JP2011175905A - All-solid lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
【課題】 高容量を維持したまま高速充放電ができる全固体型リチウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】 正極1、固体電解質2および負極3が順次積層された発電要素を、集電体4を介して複数個直列に接続してなる全固体型リチウムイオン二次電池において、正極1および負極3のうちの少なくとも一方の電極1、3中に、該電極1、3の主面と平行に導体1a、3aが設けられており、該導体1a、3aが集電体4に電気的に接続されていることを特徴とする。導体1a、3aは電極1、3の側面に形成された端面導体1b、3bで集電体4に接続し、または電極1、3中に形成された柱状導体7により集電体4に接続する。
【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an all solid state lithium ion secondary battery capable of high speed charge / discharge while maintaining a high capacity.
In an all solid-state lithium ion secondary battery in which a plurality of power generating elements in which a positive electrode, a solid electrolyte, and a negative electrode are sequentially stacked are connected via a current collector, the positive electrode and In at least one electrode 1, 3 of the negative electrode 3, conductors 1 a, 3 a are provided in parallel to the main surfaces of the electrodes 1, 3, and the conductors 1 a, 3 a are electrically connected to the current collector 4. It is connected. The conductors 1a and 3a are connected to the current collector 4 by end surface conductors 1b and 3b formed on the side surfaces of the electrodes 1 and 3, or are connected to the current collector 4 by columnar conductors 7 formed in the electrodes 1 and 3. .
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、正極、固体電解質、負極が順次積層された発電要素を、集電体を介して複数個直列に接続してなる全固体型リチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to an all solid-state lithium ion secondary battery in which a plurality of power generating elements in which a positive electrode, a solid electrolyte, and a negative electrode are sequentially stacked are connected in series via a current collector.
近年、二次電池は携帯電話やノート型パソコンだけでなく、電気自動車用バッテリーとしてもその用途を広げている。これらの二次電池に共通して要求されているものは、長時間使用の指標となる高容量化である。二次電池における高容量化の手法としては、容量の大きな電極材料を用いる方法や、高い放電電圧を示す正極材料の適用、電解質の固体化などが挙げられる。 In recent years, secondary batteries have been used not only for mobile phones and notebook computers, but also as batteries for electric vehicles. What is commonly required for these secondary batteries is an increase in capacity that is an indicator of long-term use. Methods for increasing the capacity of the secondary battery include a method using an electrode material having a large capacity, application of a positive electrode material exhibiting a high discharge voltage, solidification of an electrolyte, and the like.
例えば、特許文献1では、負極材料にカーボンを用い、負極の導電性を得るために該負極に0.01〜20μmの粒径を有する銅粉末を添加し、電極の電子伝導性の向上を図っている。また特許文献2では、金属を付着した炭素粒子を含有した電極を用いることで、電極の電子伝導性の向上を図っている。一方、特許文献3では、正極を形成する粒子の表面に炭素などの導電性膜を成膜技術で形成したものを正極材料として用いることによって、正極の内部抵抗を低下させている。
For example, in
高容量化と高速充放電は、全固体型リチウムイオン二次電池の特性において非常に重要である。高速充放電を行うために、従来、例えば上記特許文献1、2のように、導電材を電極物質に添加または付着させ、電極の導電性を向上させることが一般的に行われているが、導電材を少量添加するだけでは導電性を得ることができないため、導電材同士が電極内で接触するように大量の導電材を添加する必要がある。これにより、電極内における導電材の占める割合が高くなる一方で、電極内における活物質の割合が低下し、所定の容量を得ようとすると、電池のトータル重量や体積が大きくなり、逆に電極を所定寸法に収めようとすると電池容量は低下することになる。
High capacity and high-speed charging / discharging are very important in the characteristics of all solid-state lithium ion secondary batteries. In order to perform high-speed charging / discharging, conventionally, for example, as described in
また、特許文献3では、正極を形成する粒子の表面に炭素などの導電性膜を被覆し、正極を形成する粒子の容量を大きく低下させることなく、電極内の電子伝導性を高めようとしているが、電極においては電子の移動とともに、高容量化のため高いイオン電導度が重要であり、固体電解質を用いる場合に、正極を形成する粒子の表面を導電性膜で被覆してしまうと、導電性膜が正極内でのイオン伝導の妨げになってしまい、高容量が得られなくなってしまうという問題があった。
In
本発明は、高容量を維持したまま高速充放電ができる全固体型リチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an all solid-state lithium ion secondary battery capable of high-speed charge / discharge while maintaining a high capacity.
