二醇等醇类、 N , N -二甲基甲酰胺, N , N -二乙基甲酰胺、 N , N -二甲基乙酰胺、 N , N -二乙基乙酰胺等, 或者,也可以使用它们的混合物。
  分散方法としては、特に限定されないが、例えば、ホモジナイザー、ビーズミル、シェアミキサー、ロールミル等が挙げられる。 作为分散方法,没有特别限定,例如可以举出均质机、珠磨机、剪切混合机、辊磨机等。
  負極活物質層用ペーストの塗布方法、乾燥方法等は適宜選択することができる。例えば、塗布方法としては、スプレー法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、グラビア印刷法、ダイコート法などが挙げられる。また、乾燥方法としては、例えば、減圧乾燥、加熱乾燥、減圧加熱乾燥などが挙げられる。減圧乾燥、加熱乾燥における具体的な条件に制限はなく、適宜設定すればよい。 负极活性物质层用糊料的涂布方法、干燥方法等可以适当选择。例如,作为涂布方法,可列举喷雾法、丝网印刷法、刮刀法、凹版印刷法、模涂法等。另外,作为干燥方法,例如可以举出减压干燥、加热干燥、减压加热干燥等。减压干燥、加热干燥中的具体条件没有限制,可以适当设定。
【0018】 【0018】
2.硫化物全固体電池 2.硫化物全固体电池
  本開示の硫化物全固体電池は、前記硫化物全固体電池用負極と、正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、当該正極活物質層及び前記負極活物質層の間に配置される固体電解質層と、を備えることを特徴とする。 本公开的硫化物全固体电池的特征在于,具备:上述硫化物全固体电池用负极、具有包含正极活性物质的正极活性物质层的正极、以及配置于该正极活性物质层与上述负极活性物质层之间的固体电解质层。
【0019】 【0019】
  図2は、本開示の硫化物全固体電池の一例を示す断面模式図である。 图2是表示本公开的硫化物全固体电池的一例的截面示意图。
  硫化物全固体電池100は、正極活物質層12及び正極集電体14を含む正極16と、負極活物質層13及び負極集電体15を含む負極17と、正極16と負極17の間に配置される固体電解質層11を備える。なお、負極活物質層13と負極集電体15は直接接した状態である。 硫化物全固体电池100具备:包含正极活性物质层12及正极集电体14的正极16 、包含负极活性物质层13及负极集电体15的负极17 、以及配置于正极16与负极17之间的固体电解质层11 。另外,负极活性物质层13和负极集电体15是直接接触的状态。
【0020】 【0020】
  本開示の硫化物全固体電池に用いる負極は、本開示の硫化物全固体電池用負極であるため、ここでの負極の説明は省略する。 本公开的硫化物全固体电池中使用的负极是本公开的硫化物全固体电池用负极,因此省略此处的负极的说明。
【0021】 【0021】
  正極は、少なくとも正極活物質層を有し、必要に応じ、さらに正極集電体を備える。 正极至少具有正极活性物质层,根据需要还具备正极集电体。
  正極活物質層は少なくとも正極活物質を含有し、必要に応じ、導電材、結着剤、及び、後述する固体電解質を含有する。 正极活性物质层至少含有正极活性物质,根据需要含有导电材料、粘结剂以及后述的固体电解质。
  正極活物質としては、従来公知の材料を用いることができる。硫化物全固体電池がリチウム電池の場合は、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、Li1+xNi1/3Mn1/3Co1/3O2(0≦x<0.3)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、Li1+xMn2-x-yMyO4(Mは、Al、Mg、Co、Fe、Ni、Znからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素、0≦x<0.5、0≦y<2)で表わされる組成の異種元素置換Li-Mnスピネル、チタン酸リチウム、リン酸金属リチウム(LiMPO4、M=Fe、Mn、Co、Ni)等が挙げられる。 作为正极活性物质,可以使用以往公知的材料。在硫化物全固体电池为锂电池的情况下,例如可举出钴酸锂( LiCoO2 ) , 镍酸锂( LiNiO2 ) 、 Li1 + xNi1 / 3Mn1 / 3Co1 / 3O2 ( 0 ≤ x < 0.3 ) , 锰酸锂( LiMn2O4 ) 、 Li1 + xMn2 – x – yMyO4 ( M是Al , 选自Mg 、 Co 、 Fe 、 Ni 、 Zn中的至少一种元素、 0 ≤ x < 0.5 , 0≤ y < 2 )表示的组成的异种元素置换Li – Mn尖晶石、钛酸锂、磷酸金属锂( LiMPO4 , M = Fe 、 Mn 、 Co 、 Ni )等。
  正極活物質の形状は特に限定されず、粒子状、板状等が挙げられる。 正极活性物质的形状没有特别限定,可以举出粒子状、板状等。
  正極活物質は、当該正極活物質の表面を固体電解質で被覆した被覆層を有していてもよい。 正极活性物质也可以具有用固体电解质覆盖该正极活性物质的表面的被覆层。
  正極活物質の表面を固体電解質で被覆する方法は特に限定されず、例えば、転動流動式コーティング装置(株式会社パウレック製)を用いて、大気環境において正極活物質にLiNbO3等の固体電解質をコーティングし、大気環境において焼成を行う方法等が挙げられる。また、例えば、スパッタリング法、ゾルゲル法、静電噴霧法、ボールミリング法等が挙げられる。 用固体电解质覆盖正极活性物质的表面的方法没有特别限定,例如可以举出使用滚动流动式涂覆装置(株式会社パ ウ レ ッ ク制)在大气环境中对正极活性物质涂覆LiNbO3等固体电解质,在大气环境中进行烧制的方法等。另外,例如可以举出溅射法、溶胶凝胶法、静电喷雾法、球磨法等。
  被覆層を形成する固体電解質としては、リチウムイオン伝導性を有し、且つ、活物質や固体電解質と接触しても流動せず、被覆層の形態を維持し得る物質であってもよく、例えば、LiNbO3、Li4Ti5O12、Li3PO4等が挙げられる。 作为形成被覆层的固体电解质,可以是具有锂离子传导性且即使与活性物质、固体电解质接触也不流动、能够维持被覆层的形态的物质,例如可以举出LiNbO3 、 Li4Ti5O12 、 Li3PO4等。
  その他、正極活物質層に用いられる固体電解質は、後述する固体電解質層に用いるものと同様のものを用いることができる。 此外,正极活性物质层中使用的固体电解质可以使用与后述的固体电解质层中使用的固体电解质同样的物质。
  結着剤としては、特に限定されず、ブタジエンゴム(BR)、ポリビニリデンフロライド(PVdF)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)等が挙げられる。 作为粘结剂,没有特别限定,可以列举丁二烯橡胶( BR ) 、聚偏氟乙烯( PVdF ) 、苯乙烯·丁二烯橡胶( SBR )等。
  導電材としては、特に限定されず、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバー等の炭素材料や金属材料を挙げることができる。 作为导电材料,没有特别限定,例如可举出乙炔黑、科琴黑、碳纤维等碳材料或金属材料。
  正極活物質層の厚さは、特に限定されないが、例えば、10~250μm、中でも20~200μmであってもよい。 正极活性物质层的厚度没有特别限定,例如可以为10 ~ 250 μ m ,其中可以为20 ~ 200 μ m 。
  正極活物質層における正極活物質の含有量は、特に限定されないが、例えば、50体積%~90体積%であってもよい。 正极活性物质层中的正极活性物质的含量没有特别限定,例如可以为50体积% ~ 90体积% 。
  正極集電体は、正極活物質層の集電を行う機能を有するものである。正極集電体の材料としては、例えば、SUS、Ni、Cr、Au、Pt、Al、Fe、Ti、Zn、Cu等の金属材料等が挙げられる。また、正極集電体の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができる。 正极集电体具有进行正极活性物质层的集电的功能。作为正极集电体的材料,例如可以举出SUS 、 Ni 、 Cr 、 Au 、 Pt 、 Al 、 Fe 、 Ti , Zn 、 Cu等金属材料等。另外,作为正极集电体的形状,例如可以举出箔状、板状、网状等。
  正極は、さらに、正極集電体に接続された正極リードを備えていてもよい。 正极还可以具备与正极集电体连接的正极引线。
【0022】 【0022】
  固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含有し、必要に応じて結着剤等を含有していても良い。 固体电解质层至少含有固体电解质,根据需要也可以含有粘结剂等。
  固体電解質は、硫化物固体電解質であってもよい。硫化物固体電解質としては、例えば、Li2S-SiS2、LiI-Li2S-SiS2、LiI-Li2S-P2S5、LiI-Li2S-P2O5、LiI-Li3PO4-P2S5、LiI-Li2O-Li2S-P2S5、LiBr-LiI-Li2S-P2S5、Li2S-P2S5等が挙げられる。具体的には、15LiBr・10LiI・75(0.75Li2S・0.25P2S5)、70(0.06Li2O・0.69Li2S・0.25P2S5)・30LiI等が挙げられる。 固体电解质可以是硫化物固体电解质。作为硫化物固体电解质,例如可举出Li2S – SiS2 、 LiI – Li2S – SiS2 、 LiI – Li2S – P2S5 、 LiI – Li2S – P2S5 、 LiI – Li2O – Li2S – P2S5 、 LiBr – LiI – Li2S – P2S5 、 Li2S – P2S5等。具体而言,可列举出15LiBr · 10LiI · 75 ( 0.75 Li2S · 0.25 P2S5 ) 、 70 ( 0.06 Li2O · 0.69 Li2S · 0.25 P2S5 ) · 30LiI等。
  固体電解質の形状は特に限定されず、粒子状、板状等が挙げられる。 固体电解质的形状没有特别限定,可以举出粒子状、板状等。
  固体電解質層に用いられる結着剤は、上述した正極活物質層に用いるものと同様のものを用いることができる。 固体电解质层中使用的粘结剂可以使用与上述正极活性物质层中使用的粘结剂同样的粘结剂。
【0023】 【0023】
  硫化物全固体電池は、必要に応じ、正極、負極、固体電解質層を収容する外装体を備える。 硫化物全固体电池根据需要具备收容正极、负极、固体电解质层的外装体。
