JP6608188B2 - 全固体二次電池およびその製造方法 - Google Patents
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Description
この内部短絡の原因を検討した結果、その原因は、押圧時に加えられた力による粉体からなる構成層(以下、粉体層と称す)に作用する主応力およびこの主応力にて生じるせん断応力に起因するものと判明した。すなわち、粉体層に垂直に力が掛かると垂直方向に最大主応力が発生するとともに、横方向にも最小主応力が発生し、これら両主応力により斜め方向のせん断応力が発生する。言い換えれば、せん断力が働くことになる。
上記絶縁部材における積層体との接触内縁部を外側の板状部よりも厚くし、
上記接触内縁部が、上記正極層または負極層の上に積層された固体電解質層の下面より上方の位置となるように厚くされたものである。
上記絶縁部材の開口部の内縁部を外側の板状部よりも厚くし、
上記内縁部を、上記正極層または負極層の上に配置された固体電解質層の下面より上方の位置となるように厚くする方法である。
一方の集電体の表面に、正極層または負極層を案内し得る開口部を有し且つ当該開口部の内縁部が外側よりも厚くされた板状の絶縁部材を接着する工程と、
この工程で接着された絶縁部材の開口部内に正極層または負極層を配置する工程と、
この工程で配置された正極層または負極層の上面に固体電解質層を配置する工程と、
この工程で配置された固体電解質層の上面に負極層または正極層を配置して積層体を得る工程と、
この工程で得られた積層体の上面に、他方の集電体を配置した後、上記内縁部が上記正極層または負極層の上に配置された固体電解質層の下面より上方の位置となる厚さで押圧する工程とを具備した方法である。
まず、全固体二次電池の構成について説明する。
以下、全固体二次電池の製造方法について、図2〜図8に基づき、詳しく説明する。
次に、図4に示すように、この正極層12の上面に固体電解質層32を所定厚さでもって配置する。この場合、固体電解質層32の外周部は、例えば1mm幅の帯状の副絶縁部材41Bの上方を覆うように配置される。
次に、図6および図7に示すように、負極層22の上面に、周囲に上部接着層52が取り付けられた負極集電体21を配置するとともに空気を吸引しながら5000Pa程度の低圧力でもって仮押圧(仮プレス)して、上部接着層52により、負極集電体21を絶縁部材41の上面に接着する。
なお、負極集電体21を上方から押圧する際には、負極集電体21と押圧部材(図示せず)との間には、弾性部材、例えばゴム板などが配置される。
上記製造方法の主要部分を、工程形式で記載すると、以下のようになる。
一方の集電体の表面に、正極層または負極層を案内し得る開口部を有し且つ当該開口部の内縁部が外側よりも厚くされた板状の絶縁部材を接着する工程と、この工程で接着された絶縁部材の開口部内に正極層または負極層を配置する工程と、この工程で配置された正極層または負極層の上面に固体電解質層を配置する工程と、この工程で配置された固体電解質層の上面に負極層または正極層を配置して積層体を得る工程と、この工程で得られた積層体の上面に、他方の集電体を配置した後、押圧する工程とを備えた方法である。
絶縁部材における積層体との接触内縁部を外側の板状部よりも厚くして、積層体の周縁部が崩壊するのを防止し得る崩壊防止部を設けたと言うようにしてもよく、
また絶縁部材における積層体との接触内縁部を外側の板状部よりも厚くして、当該電池の押圧時に積層体の周縁部がせん断崩壊するのを防止し得るせん断崩壊防止部を設けたと言うようにしてもよい。