本発明の全固体型リチウムイオン二次電池は、正極、固体電解質および負極が順次積層
された発電要素を、集電体を介して複数個直列に接続してなる全固体型リチウムイオン二次電池において、前記正極および前記負極のうちの少なくとも一方の電極中に、該電極の主面と平行に導体が設けられており、該導体が前記集電体に電気的に接続されていることを特徴とする。
The all-solid-state lithium ion secondary battery of the present invention is an all-solid-state lithium ion secondary battery in which a plurality of power generating elements in which a positive electrode, a solid electrolyte, and a negative electrode are sequentially stacked are connected in series via a current collector. In the present invention, a conductor is provided in parallel with a main surface of the electrode in at least one of the positive electrode and the negative electrode, and the conductor is electrically connected to the current collector. And
このような全固体型リチウム二次電池では、正極および負極のうちの少なくとも一方の電極中に、この電極の主面と平行に導体が設けられており、導体が集電体に電気的に接続されているため、電極の主面と平行に設けられた導体を介して電極中の電子が集電体に良好に流れ、高速充放電が可能となる。また、導体を電子が伝導するため電極内の電子密度が下がり、電極内のイオン(金属カチオン)が、電子によるクーロン力によって移動性が抑制されなくなるため、付随的に電極中のイオン伝導が高まり、また、導体の厚みや線幅等を薄くし、電極中における導体の占める体積占有率を小さくすることができ、電極内における活物質の割合低下を最小限に抑制し、エネルギー密度の高い高容量の全固体型リチウムイオン二次電池を得ることができる。 In such an all solid-state lithium secondary battery, a conductor is provided in at least one of the positive electrode and the negative electrode in parallel with the main surface of the electrode, and the conductor is electrically connected to the current collector. Therefore, electrons in the electrode flow through the current collector through a conductor provided in parallel with the main surface of the electrode, and high-speed charge / discharge is possible. In addition, since electrons are conducted through the conductor, the electron density in the electrode is lowered, and the mobility of ions (metal cations) in the electrode is not suppressed by the Coulomb force caused by the electrons. In addition, the conductor thickness in the electrode can be reduced by reducing the thickness and line width of the conductor, minimizing the reduction in the proportion of the active material in the electrode, and high energy density. An all-solid-state lithium ion secondary battery having a capacity can be obtained.
また、本発明の全固体型リチウムイオン二次電池は、前記正極および前記負極のうちの少なくとも一方の電極が無機酸化物からなるとともに、無機酸化物からなる前記電極中に前記導体が設けられていることを特徴とする。電極が無機酸化物からなる場合には電子伝導性が低いため、電極中に導体を形成することにより、電極中の電子伝導性を著しく向上することができる。 The all solid-state lithium ion secondary battery according to the present invention is such that at least one of the positive electrode and the negative electrode is made of an inorganic oxide, and the conductor is provided in the electrode made of an inorganic oxide. It is characterized by being. Since the electron conductivity is low when the electrode is made of an inorganic oxide, the electron conductivity in the electrode can be remarkably improved by forming a conductor in the electrode.
さらに、本発明の全固体型リチウムイオン二次電池は、前記導体が導体パターンからなるとともに、前記電極中に、該電極の厚み方向に柱状導体が設けられており、該柱状導体により、前記導体パターンと前記集電体とが接続されていることを特徴とする。このような全固体型リチウムイオン二次電池では、電極中の電子が導体を流れ、電極の厚み方向に形成された柱状導体を介して集電体に流れるため、導体パターンと集電体間の距離が短く、これにより電極中の電子伝導性を向上することができる。 Furthermore, in the all-solid-state lithium ion secondary battery of the present invention, the conductor is formed of a conductor pattern, and a columnar conductor is provided in the electrode in the thickness direction of the electrode. A pattern and the current collector are connected to each other. In such an all-solid-state lithium ion secondary battery, electrons in the electrode flow through the conductor and flow to the current collector through the columnar conductor formed in the thickness direction of the electrode, and therefore, between the conductor pattern and the current collector. The distance is short, which can improve the electron conductivity in the electrode.