  外装体の形状としては、特に限定されないが、ラミネート型等を挙げることができる。 作为外装体的形状,没有特别限定,可以举出层压型等。
  外装体の材質は、電解質に安定なものであれば特に限定されないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、及び、アクリル樹脂等の樹脂が挙げられる。 外装体的材质只要是稳定的电解质就没有特别限定,可以举出聚丙烯、聚乙烯以及丙烯酸树脂等树脂。
【0024】 【0024】
  硫化物全固体電池としては、リチウム電池、ナトリウム電池、マグネシウム電池及びカルシウム電池等を挙げることができ、中でも、リチウム電池であってもよい。 作为硫化物全固体电池,可以列举锂电池、钠电池、镁电池和钙电池等,其中,也可以是锂电池。
  また、硫化物全固体電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型、及び角型等を挙げることができる。 另外,作为硫化物全固体电池的形状,例如可举出硬币型、层压型、圆筒型以及方型等。
【0025】 【0025】
3.硫化物全固体電池の製造方法 3.硫化物全固体电池的制造方法
  本開示の硫化物全固体電池の製造方法は、硫化物固体電解質及び負極活物質を含む負極活物質層と、負極集電体と、を有する負極と、正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、当該正極及び当該負極の間に配置される固体電解質層と、を備える硫化物全固体電池の製造方法であって、 本公开的硫化物全固体电池的制造方法是具备:具有包含硫化物固体电解质和负极活性物质的负极活性物质层、和具有负极集电体的正极、和配置于该正极和该负极之间的固体电解质层的硫化物全固体电池的制造方法,
  前記正極活物質層と前記負極活物質層と前記固体電解質層を準備する工程と、 准备所述正极活性物质层、所述负极活性物质层和所述固体电解质层的工序,
  少なくとも前記固体電解質層上に前記負極活物質層を積層させた状態で、プレス温度100℃以上でロールプレス処理を行う工程と、を有し、 至少在所述固体电解质层上层叠所述负极活性物质层的状态下,在加压温度100 ℃以上进行辊压处理的工序,
  前記負極活物質がSi及びSi合金からなる群より選ばれる少なくとも1種の材料を含み、 所述负极活性物质包含选自由Si和Si合金构成的组中的至少1种材料,
  前記負極集電体がCuを含む導電材料からなることを特徴とする。 其特征在于,上述负极集电体由含有Cu的导电材料构成。
【0026】 【0026】
  本開示の硫化物全固体電池の製造方法は、少なくとも(1)準備工程、及び、(2)ロールプレス処理工程を有する。 本公开的硫化物全固体电池的制造方法至少具有( 1 )准备工序和( 2 )辊压处理工序。
【0027】 【0027】
(1)準備工程 ( 1 )准备工序
  準備工程は、前記正極活物質層と前記負極活物質層と前記固体電解質層を準備する工程である。 准备工序是准备上述正极活性物质层、上述负极活性物质层和上述固体电解质层的工序。
  準備工程において準備する正極活物質層、固体電解質層、及び負極活物質層は、上述した本開示の全固体電池に用いられる正極活物質層、固体電解質層、及び負極活物質層と同様の物を使用することができるため、ここでの説明は省略する。 准备工序中准备的正极活性物质层、固体电解质层和负极活性物质层可以使用与上述本公开的全固体电池中使用的正极活性物质层、固体电解质层和负极活性物质层同样的物质,因此在此省略说明。
【0028】 【0028】
(2)ロールプレス処理工程 ( 2 )辊压处理工序
  ロールプレス処理工程は、少なくとも前記固体電解質層上に前記負極活物質層を積層させた状態で、プレス温度100℃以上でロールプレス処理を行う工程である。 辊压处理工序是至少在上述固体电解质层上层叠上述负极活性物质层的状态下,在加压温度100 ℃以上进行辊压处理的工序。
  本開示によれば、少なくとも前記固体電解質層上に前記負極活物質層を積層させた状態で、プレス温度100℃以上でロールプレス処理を行うことにより、全固体電池の抵抗増加率を低減することができる。 根据本发明,通过在至少在所述固体电解质层上层叠所述负极活性物质层的状态下,在加压温度100 ℃以上进行辊压处理,能够降低全固体电池的电阻增加率。
  ロールプレス処理は、少なくとも前記固体電解質層上に負極活物質層を積層させた状態で行えばよく、その後、固体電解質層の負極活物質層が積層した面とは反対側の面に正極活物質層を配置して再度ロールプレス処理してもよい。 辊压处理至少在使负极活性物质层层叠于上述固体电解质层上的状态下进行即可,其后,也可以在固体电解质层的与层叠有负极活性物质层的面相反侧的面配置正极活性物质层,再次进行辊压处理。
  また、固体電解質層上に正極活物質層を積層させた状態でロールプレス処理した後、固体電解質層の正極活物質層が積層した面とは反対側の面に負極活物質層を配置してロールプレス処理してもよい。 另外,也可以在固体电解质层上层叠正极活性物质层的状态下进行辊压处理后,在固体电解质层的与正极活性物质层层叠的面相反侧的面配置负极活性物质层而进行辊压处理。
  さらに、生産効率向上の観点から、固体電解質層を正極活物質層と負極活物質層の間に配置させた状態でロールプレス処理を行ってもよい。例えば、基板上に形成させた正極活物質層と、基板上に形成させた負極活物質層を、固体電解質層の間に配置してロールプレスしてもよい。 进而,从提高生产效率的观点出发,也可以在将固体电解质层配置于正极活性物质层与负极活性物质层之间的状态下进行辊压处理。例如,也可以将在基板上形成的正极活性物质层和在基板上形成的负极活性物质层配置在固体电解质层之间进行辊压。
  また、正極活物質層上に固体電解質層を形成させた状態でロールプレス処理した正極活物質層-固体電解質層接合体を用意し、負極活物質層上に固体電解質層を形成させた状態でロールプレス処理した負極活物質層-固体電解質層接合体を用意し、上記2種類の接合体の固体電解質層が互いに接するようにした状態で、さらに、ロールプレス処理してもよい。なお、負極活物質層-固体電解質層接合体は、当該接合体の固体電解質層上に別の固体電解質層を形成させた状態でさらにロールプレス処理し、負極活物質層-固体電解質層-固体電解質層接合体としてもよい。 另外,准备在使固体电解质层形成于正极活性物质层上的状态下进行了辊压处理的正极活性物质层-固体电解质层接合体,在负极活性物质层上形成固体电解质层的状态下进行辊压处理的负极活性物质层-固体电解质层接合体,在使上述两种接合体的固体电解质层相互接触的状态下,进一步进行辊压处理。另外,负极活性物质层-固体电解质层接合体也可以在该接合体的固体电解质层上形成另外的固体电解质层的状态下进一步进行辊压处理,制成负极活性物质层-固体电解质层-固体电解质层接合体。
  ロールプレス処理のプレス温度は、100~210℃であってもよく、170~210℃であってもよい。 辊压处理的压制温度可以为100 ~ 210 ℃ ,也可以为170 ~ 210 ℃ 。
  ロールプレス処理のプレス圧は、2~6ton/cm(≒196~588MPa)であってもよい。 辊压处理的压制压力可以为2 ~ 6吨/ cm ( ≈ 196 ~ 58MPa ) 。
  ロールプレスは、従来公知のロールプレス機等を用いて行うことができる。 辊压可以使用现有公知的辊压机等进行。
  本開示によれば、プレス温度100℃以上、且つ、上記範囲内のプレス圧で処理することにより、全固体電池の抵抗増加率をより低減することができる。 根据本发明,通过以加压温度100 ℃以上且上述范围内的加压压力进行处理,能够进一步降低全固体电池的电阻增加率。
  ロールプレス処理工程における、ロールプレス処理時の雰囲気は、特に限定されない。 辊压处理工序中的辊压处理时的气氛没有特别限定。
  ロールプレス処理の処理時間は、1秒以上、10秒以下であってもよい。 辊压处理的处理时间可以为1秒以上且10秒以下。
  なお、固体電解質層と正極活物質層のプレス処理、及び、負極活物質層-固体電解質層接合体と別の固体電解質層のプレス処理は、ロールプレスの方が平面プレスよりも緻密化しやすいため、ロールプレス処理を行ってもよいが、平面プレス処理を行ってもよい。 需要说明的是,固体电解质层与正极活性物质层的压制处理、以及与负极活性物质层-固体电解质层接合体不同的固体电解质层的压制处理,由于辊式压制比平面压制更容易致密化,因此可以进行辊压处理,也可以进行平面压制处理。
  平面プレス処理は、従来公知の平面プレス機を用いて行うことができる。 平面压制处理可以使用以往公知的平面压制机进行。
  平面プレス処理の温度、雰囲気等の条件は、ロールプレス処理と同様とすることができる。 平面压制处理的温度、气氛等条件可以与辊压处理同样。
  平面プレス処理のプレス圧は、1~6ton/cm2(≒98~588MPa)であってもよい。 平面压制处理的压制压力可以为1 ~ 6ton / cm2 ( ≈ 98 ~ 58MPa ) 。
  平面プレス処理の処理時間は、1秒以上であってもよく、30秒以上であってもよく、60秒以下であってもよい。 平面压制处理的处理时间可以为1秒以上,也可以为30秒以上,还可以为60秒以下。
【実施例】 [实施例]
【0029】 【0029】
(実施例1) (实施例1 ) )
<硫化物全固体電池用負極の作製> <硫化物全固体电池用负极的制作>
  分散媒としての酪酸ブチル、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを溶解した5質量%酪酸ブチル溶液、負極活物質としてのケイ素粒子(高純度化学製)、固体電解質としてのLiBr、LiIを含有するLi2S-P2S5系ガラスセラミック、及び導電材としてのVGCF(気相法炭素繊維)を、ポリプロピレン製容器に加えて、超音波分散装置で30秒間撹拌した。その後、ポリプロピレン製容器を振とう器で30分間振とうして、負極活物質層用ペーストを作製した。 将含有作为分散介质的丁酸丁酯、作为粘结剂的聚偏氟乙烯的5质量%丁酸丁酯溶液、作为负极活性物质的LiBr 、作为固体电解质的LiBr 、作为导电材料的VGCF (气相法碳纤维)加入聚丙烯制容器中,用超声波分散装置搅拌30秒。然后,用振动器将聚丙烯制容器振荡30分钟,制作负极活性物质层用糊料。