正極集電体11および負極集電体21としては、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)、ステンレス鋼、チタン(Ti)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、リチウム(Li)、錫(Sn)またはこれらの合金等から成る薄板状体、箔状体が用いられる。ここで、薄板状体および箔状体は、その厚さが5μm〜100μmの範囲内のものである。本実施の形態においては、正極集電体11としてはアルミニウム箔、負極集電体21としては銅箔が用いられる。さらに、各集電体11,21は、粉末の積層体Xとの密着性向上の観点から、その表面に粗化処理が施されたものであることが好ましい。粗化処理とは、エッチングなどで表面粗さを大きくする処理である。本実施の形態においては、正極集電体11には、エッチング処理されたアルミニウム箔(エッチドアルミ箔とも言う)が用いられる。また、負極集電体21には、エッチング処理された銅箔(粗化銅箔とも言う)が用いられるが、エッチング処理がされない銅箔を用いてもよい。また、絶縁部材41(41A,41B)には、PETフィルムなどの高分子材料でできた絶縁シートが用いられる。
上記全固体二次電池およびその製造方法によると、絶縁部材41における積層体Xとの接触内縁部41bを、外側の板状部41aよりも厚くしたので、積層体Xの押圧時にその周縁部に生じるせん断力による崩壊を防止することができ、したがって内部短絡(電気的短絡)が発生するのを防止することができる。すなわち、絶縁部材41における開口部41aの内縁部分が、積層体Xが押圧された際に生じるせん断崩壊を防止し得る崩壊防止ブロックとして機能することになる。
この全固体二次電池においては、正極集電体11として、厚さ20μmの粗化処理されたアルミ箔(エッチドアルミニウム)を用いるとともに、負極集電体21として、厚さ18μmの銅箔を用いた。また、絶縁部材41としては、厚さ50μmのPETフィルム(ポリエチレンテレフタレートフィルム)を用いた。また、下部接着層51および上部接着層52としては、厚さ30μmで幅が2mmの感圧接着フィルム(両面接着テープ)を用いるとともに、接触内縁部41bの接着層53としては、同じもので幅が1mmのものを用いた。
1 全固体二次電池
11 正極集電体
12 正極層
21 負極集電体
22 負極層
32 固体電解質層
41 絶縁部材
41a 板状部
41b 接触内縁部
41c 開口部
41A 主絶縁部材
41B 副絶縁部材
51 下部接着層
52 上部接着層
53 接着層
Claims (3)
- 一対の集電体の間に、正極層、固体電解質層および負極層が積層されてなる積層体、並びにこの積層体の周囲に配置されるとともに少なくとも固体電解質層と接触して正極層と負極層とを電気的に絶縁する板状の絶縁部材が配置された全固体二次電池であって、
上記絶縁部材における積層体との接触内縁部を外側の板状部よりも厚くし、
上記接触内縁部が、上記正極層または負極層の上に積層された固体電解質層の下面より上方の位置となるように厚くされたことを特徴とする全固体二次電池。 - 一方の集電体の表面に、正極層または負極層を案内し得る開口部を有して正極層と負極層とを電気的に絶縁する板状の絶縁部材を接着した後、当該開口部内に正極層または負極層を配置し、さらにその上面に固体電解質層を配置した後、負極層または正極層および他方の集電体を配置して全固体二次電池を製造する際に、
上記絶縁部材の開口部の内縁部を外側の板状部よりも厚くし、
上記内縁部を、上記正極層または負極層の上に配置された固体電解質層の下面より上方の位置となるように厚くすることを特徴とする全固体二次電池の製造方法。 - 一対の集電体の間に、正極層、固体電解質層および負極層が積層されてなる積層体、並びにこの積層体の周囲に配置されるとともに少なくとも固体電解質層と接触して正極層と負極層とを電気的に絶縁する板状の絶縁部材が配置された全固体二次電池の製造方法であって、
一方の集電体の表面に、正極層または負極層を案内し得る開口部を有し且つ当該開口部の内縁部が外側よりも厚くされた板状の絶縁部材を接着する工程と、
この工程で接着された絶縁部材の開口部内に正極層または負極層を配置する工程と、
この工程で配置された正極層または負極層の上面に固体電解質層を配置する工程と、
この工程で配置された固体電解質層の上面に負極層または正極層を配置して積層体を得る工程と、
この工程で得られた積層体の上面に、他方の集電体を配置した後、上記内縁部が上記正極層または負極層の上に配置された固体電解質層の下面より上方の位置となる厚さで押圧する工程とを具備したことを特徴とする全固体二次電池の製造方法。
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