さらにまた、本発明の全固体型リチウムイオン二次電池は、前記導体が導体パターンからなるとともに、前記電極の側面に端面導体が設けられており、該端面導体に、前記導体パターンと前記集電体とが接続されていることを特徴とする。このような全固体型リチウムイオン二次電池では、電極中の電子が導体を流れ、電極側面の端面導体を介して集電体に流れるため、電極中の電子伝導性を向上することができる。 Furthermore, in the all solid-state lithium ion secondary battery of the present invention, the conductor comprises a conductor pattern, and an end face conductor is provided on a side surface of the electrode, and the conductor pattern and the current collector are provided on the end face conductor. It is characterized by being connected to the body. In such an all solid-state lithium ion secondary battery, electrons in the electrode flow through the conductor and flow to the current collector through the end surface conductor on the side surface of the electrode, so that the electron conductivity in the electrode can be improved.
本発明の全固体型リチウムイオン二次電池では、電極の主面と平行に設けられた導体を介して電極中の電子が集電体に良好に流れ、高速充放電が可能となるとともに、導体を電子が伝導するため電極内の電子密度が下がり、これに伴い、付随的に電極中のイオン伝導が高まり、また、電極中における導体の占める体積占有率を小さくして、エネルギー密度の高い高容量の全固体型リチウムイオン二次電池を得ることができる。 In the all-solid-state lithium ion secondary battery of the present invention, electrons in the electrode flow through the current collector through the conductor provided in parallel with the main surface of the electrode, enabling high-speed charging / discharging and the conductor. As a result, the electron density in the electrode decreases, and accordingly, the ionic conduction in the electrode increases, and the volume occupation of the conductor in the electrode decreases, resulting in a high energy density. An all-solid-state lithium ion secondary battery having a capacity can be obtained.
図1は、バイポーラ型の全固体型リチウムイオン二次電池の縦断面図である。図1に示
すように、全固体型リチウムイオン二次電池は、少なくとも正極活物質からなる正極1と、固体電解質2と、少なくとも負極活物質からなる負極3とを順次積層して接合し一体化させた発電要素を、複数個集電体4を介して直列に接続して構成されている。
FIG. 1 is a vertical sectional view of a bipolar all solid-state lithium ion secondary battery. As shown in FIG. 1, an all-solid-state lithium ion secondary battery includes a
一般的には正極1と負極3とを金属製の集電体4で接続するが、予め自立できる強度を持った正極1、固体電解質2および負極3が積層され一体化された発電要素を作製し、複数の発電要素を集電体4を介して電気的に直列に接続して全固体型リチウムイオン二次電池を構成できる。
In general, the
そして、本発明では、正極1中に、この正極1の主面に平行に導体1aが3層形成されており、3層の導体1aが正極1の側面に形成された端面導体1bにより接続され、この端面導体1bが集電体9に接続されている。また、負極3中にも、同様に、この負極3の主面に平行に導体3aが3層形成されており、3層の導体3aが負極3の側面に形成された端面導体3bにより接続され、この端面導体3bが集電体9に接続されている。導体1a、3a、端面導体1b、3bの材料としては、Cu、Ag−Pd、Ag、W等を用いることができる。導体1a、3aの材料、端面導体1b、3bの材料としては、正極1および負極3で異なる材料を用いることができる。導体1a、3aは、導体ペーストを塗布して形成された導体パターンからなり、薄い導体膜である。図2、図3の場合も同様である。
In the present invention, three layers of
導体1aは、図2(a)に示すように、断面形状が矩形状の正極1中に、正極1の主面と平行に形成されており、直線状とされ、複数の直線状の導体1aが平行に形成されている。これらの直線状の導体1aの一端は、正極1の側面に露出しており、正極1の側面に設けられた端面導体1bに接続している。7本の直線状の導体1a間の間隔Lは、正極1の厚み以下であることが望ましい。
As shown in FIG. 2A, the
同様に、導体3aは、図示しないが、断面形状が矩形状の負極3中に、負極3の主面と平行に形成されており、直線状とされ、複数の直線状の導体3aが平行に形成されている。これらの直線状の導体3aの一端は、負極3の側面に露出しており、負極3の側面に設けられた端面導体3bに接続している。複数の直線状の導体3a間の間隔Lは、負極3の厚み以下であることが望ましい。