  負極活物質層用ペーストを、アプリケーターを使用して、ドクターブレード法にて負極集電体としての銅箔(グラファイトコーティング無し)に塗工し、その後、100℃に加熱したホットプレート上で30分間乾燥することにより、負極活物質層及び負極集電体を有する負極(Si負極と称する場合がある)を作製した。 使用涂布器将负极活性物质层用糊料涂布在作为负极集电体的铜箔(无石墨涂层)上,然后在加热至100 ℃的加热板上干燥30分钟,由此制作具有负极活性物质层和负极集电体的负极(有时称为Si负极) 。
【0030】 【0030】
<硫化物全固体電池の作製> <硫化物全固体电池的制作>
  上記実施例1で作製した負極を用いて、下記の通り硫化物全固体電池を作製した(以下、作製した電池を「実施例1の全固体電池」又は、単に「実施例1」と称する場合がある。)。後述する実施例2~13、比較例1~3についても同様である。 使用上述实施例1中制作的负极,如下所述制作了硫化物全固体电池(以下,有时将制作的电池简称为“实施例1的全固体电池”或“实施例1 ” 。)。对于后述的实施例2 ~ 13 、比较例1 ~ 3也同样。
[正極の作製] [正极的制作]
  分散媒としての酪酸ブチル、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを溶解した5質量%酪酸ブチル溶液、保護コーティングとしてのニオブ酸リチウムでコーティングされた正極活物質としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、固体電解質としてのLiBr、LiIを含有するLi2S-P2S5系ガラスセラミック、及び導電材としてのVGCF(気相法炭素繊維)を、ポリプロピレン製容器に加えて、超音波分散装置(エスエムテー製、製品名UH-50)で30秒間撹拌した。その後、ポリプロピレン製容器を振とう器(柴田科学株式会社製、製品名TTM-1)で3分間振とうし、さらに超音波分散装置で30秒間撹拌して、正極活物質層用ペーストを作製した。 将作为分散介质的丁酸丁酯、作为粘结剂的聚偏氟乙烯溶解而成的作为正极活性物质的LiNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2 、作为固体电解质的VGCF 、 LiI的Li2S – P2S5系玻璃陶瓷、以及作为导电材料的VGCF (气相法碳纤维) ,用超声波分散装置( エ ム テ ク制,产品名UH – 50 )搅拌30秒。然后,将聚丙烯制容器用振动器(柴田科学株式会社制,产品名TTM – 1 )振荡3分钟,进而用超声波分散装置搅拌30秒,制作正极活性物质层用糊料。
  正極活物質層用ペーストを、アプリケーターを使用して、ドクターブレード法にてアルミニウム箔に塗工し、その後、100℃に加熱したホットプレート上で30分間乾燥することにより、正極活物質層を有する正極を作製した。 使用涂布器,利用刮刀法将正极活性物质层用糊料涂布在铝箔上,然后,在加热至100 ℃的加热板上干燥30分钟,由此制作具有正极活性物质层的正极。
【0031】 【0031】
[固体電解質層の作製] [固体电解质层的制作]
  分散媒としてのヘプタン、結着剤としてのブタジエンゴムを溶解した5質量%ヘプタン溶液、及び固体電解質としてのLiBr、LiIを含有するLi2S-P2S5系ガラスセラミックを、ポリプロピレン製容器に加えて、超音波分散装置で30秒間撹拌した。 将含有作为分散介质的庚烷、作为粘结剂的丁二烯橡胶的5质量%庚烷溶液、以及作为固体电解质的LiBr 、 LiI的Li2S – P2S5系玻璃陶瓷加入聚丙烯制容器中,用超声波分散装置搅拌30秒。
  その後、ポリプロピレン製容器を振とう器で30分間振とうして、固体電解質層用ペーストを作製した。 然后,用振动器将聚丙烯制容器振荡30分钟,制作固体电解质层用糊料。
  固体電解質層用ペーストを、アプリケーターを使用して、ブレード法にて基盤としてのアルミニウム箔に塗工し、その後、100℃に加熱したホットプレート上で30分間乾燥することにより、固体電解質層を作製した。 使用涂布器,利用刮刀法将固体电解质层用糊料涂布在作为基底的铝箔上,然后,在加热至100 ℃的加热板上干燥30分钟,由此制作固体电解质层。
【0032】 【0032】
[プレス工程] [冲压工序]
  固体電解質層が正極活物質層と接するように、固体電解質層を正極活物質層に積層して、平面プレス機を用いて、プレス温度150℃、プレス圧2ton/cm2でプレスし、固体電解質層の基盤としてのアルミニウム箔を剥がして、固体電解質層と正極の積層体を作製した。 以固体电解质层与正极活性物质层接触的方式,将固体电解质层层叠于正极活性物质层,使用平面压力机,以加压温度150 ℃ 、加压压力2ton / cm2进行压制,将作为固体电解质层的基底的铝箔剥离,制作固体电解质层和正极的层叠体。
  その後、この積層体の固体電解質層側に負極活物質層を重ね、平面プレス機を用いて、プレス温度150℃、プレス圧6ton/cm2でプレスし、硫化物全固体電池(セル)を完成させた。作製したセルは拘束治具を用いて2N・mの拘束圧にて拘束し、デシケーターに入れてその後の評価を行った。 然后,在该层叠体的固体电解质层侧重叠负极活性物质层,使用平面压力机,以加压温度150 ℃ 、加压压力6ton / cm2进行压制,完成硫化物全固体电池(电池) 。所制作的电池使用约束夹具以2N · m的约束压力进行约束,放入干燥器中进行之后的评价。
【0033】 【0033】
<初期充放電効率算出> <初始充放电效率计算>
  作製した実施例1の全固体電池に対して、初期充電として10時間率(1/10C)で4.55Vまで定電流-定電圧充電(終止電流1/100C)し、初期放電として定電流-定電圧放電で2.50Vまで放電した。得られた初期充電容量と初期放電容量から初期充放電効率を算出した。 对制作的实施例1的全固体电池,作为初始充电,以10小时率( 1 / 10C )进行恒电流-恒压充电(终止电流1 / 100C )至4.55 V ,作为初期放电以恒定电流-恒定电压放电放电至2.50 V 。由得到的初期充电容量和初期放电容量算出初期充放电效率。
【0034】 【0034】
(実施例2) (实施例2 ) )
  実施例1と同様の方法により硫化物全固体電池用負極を作製した。 通过与实施例1同样的方法制作硫化物全固体电池用负极。
  その後、下記の通りに実施例2の全固体電池を作製した。 然后,如下所述制作实施例2的全固体电池。
(1)準備工程 ( 1 )准备工序
  上記<硫化物全固体電池の作製>における、[正極の作製]及び[固体電解質層の作製]で作製した正極及び固体電解質層と、上記硫化物全固体電池用負極を準備した。 <硫化物全固体电池的制作>中,准备了[正极的制作]及[固体电解质层的制作]中制作的正极及固体电解质层、和上述硫化物全固体电池用负极。
(2)ロールプレス処理工程 ( 2 )辊压处理工序
  固体電解質層が正極活物質層と接するように、基板(アルミニウム箔)に形成させておいた固体電解質層(1枚目)を正極活物質層に積層して、ロールプレス機を用いて、プレス温度25℃、プレス圧2ton/cmでプレスし、固体電解質層の基板としてのアルミニウム箔を剥がして、固体電解質層と正極の積層体を作製した。その後、固体電解質層と正極の積層体をφ11.28で打ち抜いた。 以固体电解质层与正极活性物质层接触的方式,将形成于基板(铝箔)的固体电解质层(第一张)层叠于正极活性物质层,使用辊压机以加压温度25 ℃ 、加压压力2ton / cm进行压制,制作固体电解质层与正极的层叠体。然后,用φ 11.28冲裁固体电解质层和正极的层叠体。
  固体電解質層が負極活物質層と接するように、基板(アルミニウム箔)に形成させておいた別の固体電解質層(2枚目)を負極活物質層に積層して、ロールプレス機を用いて、プレス温度25℃、プレス圧2ton/cmでプレスし、固体電解質層の基板としてのアルミニウム箔を剥がして、固体電解質層と負極の積層体を作製した。その後、固体電解質層と負極の積層体をφ11.74で打ち抜いた。 以固体电解质层与负极活性物质层接触的方式,将形成于基板(铝箔)的其他固体电解质层(第二张)层叠于负极活性物质层,使用辊压机以加压温度25 ℃ 、加压压力2ton / cm进行压制,制作固体电解质层与负极的层叠体。然后,用φ 11.74对固体电解质层和负极的层叠体进行冲裁。
  その後、当該積層体の固体電解質層上に基板(アルミニウム箔)に形成させておいた3枚目の固体電解質層を積層し、平面プレス機を用いて、プレス圧1ton/cm2で、平面プレスした。 然后,在该层叠体的固体电解质层上层叠形成于基板(铝箔)的第3片固体电解质层,使用平面压力机,以加压压力1ton / cm2进行平面压制。
  そして、固体電解質層(3枚目)の基板としてのアルミニウム箔を剥がして、固体電解質層(2枚)と負極の積層体を作製した。 然后,将作为固体电解质层(第3片)的基板的铝箔剥离,制作固体电解质层( 2片)和负极的层叠体。
  φ11.28で打ち抜かれた固体電解質層と正極の積層体と、固体電解質層(2枚)と負極の積層体をそれぞれ固体電解質層側から重ね、ロールプレス機を用いて、プレス圧2ton/cm、プレス温度130℃でプレスし硫化物全固体電池(セル)を作製した。 将由φ 11.28冲裁出的固体电解质层和正极的层叠体分别从固体电解质层侧重叠,使用辊压机,在加压压力2ton / cm 、加压温度130 ℃下进行压制,制作硫化物全固体电池(电池) 。
  その後、実施例1の全固体電池と同様の方法により実施例2の全固体電池の初期充放電効率を算出した。 然后,通过与实施例1的全固体电池同样的方法算出实施例2的全固体电池的初期充放电效率。
【0035】 【0035】
(実施例3~7) (实施例3 ~ 7 ) )
  ロールプレス処理工程において、プレス温度を100℃(実施例3)、165℃(実施例4)、180℃(実施例5)、195℃(実施例6)、210℃(実施例7)としたこと以外は、実施例2と同様に硫化物全固体電池を製造した。 在辊压处理工序中,将压制温度设为100 ℃ (实施例3 ) 、 165 ℃ (实施例4 ) 、 180 ℃ (实施例5 ) 、 195 ℃ (实施例6 ) 、 210 ℃ (实施例7 ) ,除此以外,与实施例2同样地制造硫化物全固体电池。
  その後、実施例2の全固体電池と同様の方法により実施例3~7の全固体電池の初期充放電効率を算出した。 然后,通过与实施例2的全固体电池同样的方法算出实施例3 ~ 7的全固体电池的初期充放电效率。
【0036】 【0036】
(実施例8~11) (实施例8 ~ 11 ) )
  ロールプレス処理工程において、プレス圧力を3.3ton/cm(実施例8)、4.0ton/cm(実施例9)、5.0ton/cm(実施例10)、6.0ton/cm(実施例11)としたこと以外は、実施例2と同様に硫化物全固体電池を製造した。 在辊压处理工序中,除了使压制压力为3.3 ton / cm (实施例8 ) 、 4.0 ton / cm (实施例10 ) 、 5.0 ton / cm (实施例11 )以外,与实施例2同样地制造硫化物全固体电池。
  その後、実施例2の全固体電池と同様の方法により実施例3~7の全固体電池の初期充放電効率を算出した。 然后,通过与实施例2的全固体电池同样的方法算出实施例3 ~ 7的全固体电池的初期充放电效率。
【0037】 【0037】
(実施例12~13) (实施例12 ~ 13 ) )
  ロールプレス処理工程において、プレス温度を170℃、且つ、プレス圧力を3.3ton/cm(実施例12)、プレス温度を170℃、且つ、6.0ton/cm(実施例13)としたこと以外は、実施例2と同様に硫化物全固体電池を製造した。 在辊压处理工序中,除了使压制温度为170 ℃且压制压力为3.3 ton / cm (实施例12 ) 、压制温度为170 ℃ 、且6.0 ton / cm (实施例13 )以外,与实施例2同样地制造硫化物全固体电池。
  その後、実施例2の全固体電池と同様の方法により実施例12~13の全固体電池の初期充放電効率を算出した。 然后,通过与实施例2的全固体电池同样的方法,算出实施例12 ~ 13的全固体电池的初期充放电效率。
【0038】 【0038】
(比較例1) (比较例1 ) )
  負極活物質を天然黒鉛系カーボンに置き換え、導電材を使用せず、負極集電体をSUS箔に置き換えたこと以外は、実施例1と同様の方法により負極(C負極と称する場合がある)を作製した。 将负极活性物质替换为天然石墨系碳,不使用导电材料,将负极集电体替换为SUS箔,除此以外,通过与实施例1同样的方法制作负极(有时称为C负极) 。
  その後、実施例1と同様にして比較例1の全固体電池を作製した。 然后,与实施例1同样地制作比较例1的全固体电池。
  その後、初期放電として定電流-定電圧放電で3.0Vまで放電したこと以外は、実施例1の全固体電池と同様の方法により比較例1の全固体電池の初期充放電効率を算出した。 然后,作为初期放电以恒定电流-恒压放电放电至3.0 V ,除此以外,通过与实施例1的全固体电池同样的方法算出比较例1的全固体电池的初期充放电效率。
【0039】 【0039】
(比較例2) (比较例2 ) )
  負極活物質を天然黒鉛系カーボンに置き換え、導電材を使用しなかったこと以外は、実施例1と同様の方法により負極を作製した。 将负极活性物质置换为天然石墨系碳,不使用导电材料,除此以外,通过与实施例1同样的方法制作负极。
  その後、実施例1と同様にして比較例2の全固体電池を作製した。 然后,与实施例1同样地制作比较例2的全固体电池。
  その後、初期放電として定電流-定電圧放電で3.0Vまで放電したこと以外は、実施例1の全固体電池と同様の方法により比較例2の全固体電池の初期充放電効率を算出した。 然后,作为初期放电以恒定电流-恒压放电放电至3.0 V ,除此以外,通过与实施例1的全固体电池同样的方法算出比较例2的全固体电池的初期充放电效率。
【0040】 【0040】
(比較例3) (比较例3 ) )
  負極集電体をSUS箔に置き換えたこと以外は、実施例1と同様の方法により負極を作製した。 将负极集电体替换成SUS箔,除此以外,通过与实施例1同样的方法制作负极。
  その後、上記実施例1の[プレス工程]においてプレス温度を180℃にしたこと以外は、実施例1と同様にして比較例3の全固体電池を作製した。 其后,除了在上述实施例1的[压制工序]中将压制温度设为180 ℃以外,与实施例1同样地制作比较例3的全固体电池。
  その後、実施例1の全固体電池と同様の方法により比較例3の全固体電池の初期充放電効率を算出した。 然后,通过与实施例1的全固体电池同样的方法算出比较例3的全固体电池的初期充放电效率。
【0041】 【0041】
<抵抗増加率算出> <电阻增加率计算>
[作製時電池抵抗測定] [制作时电池电阻测定]
  実施例8~13で得られた硫化物全固体電池について、初期充放電効率を測定した後、4.35Vまで定電流-定電圧充電(終止電流1/100C)して、定電流-定電圧放電で2.50Vまで放電を行った。その後、0.8mA(終止電流条件:0.08mAh)で4.35Vまで充電し、0.8mA(終止電流条件:0.08mAh)で放電し3.7Vまで電圧を調整し、17.1mAで放電した際の5秒後の電圧降下量から作製時電池抵抗を求めた。 对于实施例8 ~ 13中得到的硫化物全固体电池,测定初期充放电效率后,恒定电流-恒定电压充电(终止电流1 / 100C )至4.35 V ,以恒定电流-恒定电压放电进行放电至2.50 V 。然后,以0.8 mA (终止电流条件: 0.08 mAh )充电至4.35 V ,以0.8 mA (终止电流条件: 0.08 mAh )放电至3.7 V ,根据以17.1 mA放电时的5秒后的电压下降量,求出制作时电池电阻。
【0042】 【0042】
[保存後電池抵抗測定] [保存后电池电阻测定]
  その後、実施例8~13で得られた硫化物全固体電池について、保存試験として、60℃で28日間保存した。 然后,对于实施例8 ~ 13中得到的硫化物全固体电池,作为保存试验,在60 ℃下保存28天。
  保存試験後に、4.35Vまで定電流-定電圧充電(終止電流1/100C)して、定電流-定電圧放電で2.50Vまで放電を行った。その後、0.8mA(終止電流条件:0.08mAh)で4.35Vまで充電し、0.8mA(終止電流条件:0.08mAh)で放電し3.7Vまで電圧を調整し、17.1mAで放電した際の5秒後の電圧降下量から保存後電池抵抗を求めた。 保存试验后,恒定电流-恒定电压充电(终止电流1 / 100C )至4.35 V ,以恒定电流-恒定电压放电进行放电至2.50 V 。然后,以0.8 mA (终止电流条件: 0.08 mAh )充电至4.35 V ,以0.8 mA (终止电流条件: 0.08 mAh )放电至3.7 V ,根据以17.1 mA放电时的5秒后的电压下降量,求出保存后电池电阻。
  保存試験後の保存後電池抵抗/保存試験前の作製時電池抵抗を計算して、実施例8~13の全固体電池の抵抗増加率を算出した。 计算保存试验后的保存后电池电阻/保存试验前的制作时电池电阻,算出实施例8 ~ 13的全固体电池的电阻增加率。
【0043】 【0043】
  実施例1~13、及び比較例1~3の負極の作製条件、全固体電池の作製条件、電池構成、及び測定結果を、下記の表1に表した。表1において、「初期充放電効率」は、比較例2の全固体電池の初期充放電効率を100%として計算した、比較例2に対する比較値である。 将实施例1 ~ 13及比较例1 ~ 3的负极的制作条件、全固体电池的制作条件、电池构成及测定结果示于下述表1 。在表1中, “初期充放电效率”是将比较例2的全固体电池的初期充放电效率作为100%计算的相对于比较例2的比较值。
【0044】 【0044】
【表1】 [表1]
000003 000003
【0045】 【0045】
  比較例2のC負極-Cu箔を用いた全固体電池は、比較例1のC負極-SUS箔を用いた全固体電池と比較して、初期充放電効率が低下している。 使用比较例2的C负极- Cu箔的全固体电池与使用比较例1的C负极- SUS箔的全固体电池相比,初期充放电效率降低。
  一方、実施例1のSi負極-Cu箔を用いた全固体電池と比較例3のSi負極-SUS箔を用いた全固体電池では、比較例2のC負極を用いた場合のような、初期充放電効率の低下は見られない。 另一方面,在使用了实施例1的Si负极- Cu箔的全固体电池和比较例3的使用了Si负极- SUS箔的全固体电池中,看不到如使用比较例2的C负极的情况那样的初期充放电效率的降低。
  したがって、Si負極を用いた全固体電池では、グラファイト等でコーティング処理されていないCu箔を用いてもC負極を用いた場合のような初期充放電効率の低下が見られないことがわかる。 因此可知,在使用了Si负极的全固体电池中,即使使用未被石墨等进行了涂覆处理的Cu箔,也看不到使用C负极的情况那样的初期充放电效率的降低。
  なお、実施例1のSi負極-Cu箔を用いた全固体電池と比較例3のSi負極-SUS箔を用いた全固体電池では、初期充放電効率はほとんど変わらないことがわかる。 另外,可知在使用了实施例1的Si负极- Cu箔的全固体电池和比较例3的使用了Si负极- SUS箔的全固体电池中,初期充放电效率几乎不变。
  したがって、Si負極を用いた場合、高価なSUS箔の代わりに安価なCu箔を用いることができるため、低コスト化が図れる。 因此,在使用Si负极的情况下,能够使用廉价的Cu箔代替高价的SUS箔,因此能够实现低成本化。
【0046】 【0046】
  実施例2~7から、プレス圧力が2ton/cm以上であれば、プレス温度に依存することなく、所望の初期充放電効率が得られることがわかる。 根据实施例2 ~ 7可知,若压制压力为2ton / cm以上,则不依赖于压制温度,可得到所期望的初始充放电效率。
  実施例2、8~11から、プレス温度を一定にした場合、プレス圧力を大きくした方が抵抗増加率を低減できることが推定される。 从实施例2 、 8 ~ 11推定,在使冲压温度恒定的情况下,增大冲压压力能够降低电阻增加率。
  また、実施例12~13から、プレス温度が少なくとも170℃以上の高温になるとプレス圧力に関わらず、抵抗増加率は低いことがわかる。 另外,根据实施例12 ~ 13可知,若冲压温度为至少170 ℃以上的高温,则与冲压压力无关,电阻增加率低。
  したがって、抵抗増加率は、プレス温度が大きく関与していることがわかる。 因此,可知电阻增加率与压制温度有很大关系。
  よって、抵抗増加率を低減するためには、プレス温度は100℃以上であることが好ましいと推定され、170℃以上がより好ましいことがわかる。 因此,为了降低电阻增加率,推测优选压制温度为100 ℃以上,更优选为170 ℃以上。
  また、上記の結果から、Si含有負極では、コーティング無しのCu箔等の銅含有導電材料の適用が可能であることがわかる。 另外,根据上述结果可知,在含Si负极中,能够应用无涂层的Cu箔等含铜导电材料。
  また、高温(170℃以上)処理しても所望の初期充放電効率が得られることから、高温処理に耐えうる材料であることがわかる。 另外可知,即使在高温( 170 ℃以上)处理时也能够得到所期望的初始充放电效率,因此是能够耐受高温处理的材料。