Similarly, although not shown, the
正極1の厚みは5μm以上、好ましくは30μm以上、更に好ましくは50μm以上であることが望ましい。正極1の厚みが薄い場合には、電子の移動距離が短いため、正極1内の電子伝導があまり電池性能に影響を与えないが、30μm以上、50μm以上と厚くなると、正極1内の電子伝導が電池性能に影響を与えるようになるため、本発明を好適に用いることができる。
The thickness of the
負極3の厚みは負極容量にもよるが、正極と同等以上の容量となる厚みで、固体電解質2の厚みは絶縁が保持できる厚みで、かつ、できるだけ薄い膜厚が好ましく100〜500nmとされている。
Although the thickness of the
また、図1、2では、端面導体1b、3bにより、導体1a、3aを集電体4に接続したが、図3に示すように、正極1中に、該正極1の厚み方向に設けられた柱状導体7により、導体1aと集電体4とが接続されている。負極3の導体3aについても同様である。
In FIGS. 1 and 2, the
このような全固体型リチウムイオン二次電池では、電極1、3中の電子が導体1a、3aを流れ、電極1、3の厚み方向に形成された柱状導体7を介して集電体4に流れるため
、導体1a、3aと集電体4間の距離が短く、これにより電極1、3中の電子伝導性を向上することができる。柱状導体7は、図3では1本の導体1a、3aに一つ接続したが、1本の導体1a、3aに複数の柱状導体7を接続することができる。この場合には、柱状導体7からも、電子が集電体4流れ、高速充放電が可能となる。
In such an all-solid-state lithium ion secondary battery, the electrons in the
なお、図1では、正極1および負極2にそれぞれ導体1a、3aを形成したが、正極1または負極2のいずれかに導体1aまたは導体3aを形成しても良い。
In FIG. 1, the
また、図1〜図3は、導体1a、3aを、導体ペーストを塗布して形成した導体パターンで形成した場合について説明したが、本発明では、導体1a、3aを、例えば、導線を編み込んだメッシュで作製しても良い。この場合には、電極を形成するシート間にメッシュを挟み込み、焼成することにより作製することができる。また、メッシュを電極1、3の側面から突出するように配置し、突出した部分を集電体と接続することができる。
Moreover, although FIGS. 1-3 demonstrated the case where the
全固体型リチウムイオン二次電池を構成する正極1、固体電解質2、負極3、集電体4などは、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられているものを用いることができる。以下に本形態の全固体型リチウムイオン二次電池に使用できる正極1、固体電解質2、負極3、集電体4などについて説明する。
As the
集電体4としては、例えば、熱可塑性樹脂と導電性フィラーから成る導電性接着剤を用いることができる。また一般的に用いられている導体板を用いることもできる。
As the
正極1は少なくとも正極活物質からなり、正極活物資としては、リチウム含有遷移金属酸化物が好適に用いられる。具体的にはリチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、リン酸系リチウム鉄複合酸化物、リチウムチタン複合酸化物などが挙げられる。
The
負極3も少なくとも負極活物質からなり、負極活物質としては炭素材料、遷移金属酸化物、リチウム含有遷移金属酸化物などが使用可能である。なお、負極活物質に金属リチウムなどを用いる場合は、正極のみ導体を用いればよい。
The
固体電解質2には、有機電解液を高分子材料でゲル化したゲル電解質、イオン伝導性高分子材料に電解質塩を溶解させた高分子固体電解質、無機材料からなる無機固体電解質など流動性がなく正負極間に固定化可能な電解質であれば、それぞれを組み合わせて、例えば無機固体電解質を高分子固体電解質中に分散複合化させて用いるなど、いずれも適用可能である。中でも無機固体電解質は難燃性、不燃性に優れることから単体で用いると安全性の高いバイポーラ型の全固体型リチウムイオン二次電池を提供することができ、好適である。
The
有機電解液に用いる有機溶媒には、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ガンマーブチロラクトン、スルホラン、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2―メチルテトラヒドロフラン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよびメチルエチルカーボネートから選ばれる1種もしくは2種以上の混合系の溶媒が挙げられる。電解質塩としては、例えば、LiClO4,LiBF4,LiPF6,LiCF3SO3,LiN(CF3SO2)2,LiN(C2F5SO2)2などのリチウム塩を挙げることができる。 Examples of the organic solvent used in the organic electrolyte include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, gamma-butyrolactone, sulfolane, 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, dimethyl ether, tetrahydrofuran, and 2-methyltetrahydrofuran. , One or a mixture of two or more solvents selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate. Examples of the electrolyte salt include lithium salts such as LiClO4, LiBF4, LiPF6, LiCF3SO3, LiN (CF3SO2) 2, and LiN (C2F5SO2) 2.
ゲル電解質に用いられる高分子材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリビニルクロライド、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレートなどのイオン伝導性を持たない高分子材料やイオン伝導性を有する高分子材料を挙げることができる。 Examples of the polymer material used for the gel electrolyte include a polymer material having no ion conductivity and a polymer material having ion conductivity, such as polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, and polymethyl methacrylate. .
イオン伝導性を有する高分子材料としては、例えばポリエチレンオキシドに代表されるエチレンオキシド骨格を有する高分子やプロピレンオキシドに代表されるプロピレンオキシド骨格を有する高分子、またそれらの混合物や共重合体などが挙げられる。高分子固体電解質を作製する場合はこれらイオン伝導性高分子に上述の有機電解液と同じ電解質塩を溶解して用いることができる。 Examples of the polymer material having ion conductivity include a polymer having an ethylene oxide skeleton represented by polyethylene oxide, a polymer having a propylene oxide skeleton represented by propylene oxide, and a mixture or copolymer thereof. It is done. When producing a polymer solid electrolyte, the same electrolyte salt as the above-mentioned organic electrolyte can be dissolved in these ion conductive polymers.
無機固体電解質としては、例えばLi1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3やLi3.6Ge0.6V0.4O4、Li0.35La0.55TiO3などの結晶質固体電解質、30LiI-41Li2O-29P2O5や40Li2O-35B2O3-25LiNbO3などの酸化物系非晶質固体電解質、45LiI-37Li2S-18P2S5や1Li3PO4-63Li2S-36SiS2などの硫化物系非晶質固体電解質、Li3PO4-xNxなどの非晶質薄膜固体電解質を挙げることができる。 Examples of inorganic solid electrolytes include crystalline solid electrolytes such as Li1.3Al0.3Ti1.7 (PO4) 3, Li3.6Ge0.6V0.4O4, Li0.35La0.55TiO3, 30LiI-41Li2O-29P2O5 and 40Li2O-35B2O3-25LiNbO3 Oxide-based amorphous solid electrolyte such as 45LiI-37Li2S-18P2S5 and sulfide-based amorphous solid electrolyte such as 1Li3PO4-63Li2S-36SiS2, amorphous thin-film solid electrolyte such as Li 3 PO 4-x N x Can be mentioned.
全固体型リチウムイオン二次電池の製法について説明する。 A method for producing an all solid-state lithium ion secondary battery will be described.
まず、例えば、LiMn2O4の粉体に対して、バインダーと分散材を溶媒とともに所定量添
加してスラリーを作製する。スラリーにはさらに焼結助剤として、例えばBやLi、Siの酸化物などを添加しても良い。この後、ドクターブレードやコーターなどによってテープ成形を行い乾燥することで、例えば厚みが50μmのグリーンシートを作製する。
First, for example, a predetermined amount of a binder and a dispersing agent together with a solvent are added to a LiMn 2 O 4 powder to prepare a slurry. For example, B, Li, or Si oxide may be added to the slurry as a sintering aid. Thereafter, a green sheet having a thickness of 50 μm, for example, is produced by tape forming with a doctor blade or a coater and drying.