  さらに、低圧プレス(2ton/cm程度)処理しても所望の初期充放電効率が得られることから、全固体電池の生産効率を向上させることができる。 进而,即使进行低压压制( 2ton / cm左右)处理,也能够得到期望的初始充放电效率,因此能够提高全固体电池的生产效率。
【0047】 【0047】
  (参考実験例1~4) (参考实验例1 ~ 4 ) )
  銅箔の表面粗さRzに対する負極活物質層との密着性を調べるために、表面粗さRzが1.14(参考実験例1)、1.65(参考実験例2)、3.2(参考実験例3)、9.9(参考実験例4)の銅箔(古河電工社製)を用意した。 为了研究铜箔的表面粗糙度Rz与负极活性物质层的密合性,准备表面粗糙度Rz为1.14 (参考实验例1 ) 、 1.65 (参考实验例2 ) 、 3.2 (参考实验例3 ) 、 9.9 (参考实验例4 )的铜箔(古河电工公司制) 。
  参考実験例1~4の銅箔を負極集電体として用いたこと以外は実施例1と同様の方法で負極活物質層と負極集電体を有する負極を作製した。 参考实验例1 ~ 4除了使用铜箔作为负极集电体以外,用与实施例1同样的方法制作具有负极活性物质层和负极集电体的负极。
  また、実施例1と同様の方法で、基板(アルミニウム箔)に形成させた固体電解質層を作製した。 另外,通过与实施例1同样的方法,制作在基板(铝箔)上形成的固体电解质层。
  そして、固体電解質層が負極活物質層と接するように、基板(アルミニウム箔)に形成させた固体電解質層上に負極活物質層を積層して、ロールプレス機を用いて、プレス温度25℃、プレス圧2ton/cmでプレスし、固体電解質層の基板としてのアルミニウム箔を剥がして、固体電解質層と負極の積層体を作製した。 然后,以固体电解质层与负极活性物质层接触的方式,在形成于基板(铝箔)的固体电解质层上层叠负极活性物质层,使用辊压机以加压温度25 ℃ 、加压压力2ton / cm进行压制,制作固体电解质层与负极的层叠体。
  そして、参考実験例1~4のロールプレス後の負極の負極活物質層と負極集電体の剥れの有無を確認した。結果を表2に示す。 然后,确认参考实验例1 ~ 4的辊压后的负极的负极活性物质层和负极集电体的剥离的有无。结果示于表2 。
【0048】 【0048】
【表2】 [表2]
000004 000004
【0049】 【0049】
  表2に示すように、Cu箔の表面粗さRzが1.14であると、剥れが発生することがわかる。一方、Cu箔の表面粗さRzは、1.65~9.9であれば剥れが発生しないことがわかる。 如表2所示,可知若Cu箔的表面粗糙度Rz为1.14 ,则发生剥离。另一方面,可知若Cu箔的表面粗糙度Rz为1.65 ~ 9.9则不会发生剥离。
【符号の説明】 [符号说明]
【0050】 【0050】
11  固体電解質層 11  固体电解质层
12  正極活物質層 12  正极活性物质层
13  負極活物質層 13  负极活性物质层
14  正極集電体 14  正极集电体
15  負極集電体 15  负极集电体
16  正極 16  正极
17  負極 17  负极
100  硫化物全固体電池 100  硫化物全固体电池

 

全固体电池的制造方法-丰田相关专利2018年最新公开系列中文参考版本之一

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP) (19)[发行国]日本专利厅( JP ) )
(12)【公報種別】公開特許公報(A) (12)[类别]公开专利公报( A ) )
(11)【公開番号】特開2018-147621(P2018-147621A) (11)[公开号]日本特开2018 – 147621 ( P2018 – 147621A ) )
(43)【公開日】平成30年9月20日(2018.9.20) (43)[公开日]平成30年9月20日( 2018.9. 20 ) )
(54)【発明の名称】全固体電池の製造方法 (54)[发明名称]全固体电池的制造方法
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社 [姓名或名称]丰田汽车株式会社
(72)【発明者】 (72)[发明人]
【氏名】戸村  誠司 [姓名]户村 诚司
(57)【要約】 (57)[摘要]
【課題】正極活物質層を緻密化するために高圧のプレスを行っても、積層体の割れが抑制された全固体電池の製造方法を提供すること。 [课题]本发明提供一种全固体电池的制造方法,即使为了使正极活性物质层致密化而进行高压的压制,也可抑制层叠体的破裂。
【解決手段】正極集電体層1の両面にそれぞれ正極活物質層2を形成し、そして第1のプレス圧にてプレスして正極積層体10を得ること、負極集電体層5の片面に負極活物質層4を形成し、そしてプレスを行わずに、又は第2のプレス圧におけるプレスを行って、負極積層体20を得ること、正極積層体10の両面に、それぞれ、負極積層体20を積層して全固体電池積層体30を得ること、及び全固体電池積層体30を第3のプレス圧にてプレスすることを含み、第2のプレス圧が第1のプレス圧よりも小さく、且つ第2のプレス圧が第3のプレス圧よりも小さい、全固体電池の製造方法。 [解决方案]在正极集电体层1的两面分别形成正极活性物质层2 , 然后,利用第一压制压力进行压制而得到正极层叠体10 ,由此在负极集电体层5的单面形成负极活性物质层4 , 然后,不进行冲压, 或者进行第二冲压压力下的冲压,得到负极层叠体20 ,分别在正极层叠体10的两面进行加压, 包括层叠负极层叠体20而得到全固体电池层叠体30 、以及利用第3压制压力对全固体电池层叠体30进行压制, 一种全固体电池的制造方法,其中,第二冲压压力小于第一冲压压力,且第二冲压压力小于第三冲压压力。
【選択図】図2 [选择图]图2
000002 000002
【特許請求の範囲】 [权利要求书]
【請求項1】 [权利要求1]
  正極集電体層の両面にそれぞれ正極活物質層を形成し、そして第1のプレス圧にてプレスして正極積層体を得ること、 在正极集电体层的两面分别形成正极活性物质层,然后利用第1加压压力进行压制而得到正极层叠体,
  負極集電体層の片面に負極活物質層を形成し、そしてプレスを行わずに、又は第2のプレス圧におけるプレスを行って、負極積層体を得ること、 在负极集电体层的单面形成负极活性物质层,然后不进行压制,或者进行第2压制压力下的压制,得到负极层叠体,
  前記正極積層体の両面に、それぞれ、前記負極積層体を積層して全固体電池積層体を得ること、及び 在上述正极层叠体的两面分别层叠上述负极层叠体而得到全固体电池层叠体
  前記全固体電池積層体を第3のプレス圧にてプレスすること 在第三压制压力下压制全固态电池层压体
を含み、 ) ,
  前記正極積層体及び前記負極積層体のうちの少なくとも一方は、固体電解質層を更に有し、 上述正极层叠体和上述负极层叠体中的至少一方还具有固体电解质层,
  前記全固体電池積層体が、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層をこの順に有し、 上述全固体电池层叠体依次具有负极集电体层、负极活性物质层、固体电解质层、正极活性物质层、正极集电体层、正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层以及负极集电体层,
  前記第3のプレス圧が前記第1のプレス圧よりも小さく、且つ 所述第三冲压压力小于所述第一冲压压力
  前記第2のプレス圧が前記第3のプレス圧よりも小さい、 所述第二冲压压力小于所述第三冲压压力,
全固体電池の製造方法。 全固体电池的制造方法。
【発明の詳細な説明】 [发明的详细说明]
【技術分野】 [技术领域]
【0001】 【0001】
  本発明は、全固体電池の製造方法に関する。 本发明涉及全固体电池的制造方法。
【背景技術】 [背景技术]
【0002】 【0002】
  全固体電池を製造するに際しては、全固定電池積層体のプレスが行われる。 在制造全固体电池时,进行全固体电池层叠体的压制。
【0003】 【0003】
  例えば特許文献1には、第2の集電体層、第2の電極活物質層、固体電解質層、第1の電極活物質層、第1の集電体層、第1の電極活物質層、固体電解質層、第2の電極活物質層、及び第2の集電体層を含む積層体をプレスして電池ユニットを作製する工程を含む、全固体電池の製造方法が開示されている。 例如在专利文献1中,公开了包括对包含第二集电体层、第二电极活性物质层、固体电解质层、第一电极活性物质层、固体电解质层、第二电极活性物质层、以及第二集电体层的层叠体进行压制而制作电池单元的工序的全固体电池的制造方法。
【0004】 【0004】
  特許文献2には、正極層と負極層のうちの面積の狭い方の層を第1プレス圧でプレスする工程と、正極層と負極層のうちの面積の広い方の層を第2プレス圧でプレスする工程と、正極層、固体電解質層、及び負極層の積層体を、第2プレス圧よりも低い第3プレス圧でプレスする工程を含む、全固体電池の製造方法が開示されている。 在专利文献2中,公开了一种全固体电池的制造方法,其包括利用第1压制压力对正极层与负极层中的面积较小的层进行压制的工序、利用第2压制压力对正极层与负极层中的面积较宽的层进行压制的工序。
【先行技術文献】 [现有技术文献]
【特許文献】 [专利文献]
【0005】 【0005】
【特許文献1】特開2015-125872号公報 [专利文献1]日本特开2015 – 125872号公报
【特許文献2】特開2014-207104号公報 [专利文献2]日本特开2014 – 207104号公报
【発明の概要】 [发明内容]
【発明が解決しようとする課題】 [发明所要解决的课题]
【0006】 【0006】
  特許文献1は、全固体電池積層体の反りを抑制するために必要な工程を減らすための技術に関し、積層体の各層同士を密着させ且つ各層を緻密化するために、所定のプレスを行うことを開示する。特許文献1の技術において、正極活物質層を緻密化するためにプレス圧を高圧にすると、全固体電池積層体に割れが生じるおそれがある。 专利文献1涉及用于减少为了抑制全固体电池层叠体的翘曲所需要的工序的技术,为了使层叠体的各层彼此密合且使各层致密化,进行规定的冲压。在专利文献1的技术中,若为了使正极活性物质层致密化而使加压压力为高压,则有可能在全固体电池层叠体中产生裂纹。
【0007】 【0007】
  特許文献2の技術は、正極層及び負極層をそれぞれプレスしたうえ、これらと固体電解質層との積層体を更にプレスするため、工程数が多い。従って、反り抑制のための工程を減らすことを目的とする特許文献1とは、相容れない技術思想に立脚する。 专利文献2的技术在分别对正极层和负极层进行压制后,进一步对它们与固体电解质层的层叠体进行压制,因此工序数多。因此,以减少用于抑制翘曲的工序为目的的专利文献1是立足于不相容的技术思想。
【0008】 【0008】
  本発明は、従来技術における以上の状況を考慮したうえでなされたものである。本発明の目的は、正極活物質層を緻密化するために高圧のプレスを行っても、積層体の割れが抑制された全固体電池の製造方法を提供することである。 本发明是考虑到现有技术中的以上的状况而完成的。本发明的目的在于提供一种全固体电池的制造方法,即使为了使正极活性物质层致密化而进行高压的压制,也抑制了层叠体的破裂。
【課題を解決するための手段】 [用于解决课题的手段]
【0009】 【0009】
  本発明は、 本发明涉及以下内容,
  正極集電体層の両面にそれぞれ正極活物質層を形成し、そして第1のプレス圧にてプレスして正極積層体を得ること、 在正极集电体层的两面分别形成正极活性物质层,然后利用第1加压压力进行压制而得到正极层叠体,
  負極集電体層の片面に負極活物質層を形成し、そしてプレスを行わずに、又は第2のプレス圧におけるプレスを行って、負極積層体を得ること、 在负极集电体层的单面形成负极活性物质层,然后不进行压制,或者进行第2压制压力下的压制,得到负极层叠体,
  前記正極積層体の両面に、それぞれ、前記負極積層体を積層して全固体電池積層体を得ること、及び 在上述正极层叠体的两面分别层叠上述负极层叠体而得到全固体电池层叠体
  前記全固体電池積層体を第3のプレス圧にてプレスすること 在第三压制压力下压制全固态电池层压体
を含み、 ) ,
  前記正極積層体及び前記負極積層体のうちの少なくとも一方は、固体電解質層を更に有し、 上述正极层叠体和上述负极层叠体中的至少一方还具有固体电解质层,
  前記全固体電池積層体が、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層をこの順に有し、 上述全固体电池层叠体依次具有负极集电体层、负极活性物质层、固体电解质层、正极活性物质层、正极集电体层、正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层以及负极集电体层,
  前記第3のプレス圧が前記第1のプレス圧よりも小さく、且つ 所述第三冲压压力小于所述第一冲压压力
  前記第2のプレス圧が前記第3のプレス圧よりも小さい、 所述第二冲压压力小于所述第三冲压压力,
全固体電池の製造方法に関する。 涉及全固体电池的制造方法。
【発明の効果】 [发明效果]
【0010】 【0010】
  本発明によると、正極活物質層を緻密化するために高圧のプレスを行ったときの積層体の割れが抑制される、全固体電池の製造方法が提供される。 根据本发明,提供一种全固体电池的制造方法,其抑制为了使正极活性物质层致密化而进行高压的压制时的层叠体的破裂。
【0011】 【0011】
  本発明の方法によると、正極積層体の面積が負極積層体の面積よりも小さい場合であっても、所期する効果が発現される。特に、全固体電池積層体を形成するときの積層の位置合わせがずれて、負極積層体を介して隣接する2つの正極積層体が、積層方向で互いに重複しない領域を有する場合であっても、積層体の割れが抑制される利点を有する。 根据本发明的方法,即使在正极层叠体的面积小于负极层叠体的面积的情况下,也能够表现出所期望的效果。特别是,即使在形成全固体电池层叠体时的层叠的对位偏离,隔着负极层叠体相邻的2个正极层叠体在层叠方向上具有相互不重复的区域的情况下,也具有抑制层叠体的破裂的优点。
【図面の簡単な説明】 [附图说明]
【0012】 【0012】
【図1】図1は、本発明の方法によって製造される全固体電池における全固体電池積層体の層構成を説明するための概略断面図である。 [图1]图1是用于说明通过本发明的方法制造的全固体电池中的全固体电池层叠体的层构成的概略剖面图。
【図2】図2は、本発明の全固体電池の製造方法のうちの、正極積層体形成工程の一例を説明するための概略図である。 [图2]图2是用于说明本发明的全固体电池的制造方法中的正极层叠体形成工序的一例的概略图。
【図3】図3は、本発明の全固体電池の製造方法のうちの、負極積層体形成工程の一例を説明するための概略図である。 [图3]图3是用于说明本发明的全固体电池的制造方法中的负极层叠体形成工序的一例的概略图。
【図4】図4は、本発明の全固体電池の製造方法のうちの、全固体電池積層体形成工程及び第3プレス工程それぞれの一例を説明するための概略図である。 [图4]图4是用于说明本发明的全固体电池的制造方法中的、全固体电池层叠体形成工序及第3压制工序各自的一例的概略图。
【発明を実施するための形態】 [用于实施发明的方式]
【0013】 【0013】
  本発明の全固体電池の製造方法は、 本发明的全固体电池的制造方法,
  正極集電体層の両面にそれぞれ正極活物質層を形成し、そして第1のプレス圧にてプレスして正極積層体を得る、正極積層体形成工程、 正极层叠体形成工序,其中,在正极集电体层的两面分别形成正极活性物质层,然后利用第1加压压力进行压制而得到正极层叠体,
  負極集電体層の片面に負極活物質層を形成し、そしてプレスを行わずに、又は第2のプレス圧におけるプレスを行って、負極積層体を得る、負極積層体形成工程、  正極積層体の両面に、それぞれ、負極積層体を積層して全固体電池積層体を得る、全固体電池積層体形成工程、及び 在负极层叠体形成工序、正极层叠体的两面分别层叠负极层叠体而得到全固体电池层叠体的全固体电池层叠体形成工序、以及在负极层叠体的两面分别层叠负极层叠体而得到全固体电池层叠体的负极层叠体形成工序
  全固体電池積層体を第3のプレス圧にてプレスする、第3プレス工程 以第三冲压压力对全固体电池层叠体进行冲压的第三冲压工序
を含み、 ) ,
  第3のプレス圧が第1のプレス圧よりも小さく、且つ 第三冲压压力小于第一冲压压力
  第2のプレス圧が第3のプレス圧よりも小さい 第二冲压压力小于第三冲压压力
ことを特徴とする。 特征。
【0014】 【0014】
  本発明の全固体電池の製造方法によると、正極活物質層は、正極積層体形成工程中のプレス工程において、緻密化に十分な程度に強度の高い、第1のプレス圧でプレスされる。従って、全固体電池積層体の形成前に、正極活物質層は既に十分に緻密化される。従って、全固体電池積層体の形成後の第3プレス工程における第3のプレス圧を低く設定しても、得られる全固体電池は所期の性能を発揮することができるのである。 根据本发明的全固体电池的制造方法,正极活性物质层在正极层叠体形成工序中的压制工序中,以强度充分高到足以致密化的程度的第1压制压力进行压制。因此,在形成全固体电池层叠体之前,正极活性物质层已经充分致密化。因此,即使将形成全固体电池层叠体之后的第三冲压工序中的第三冲压压力设定得较低,所得到的全固体电池也能够发挥所期望的性能。
【0015】 【0015】
  以下、本発明の全固体電池の製造方法につき、その好ましい実施形態を例として説明する。 以下,对于本发明的全固体电池的制造方法,以其优选的实施方式为例进行说明。
【0016】 【0016】
<正極積層体形成工程> <正极层叠体形成工序>
  正極積層体形成工程にて形成される正極積層体は、正極集電体層の両面にそれぞれ正極活物質層を有する。正極積層体は、両面それぞれの正極活物質層上に、固体電解質層を更に有していてよい。ただし、後述の負極積層体が固体電解質層を有するときには、この正極積層体が固体電解質層を有する必要はない。しかし、負極積層体が固体電解質層を有するときであっても、正極積層体は固体電解質層を有していてもよい。 在正极层叠体形成工序中形成的正极层叠体在正极集电体层的两面分别具有正极活性物质层。正极层叠体可以在两面各自的正极活性物质层上还具有固体电解质层。但是,在后述的负极层叠体具有固体电解质层时,该正极层叠体不需要具有固体电解质层。但是,在负极层叠体具有固体电解质层时,正极层叠体也可以具有固体电解质层。
【0017】 【0017】
  正極積層体形成工程では、正極集電体層の両面に、それぞれ、正極活物質層、及び任意的に固体電解質層を形成し、そして第1のプレス圧にてプレスして、正極積層体を得る。この第1のプレス圧におけるプレス工程を、本明細書中では以下「第1プレス工程」として参照する。 在正极层叠体形成工序中,在正极集电体层的两面分别形成正极活性物质层和任意的固体电解质层,然后利用第1加压压力进行压制,得到正极层叠体。在本说明书中,以下作为“第一冲压工序”参照该第一冲压压力下的冲压工序。
【0018】 【0018】
  第1プレス工程により、正極活物質層が緻密化される。得られる正極活物質層を、十分に緻密化して所望の性能を発揮させるために、第1プレス工程は、高いプレス圧で行われてよく、加熱下に行われてもよい。 通过第一冲压工序,使正极活性物质层致密化。为了使所得的正极活性物质层充分致密化而发挥所期望的性能,第1压制工序可以以高的压制压力进行,也可以在加热下进行。
【0019】 【0019】
  第1プレス工程に使用するプレス機は、例えば、ロールプレス機であってよい。この場合のプレス圧は、例えば、30kN/cm以上、35kN/cm以上、40kN/cm以上、又は45kN/cm以上であってよく、例えば、60kN/cm以下、55kN/cm以下、50kN/cm以下、又は45kN/cm以下であってよい。ロールプレスの加工速度は、例えば、2m/分程度であってよい。 在第一冲压工序中使用的冲压机例如可以是辊压机。此时的压制压力例如可以为30kN / cm以上、 35kN / cm以上、 40kN / cm以上或45kN / cm以上,例如可以为60kN / cm以下、 55kN / cm以下、 50kN / cm以下或45kN / cm以下。辊压的加工速度例如可以为2m /分钟左右。
【0020】 【0020】
  第1プレス工程におけるプレス時の温度は、例えば、20℃以上、50℃以上、100℃以上、120℃以上、又は150℃以上であってよく、例えば、200℃以下、195℃以下、190℃以下、185℃以下、又は180℃以下であってよい。 第1压制工序中的压制时的温度例如为20 ℃以上、 50 ℃以上、 100 ℃以上, 120可以为℃以上或150 ℃以上,例如为200 ℃以下、 195 ℃以下、 190 ℃以下, 185可以为℃以下或180 ℃以下。
【0021】 【0021】
[正極集電体層] [正极集电体层]