得られたグリーンシートに、例えばスクリーン印刷により、例えばCuペーストを印刷し、複数条の導体パターンを形成した。これらの導体パターンが形成されたグリーンシートを3層積層し、最後に導体パターンが形成されていないグリーンシートを積層し、加圧して乾燥後、焼成して正極を形成する。 For example, a Cu paste was printed on the obtained green sheet by, for example, screen printing to form a plurality of conductor patterns. Three layers of green sheets on which these conductor patterns are formed are stacked, and finally a green sheet on which no conductor patterns are formed is stacked, pressed and dried, and then fired to form a positive electrode.
この正極の表面に、例えばRFスパッタにてLi3PO4-xNxの300μmの固体電解質を形成する。 A 300 μm solid electrolyte of Li 3 PO 4-x N x is formed on the surface of the positive electrode by, for example, RF sputtering.
負極についても同様に、Li4Ti5O12の粉体に対して、バインダーと分散材を溶媒ととも
に所定量添加してスラリーを作製する。スラリーにはさらに正極材と同様にBやLi、Siの酸化物などの焼結助剤を添加しても良い。この後、ドクターブレードやコーターなどによってテープ成形を行い乾燥することで、例えば厚みが25μmのグリーンシートを作製する。
Similarly, for the negative electrode, a predetermined amount of a binder and a dispersant are added together with a solvent to a Li 4 Ti 5 O 12 powder to prepare a slurry. A sintering aid such as an oxide of B, Li, or Si may be further added to the slurry in the same manner as the positive electrode material. Thereafter, a green sheet having a thickness of, for example, 25 μm is produced by tape forming with a doctor blade, a coater, or the like and drying.
得られたグリーンシートに、例えばスクリーン印刷により、例えばCuペーストを印刷し、複数条の導体パターンを形成する。これらの導体パターンが形成されたグリーンシートを3層積層し、最後に導体パターンが形成されていないグリーンシートを積層し、加圧して乾燥後、焼成して負極を形成する。 For example, a Cu paste is printed on the obtained green sheet, for example, by screen printing to form a plurality of conductor patterns. Three green sheets on which these conductor patterns are formed are laminated, and finally, green sheets on which no conductor pattern is formed are laminated, pressed and dried, and then fired to form a negative electrode.
この負極の表面にも、例えばRFスパッタにてLi3PO4-xNxの300μmの固体電解質を形成する。 A 300 μm solid electrolyte of Li 3 PO 4-x N x is also formed on the surface of the negative electrode by RF sputtering, for example.
そして、正極に形成された固体電解質と、負極に形成された固体電解質とを接触させた状態で加熱し、一体化させ、発電要素を作製する。 Then, the solid electrolyte formed on the positive electrode and the solid electrolyte formed on the negative electrode are heated and brought into contact with each other to produce a power generation element.
この後、例えばステンレスからなる集電体の両面にカーボン等の導電性接着剤を塗布し、これを用いて複数の発電要素を接合し、この後、正極、負極の側面に端面導体用のペーストを印刷し、加熱して、集電体および導体と接続する端面導体を形成し、全固体型リチウムイオン二次電池を作製することができる。 Thereafter, a conductive adhesive such as carbon is applied to both surfaces of a current collector made of, for example, stainless steel, and a plurality of power generation elements are joined using this, and then, a paste for end face conductors on the side surfaces of the positive electrode and the negative electrode Is printed and heated to form an end face conductor connected to the current collector and the conductor, and an all-solid-state lithium ion secondary battery can be manufactured.