  正極集電体層を構成する材料としては、例えば、SUS、Ni、Cr、Au、Pt、Al、Fe、Ti、Zn等から成る箔を使用することができる。 作为构成正极集电体层的材料,例如可以使用由SUS 、 Ni 、 Cr 、 Au 、 Pt 、 Al 、 Fe 、 Ti 、 Zn等构成的箔。
【0022】 【0022】
[正極活物質層] [正极活性物质层]
  正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含み、更に、固体電解質、バインダー、導電材等を含有していてよい。 正极活性物质层至少含有正极活性物质,进而可以含有固体电解质、粘合剂、导电材料等。
【0023】 【0023】
  正極活物質として、例えば、コバルト酸リチウム等公知の正極活物質を適宜用いてよい。固体電解質としては、硫化物系固体電解質を好適に使用してよく、具体的には例えば、Li2SとP2S5との混合物(混合質量比Li2S:P2S5=50:50~100:0、特に好ましくはLi2S:P2S5=70:30)であってよい。バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)に代表されるフッ素原子含有樹脂等を使用してよい。導電材としては、カーボンナノファイバー(例えば昭和電工(株)製のVGCF等)、アセチレンブラック等の公知の導電材を使用してよい。 作为正极活性物质,例如可以适当使用钴酸锂等公知的正极活性物质。作为固体电解质,可以优选使用硫化物系固体电解质,具体而言,例如可以是Li2S和P2S5的混合物(混合质量比Li2S : P2S5 = 50 : 50 ~ 100 : 0 ,特别优选Li2S : P2S5 = 70 : 30 ) 。作为粘合剂,例如可以使用聚偏氟乙烯( PVDF )所代表的含氟原子的树脂等。作为导电材料,可以使用碳纳米纤维(例如昭和电工(株)制的VGCF等) 、乙炔黑等公知的导电材料。
【0024】 【0024】
  正極集電体層の面上に正極活物質層を形成するには、例えば、上記の正極活物質、固体電解質、バインダー、導電材等を含有する正極合剤を塗布する方法によってよい。 为了在正极集电体层的面上形成正极活性物质层,例如可以采用涂布含有上述的正极活性物质、固体电解质、粘合剂、导电材料等的正极合剂的方法。
【0025】 【0025】
[固体活物質層] [固体活性物质层]
  固体電解質層は、固体電解質を含み、任意的にバインダー等を更に含んでいてよい。 固体电解质层包含固体电解质,可以任意地进一步含有粘合剂等。
【0026】 【0026】
  固体電解質層における固体電解質及びバインダーは、それぞれ、正極活物質層における固体電解質及びバインダーとして上記に例示したものの中から、適宜に選択して使用してよい。 固体电解质层中的固体电解质和粘合剂可以分别作为正极活性物质层中的固体电解质和粘合剂从上述例示的物质中适当选择使用。
【0027】 【0027】
  第1の積層体が固体電解質層を有する場合、この固体電解質層は、正極集電体層の両面上に形成された正極活物質層の面上に、例えば、上記の固体電解質、バインダー等を含有する合剤を塗布する方法によってよい。 在第一层叠体具有固体电解质层的情况下,该固体电解质层可以通过在形成于正极集电体层的两面上的正极活性物质层的面上涂布例如含有上述的固体电解质、粘合剂等的合剂的方法来进行。
【0028】 【0028】
<負極積層体形成工程> <负极层叠体形成工序>
  負極積層体形成工程では、負極集電体層の片面に負極活物質層を形成して負極積層体を得る。負極積層体は、負極活物質層上に、固体電解質層を更に有していてよい。ただし、上記正極積層体が固体電解質層を有するときには、負極積層体が固体電解質層を有する必要はない。しかし、正極積層体が固体電解質層を有するときであっても、負極積層体は固体電解質層を有していてよい。 在负极层叠体形成工序中,在负极集电体层的单面形成负极活性物质层而得到负极层叠体。负极层叠体可以在负极活性物质层上还具有固体电解质层。但是,在上述正极层叠体具有固体电解质层时,负极层叠体不需要具有固体电解质层。但是,即使在正极层叠体具有固体电解质层时,负极层叠体也可以具有固体电解质层。
【0029】 【0029】
  負極積層体に対しては、プレスを行わなくてよい。しかし、第2のプレス圧におけるプレスであれば、所望により行ってもよい。この第2のプレス圧におけるプレス工程を、本明細書中では以下「第2プレス工程」として参照する。第2プレス工程における第2のプレス圧は、後述する第3プレス工程における第3のプレス圧よりも低い。第2のプレス圧と第3のプレス圧との定量的な関係については後述する。 可以不对负极层叠体进行压制。但是,只要是第二冲压压力下的冲压,也可以根据需要进行。在本说明书中,以下作为“第二冲压工序”参照该第二冲压压力下的冲压工序。第二冲压工序中的第二冲压压力低于后述的第三冲压工序中的第三冲压压力。关于第二冲压压力与第三冲压压力的定量关系在后面叙述。
【0030】 【0030】
[負極集電体層] [负极集电体层]
  負極集電体層は、例えば、ステンレス(SUS)、Cu、Ni、Fe、Ti、Co、Zn等から成る箔であってよい。 负极集电体层例如可以是由不锈钢( SUS ) 、 Cu 、 Ni 、 Fe 、 Ti 、 Co 、 Zn等构成的箔。
【0031】 【0031】
[負極活物質層] [负极活性物质层]
  負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含み、更に、固体電解質、バインダー、導電材等を含有していてよい。 负极活性物质层至少含有负极活性物质,进而可以含有固体电解质、粘合剂、导电材料等。
【0032】 【0032】
  負極活物質層における負極活物質としては、例えば、グラファイト等の公知の負極活物質を適宜に選択して試用してよい。負極活物質層における固体電解質、バインダー、及び導電材については、正極活物質層における固体電解質、バインダー、及び導電材としてそれぞれ上記に例示したものの中から、適宜に選択して使用してよい。 作为负极活性物质层中的负极活性物质,例如可以适当选择石墨等公知的负极活性物质来尝试。关于负极活性物质层中的固体电解质、粘合剂及导电材料,可以从正极活性物质层中的固体电解质、粘合剂及导电材料分别从上述例示的物质中适当选择使用。
【0033】 【0033】
  負極集電体層の面上に負極活物質層を形成するには、例えば、上記の負極活物質、固体電解質、バインダー、導電材等を含有する負極合剤を塗布する方法によってよい。 为了在负极集电体层的面上形成负极活性物质层,例如可以采用涂布含有上述负极活性物质、固体电解质、粘合剂、导电材料等的负极合剂的方法。
【0034】 【0034】
[固体活物質層] [固体活性物质层]
  負極積層体が固体電解質層を有する場合、この固体電解質層は、負極集電体層の面上に形成された負極活物質層の面上に形成されてよい。この場合の固体電解質層については、正極積層体が固体電解質層を有する場合に準じて理解してよい。 在负极层叠体具有固体电解质层的情况下,该固体电解质层可以形成在负极集电体层的面上形成的负极活性物质层的面上。关于此时的固体电解质层,可以根据正极层叠体具有固体电解质层的情况来理解。
【0035】 【0035】
<全固体電池積層体形成工程> <全固体电池层叠体形成工序>
  全固体電池積層体形成工程では、正極積層体の両面に、それぞれ、負極積層体を積層して全固体電池積層体を得る。ここで、正極積層体及び負極積層体のうちの少なくとも一方は、正極活物質層上又は負極活物質層上に、固体電解質層を更に有する。従って、本工程で得られる全固体電池積層体は、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層をこの順に有するものとなる。正極積層体及び負極積層体の双方が固体電解質層を有するときには、2つの固体電解質層が隣接し、一体として機能することになる。 在全固体电池层叠体形成工序中,在正极层叠体的两面分别层叠负极层叠体而得到全固体电池层叠体。在此,正极层叠体及负极层叠体中的至少一方在正极活性物质层上或负极活性物质层上还具有固体电解质层。因此,本工序中得到的全固体电池层叠体依次具有负极集电体层、负极活性物质层、固体电解质层、正极活性物质层、正极集电体层、正极活性物质层、固体电解质层、负极活性物质层以及负极集电体层。在正极层叠体和负极层叠体双方具有固体电解质层时, 2个固体电解质层相邻,作为一体而发挥功能。
【0036】 【0036】
  図1に、全固体電池積層体の層構成の一例を説明するための概略断面図を示した。 图1是用于说明全固体电池层叠体的层构成的一例的概略剖面图。
【0037】 【0037】
  図1の全固体電池積層体30は、正極積層体10の両面に、それぞれ、負極積層体20を有する。正極積層体10は、正極集電体層1の両面に、それぞれ、正極活物質層2を有する。負極積層体20は、負極集電体層5の片面に、負極活物質層4及び固体電解質層3をこの順に有する。負極積層体20は、正極積層体10の両面に、それぞれ、固体電解質層3が正極活物質層2に接するように積層されている。この全固体電池積層体30は、負極集電体層5、負極活物質層4、固体電解質層3、正極活物質層2、正極集電体層1、正極活物質層2、固体電解質層3、負極活物質層4、及び負極集電体層5をこの順に有する。 图1的全固体电池层叠体30在正极层叠体10的两面分别具有负极层叠体20 。正极层叠体10在正极集电体层1的两面分别具有正极活性物质层2 。负极层叠体20在负极集电体层5的单面依次具有负极活性物质层4和固体电解质层3 。负极层叠体20在正极层叠体10的两面分别以固体电解质层3与正极活性物质层2接触的方式层叠。该全固态电池层叠体30依次具有负极集电体层5 、负极活性物质层4 、固体电解质层3 、正极活性物质层2 、正极集电体层1 、正极活性物质层2 、固体电解质层3 、负极活性物质层4以及负极集电体层5 。
【0038】 【0038】
  図1の全固体電池積層体30において、負極積層体20の面積は正極積層体10の面積よりも大きく形成されている。しかしながら、本発明はこの場合に限られない。 在图1的全固体电池层叠体30中,负极层叠体20的面积形成为比正极层叠体10的面积大。然而,本发明不限于该情况。
【0039】 【0039】
<第3プレス工程> <第三冲压工序>
  第3プレス工程において、上記の全固体電池積層体を第3のプレス圧にてプレスする。第3プレス工程は、加熱下に行われてもよい。 在第三冲压工序中,利用第三冲压压力对上述全固体电池层叠体进行冲压。第三冲压工序也可以在加热下进行。
【0040】 【0040】
[第3のプレス圧と第1のプレス圧との関係] [第三冲压压力与第一冲压压力的关系]
  第3プレス工程における第3のプレス圧を、上述の第1のプレス圧よりも小さく設定することが、本発明の特徴である。第3プレス工程における第3のプレス圧は、第1プレス工程における第1のプレス圧よりも低ければよい。 本发明的特征在于,将第三冲压工序中的第三冲压压力设定为比上述第一冲压压力小。第三冲压工序中的第三冲压压力只要比第一冲压工序中的第一冲压压力低即可。
【0041】 【0041】
  第3のプレス圧は、第1のプレス圧に対して、例えば、80%以下、70%以下、60%以下、50%以下、又は40%以下であってよい。第3のプレス圧の下限は、全固体電池積層体の各層を十分に密着させるとの観点から、適宜に設定されてよい。 第三冲压压力相对于第一冲压压力例如可以为80%以下、 70%以下、 60%以下、 50%以下或40%以下。从使全固体电池层叠体的各层充分密合的观点出发,第3压制压力的下限可以适当设定。
【0042】 【0042】
[第3プレス工程のプレス条件] [第三冲压工序的冲压条件]
  第3プレス工程に使用するプレス機は、例えば、ロールプレス機、平面プレス機等であってよい。ロールプレス機を使用する場合のプレス圧は、例えば、50kN/cm以下、45kN/cm以下、40kN/cm以下、又は35kN/cm以下であってよく、例えば、20kN/cm以上、25kN/cm以上、30kN/cm以上、又は35kN/cm以上であってよい。ロールプレスの加工速度は、例えば、2m/分程度であってよい。平面プレス機を使用する場合のプレス圧は、例えば、500MPa以下、400MPa以下、又は300MPa以下であってよい。 在第三冲压工序中使用的压力机例如可以是辊压机、平面压力机等。使用辊压机时的压制压力例如可以为50kN / cm以下、 45kN / cm以下、 40kN / cm以下或35kN / cm以下,例如可以为20kN / cm以上、 25kN / cm以上、 30kN / cm以上、或者35kN / cm以上。辊压的加工速度例如可以为2m /分钟左右。使用平面压机时的压制压力例如可以为500MPa以下、 400MPa以下或300MPa以下。
【0043】 【0043】
  第3プレス工程におけるプレス時の温度は、例えば、20℃以上、50℃以上、100℃以上、120℃以上、又は150℃以上であってよく、例えば、200℃以下、195℃以下、190℃以下、185℃以下、又は180℃以下であってよい。 第3压制工序中的压制时的温度例如为20 ℃以上、 50 ℃以上、 100 ℃以上, 120可以为℃以上或150 ℃以上,例如为200 ℃以下、 195 ℃以下、 190 ℃以下, 185可以为℃以下或180 ℃以下。
【0044】 【0044】
[第3のプレス圧と第2のプレス圧との関係] [第三冲压压力与第二冲压压力的关系]
  負極積層体形成工程において、第2プレス工程を行う場合の第2のプレス圧は、第3のプレス圧より低い。本発明においては、負極積層体に対するプレスが行われず、又は負極積層体にプレスを行う場合の第2のプレス圧が相対的に低く設定される。従って、第3プレス工程を行うときに、負極積層体が過度に硬くなっていない。このことにより、第1のプレス圧よりも低い第3のプレス圧における第3プレス工程によっても、各層を十分に密着させることができる。 在负极层叠体形成工序中,进行第2冲压工序时的第2冲压压力低于第3冲压压力。在本发明中,不对负极层叠体进行压制,或者对负极层叠体进行压制时的第2压制压力被设定为相对较低。因此,在进行第三冲压工序时,负极层叠体不会过度变硬。由此,通过比第一冲压压力低的第三冲压压力的第三冲压工序,也能够使各层充分地密合。
【0045】 【0045】
  第2のプレス圧は、第3のプレス圧に対して、例えば、80%以下、70%以下、60%以下、50%以下、40%以下、30%以下、20%以下、又は10%以下であってよい。上述のとおり、第2プレス工程を行わなくてもかまわない。 第二冲压压力相对于第三冲压压力例如可以为80%以下、 70%以下、 60%以下、 50%以下、 40%以下、 30%以下、 20%以下或10%以下。如上所述,也可以不进行第二冲压工序。
【0046】 【0046】
<具体的態様> <具体的方式>
[全固体電池の製造方法] [全固体电池的制造方法]
  本発明の全固体電池の製造方法の一例を図2~4に示した。 将本发明的全固体电池的制造方法的一例示于图2 ~ 4 。
【0047】 【0047】
(正極積層体形成工程) (正极层叠体形成工序) )
  図2に、正極積層体形成方法の一例を示した。正極積層体形成工程では、正極集電体層1の両面にそれぞれ正極活物質層2を形成する。正極活物質層2は、正極集電体層1の両面のそれぞれ全面に形成してもよい。しかし、正極集電体層1の両面のそれぞれ一部の領域に正極活物質層2を形成し、発生する電力を集電し、外部へ取り出すための正極集電タブ1aとなる部分を残してもよい。 图2表示正极层叠体形成方法的一例。在正极层叠体形成工序中,在正极集电体层1的两面分别形成正极活性物质层2 。正极活性物质层2可以分别形成在正极集电体层1的两面的整个面上。但是,也可以在正极集电体层1的两面的各自一部分的区域形成正极活性物质层2 ,将产生的电力集电,留下成为用于向外部取出的正极集电片1a的部分。
【0048】 【0048】
(第1プレス工程) (第1冲压工序) )
  次に、第1プレス工程において、正極集電体層1の両面にそれぞれ正極活物質層2を形成して得られた積層体を、例えばロールプレスにより、第1のプレス圧にてプレスする。第1プレス工程のプレス条件は、例えば、第1のプレス圧を50kN/cmとし、170℃において加工速度2m/分で行ってよい。 接着,在第一压制工序中,例如通过辊压机以第一压制压力对在正极集电体层1的两面分别形成正极活性物质层2而得到的层叠体进行压制。第一冲压工序的冲压条件例如可以将第一冲压压力设为50kN / cm ,在170 ℃下以加工速度2m /分钟进行。
【0049】 【0049】
(裁断) (裁断)
  第1プレス工程後の正極積層体10は、所望のサイズに裁断される。このとき、正極集電体層1の一部が正極集電タブ1aとなるように成形してもよい。 第1冲压工序后的正极层叠体10被裁断成所希望的尺寸。此时,也可以将正极集电体层1的一部分成形为正极集电极耳1a 。
【0050】 【0050】
(絶縁処理) (绝缘处理) )
  正極積層体は、更に必要に応じて正極集電タブ1aに絶縁処理を施してよい。絶縁処理は、正極集電タブ1aのうち、全固体電池積層体となったときに負極積層体と重なる領域に、絶縁部材6を形成する処理である。絶縁部材6の形成は、例えば、ポリイミドテープ等の絶縁性テープの貼付、絶縁材の塗布等によってよい。 正极层叠体可以进一步根据需要对正极集电片1a实施绝缘处理。绝缘处理是在正极集电极耳1a中成为全固体电池层叠体时与负极层叠体重叠的区域形成绝缘部件6的处理。绝缘部件6的形成例如可以通过聚酰亚胺胶带等绝缘性胶带的粘贴、绝缘材料的涂敷等来形成。
【0051】 【0051】
(負極積層体形成工程) (负极层叠体形成工序) )
  一方、図3に示した一例のように、負極積層体形成工程では、負極集電体層5の片面に、負極活物質層4及び固体電解質層3を順次に形成して、負極積層体20を得る。負極活物質層4及び固体電解質層3は負極集電体層5の全面に形成してもよい。しかし、負極集電体層5の一部の領域に負極活物質層4及び固体電解質層3を形成し、発生する電力を集電し、外部へ取り出すための負極集電タブ5aとなる部分を残してもよい。 另一方面,如图3所示的一例那样,在负极层叠体形成工序中,在负极集电体层5的单面依次形成负极活性物质层4和固体电解质层3 ,得到负极层叠体20 。负极活性物质层4和固体电解质层3也可以形成在负极集电体层5的整个面上。但是,也可以在负极集电体层5的一部分区域形成负极活性物质层4和固体电解质层3 ,将产生的电力集电,留下成为用于向外部取出的负极集电片5a的部分。
【0052】 【0052】
(裁断) (裁断)
  負極積層体20は、次いで所望のサイズに裁断される。このとき、負極集電体層5の一部が負極集電タブ5aとなるように成形してもよい。 接着,负极层叠体20被裁断成所希望的尺寸。此时,负极集电体层5的一部分可以成型为负极集电极耳5a 。
【0053】 【0053】
(第2プレス工程) (第2冲压工序) )
  負極積層体20は、所望により、第3のプレス圧よりも低い第2のプレス圧にて、第2プレス工程(図示せず)を施してもよい。 负极层叠体20也可以根据需要以低于第3压制压力的第2压制压力实施第2压制工序(未图示) 。
【0054】 【0054】
(全固体電池積層体形成工程) (全固体电池层叠体形成工序) )
  図4に、全固体電池積層体形成工程、及び第3プレス工程の一例を示した。全固体電池積層体形成工程では、正極積層体10の両面に、負極20を、固体電解質層3が正極活物質層2に接するようにそれぞれ積層して、全固体電池積層体30を得る。積層は、公知の方法によってよい。 图4表示全固体电池层叠体形成工序以及第3冲压工序的一例。在全固体电池层叠体形成工序中,在正极层叠体10的两面以固体电解质层3与正极活性物质层2接触的方式分别层叠负极20 ,得到全固体电池层叠体30 。层叠可以用公知的方法进行。
【0055】 【0055】
(第3プレス工程) (第3冲压工序) )
  得られた全固体電池積層体30を、例えばロールプレスにより、第3のプレス圧にてプレスする。第3プレス工程のプレス条件は、例えば、第3のプレス圧を20kN/cmとし、130℃において加工速度2m/分で行ってよい。 将得到的全固体电池层叠体30例如通过辊压机以第3压制压力进行压制。第三冲压工序的冲压条件例如可以将第三冲压压力设为20kN / cm ,在130 ℃下以加工速度2m /分钟进行。
【符号の説明】 [符号说明]
【0056】 【0056】
  1    正極集電体層 1    正极集电体层
  1a    正極集電タブ 1a正极集电极耳
  2    正極活物質層 2    正极活性物质层
  3    固体電解質層 3    固体电解质层
  4    負極活物質層 4    负极活性物质层
  5    負極集電体層 5    负极集电体层
  5a    負極集電タブ 5a负极集电极耳
  6    絶縁部材 6    绝缘部件
  10    正極積層体 10    正极层叠体
  20    負極積層体 20    负极层叠体
  30    全固体電池積層体 30    全固体电池层叠体