導体を柱状導体を介して集電体に接続する場合について説明する。例えば、正極を形成
するためのグリーンシート(電極層の一部となる)にスルーホールを形成し、このスルーホールに導体(柱状導体の一部となる)を印刷して埋め込み、さらにグリーンシートの導体に接続するように導体パターンを形成し、このような導体と導体パターンが形成されたグリーンシートを複数層積層し、積層されたものを焼成することにより、正極を形成することができる。スルーホールに充填された導体同士の接続が困難な場合には、グリーンシートのスルーホールに充填された導体が露出した部分にランド用の導体パターンを印刷し、ランド用の導体パターンが形成されたグリーンシートを積層することにより、スルーホールの導体と導体パターンとを容易に接続することができる。
A case where the conductor is connected to the current collector via the columnar conductor will be described. For example, a through hole is formed in a green sheet for forming a positive electrode (which becomes a part of the electrode layer), and a conductor (which becomes a part of a columnar conductor) is printed and embedded in the through hole. A positive electrode can be formed by forming a conductor pattern so as to be connected to a conductor, laminating a plurality of layers of such a conductor and a green sheet on which the conductor pattern is formed, and firing the laminated layer. When it is difficult to connect the conductors filled in the through hole, the land conductor pattern was printed on the exposed portion of the green sheet through which the conductor filled in the through hole was exposed. By laminating the green sheets, the conductor of the through hole and the conductor pattern can be easily connected.
正極あるいは負極を作製するにはいくつかの方法が可能であり、例えば正極活物質あるいは負極活物質と導電剤と結着剤を含有するスラリーを作製し離型性を有するポリエチレンテレフタレート製フィルム(以下、PETフィルム)上に塗布して乾燥後、剥離して必要に応じて形状加工を施し正極あるいは負極とする方法や、正極活物質あるいは負極活物質と結着剤からなるスラリーを同様にPETフィルム上に塗布して剥離、整形後焼成して正極活物質あるいは負極活物質からなる焼結体を作製し正極あるいは負極とすることもできる。 Several methods are possible for producing a positive electrode or a negative electrode. For example, a film made of polyethylene terephthalate having a releasability by producing a slurry containing a positive electrode active material or a negative electrode active material, a conductive agent and a binder (hereinafter referred to as a film) , PET film), drying, peeling, and applying shape processing as necessary to form a positive electrode or a negative electrode, or a positive electrode active material or a slurry comprising a negative electrode active material and a binder in the same manner. A sintered body made of a positive electrode active material or a negative electrode active material can be produced by applying it on the surface, peeling, shaping and firing, and forming a positive electrode or a negative electrode.
正極と負極を接合し一体化するための固体電解質には高分子固体電解質や無機固体電解質、有機電解液を含んでいるもののゲル化することによって流動性が失われているゲル電解質を利用できる。なお、各種電解質は単独でも積層でも、複合化してでも利用可能である。 As the solid electrolyte for joining and integrating the positive electrode and the negative electrode, a gel electrolyte that contains a polymer solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or an organic electrolyte but loses its fluidity by gelation can be used. Various electrolytes can be used alone, in layers, or in composite form.
このようにして形成された全固体型リチウムイオン二次電池は、収納容器内に収容されて使用される。収納容器は、ラミネート型リチウムイオン電池や従来のコイン電池などで使用されている外装体や集電端子がいずれも適用可能である。例えば、図4に示すように、アルミニウムや亜鉛、鉄、ニッケル、ステンレスなどからなる電子伝導性を有する金属板をプレス成形法などによって加工した蓋材21と、電槽本体22とを絶縁パッキン23を介在させてかしめて封止することにより作製することができる。なお、図4では、導体1a、3aの記載は省略した。さらに、図1では、正極1と、固体電解質2と、負極3とを順次積層して接合し一体化させた発電要素の積層数が3層であるが、積層数について用途によって異なるものであり、特に限定されるものではない。
The all solid-state lithium ion secondary battery formed in this way is used by being accommodated in a storage container. As the storage container, any of an exterior body and a current collecting terminal used in a laminate type lithium ion battery or a conventional coin battery can be applied. For example, as shown in FIG. 4, a
1・・・正極
1a・・・導体
1b・・・端面導体
2・・・固体電解質
3・・・負極
3a・・・導体
3b・・・端面導体
4・・・集電体
7・・・柱状導体
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| JP2010039969A JP2011175905A (en) | 2010-02-25 | 2010-02-25 | All-solid lithium ion secondary battery |
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