(57)【要約】  粉末成形体からなる正極活物質層１２と、その正極活物質層１２上に気相法で形成されるアモルファスの正極側固体電解質層（ＰＳＥ層）１３と、を有する正極体１を用意する。粉末成形体からなる負極活物質層２２と、その負極活物質層２２上に気相法で形成されるアモルファスの負極側固体電解質層（ＮＳＥ層）２３と、を有する負極体２を用意する。正極体１と負極体２とを、両電極体１，２の固体電解質層１３，２３同士が接触するように重ね合わせて加圧しながら熱処理し、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３とを結晶化させることで接合させる。
2012091111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配される硫化物の固体電解質層を備える非水電解質電池を製造する非水電解質電池の製造方法であって、
粉末成形体からなる正極活物質層と、その正極活物質層上に気相法で形成されるアモルファスの正極側固体電解質層と、を有する正極体を用意する工程と、
粉末成形体からなる負極活物質層と、その負極活物質層上に気相法で形成されるアモルファスの負極側固体電解質層と、を有する負極体を用意する工程と、
正極体と負極体とを、両電極体の固体電解質層同士が接触するように重ね合わせた状態で加圧しながら熱処理し、正極側固体電解質層と負極側固体電解質層とを結晶化させることで接合させる工程と、
を備えることを特徴とする非水電解質電池の製造方法。
【請求項２】
正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配される硫化物の固体電解質層を備える非水電解質電池を製造する非水電解質電池の製造方法であって、
粉末成形体からなる正極活物質層と、その正極活物質層上に気相法で形成される厚さ２μｍ以下のアモルファスの正極側固体電解質層と、を有する正極体を用意する工程と、
粉末成形体からなる負極活物質層を有する負極体を用意する工程と、
正極体と負極体とを、正極側固体電解質層と負極活物質層とが接触するように重ね合わせた状態で加圧しながら熱処理し、正極側固体電解質層を結晶化させることで接合させる工程と、
を備えることを特徴とする非水電解質電池の製造方法。
【請求項３】
正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配される硫化物の固体電解質層を備える非水電解質電池を製造する非水電解質電池の製造方法であって、
粉末成形体からなる正極活物質層を有する正極体を用意する工程と、
粉末成形体からなる負極活物質層と、その負極活物質層上に気相法で形成される厚さ２μｍ以下のアモルファスの負極側固体電解質層と、を有する負極体を用意する工程と、
正極体と負極体とを、正極活物質層と負極側固体電解質層とが接触するように重ね合わせた状態で加圧しながら熱処理し、負極側固体電解質層を結晶化させることで接合させる工程と、
を備えることを特徴とする非水電解質電池の製造方法。
【請求項４】
前記熱処理は、１３０〜３００℃×１〜１２００分で行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の非水電解質電池の製造方法。
【請求項５】
前記加圧は、１６０ＭＰａ以下で行うことを特徴とする請求項４に記載の非水電解質電池の製造方法。
【請求項６】
前記活物質層上に形成される固体電解質層におけるＣ含有量を、１０原子％以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の非水電解質電池の製造方法。
【請求項７】
前記活物質層上に形成される固体電解質層におけるＣ含有量を、１０原子％以下とすることを特徴とする請求項４に記載の非水電解質電池の製造方法。
【請求項８】
前記活物質層上に形成される固体電解質層におけるＣ含有量を、１０原子％以下とすることを特徴とする請求項５に記載の非水電解質電池の製造方法。
【請求項９】
正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配される硫化物の固体電解質層を備える非水電解質電池であって、
前記正極活物質層と負極活物質層は、粉末成形体であり、
前記固体電解質層は、正極活物質の側に設けられた正極側固体電解質層と負極活物質層の側に設けられた負極側固体電解質層とを接合することで一体化された結晶質の層であり、
前記固体電解質層の抵抗値が、５０Ω・ｃｍ２以下であることを特徴とする非水電解質電池。
【請求項１０】
正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配される硫化物の固体電解質層を備える非水電解質電池であって、
前記正極活物質層と負極活物質層は、粉末成形体であり、
前記固体電解質層は、その厚さが２μｍ以下の結晶質の層であり、かつ
前記固体電解質層の抵抗値は、５０Ω・ｃｍ２以下であることを特徴とする非水電解質電池。
【請求項１１】
前記固体電解質層のＣ含有量は、１０原子％以下であることを特徴とする請求項９または１０に記載の非水電解質電池。
【請求項１２】
前記正極活物質層は、Ｃｏ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ａｌから選択される少なくとも１種の金属とＬｉとを含む酸化物からなる活物質、およびＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を含む固体電解質を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の非水電解質電池。
【請求項１３】
前記負極活物質層は、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｌｉから選択される少なくとも１種の元素を含む活物質、または少なくともＴｉとＬｉとを含む酸化物からなる活物質、およびＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を含む固体電解質を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の非水電解質電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極活物質層および正極側固体電解質層を備えた正極体と、負極活物質層および負極側固体電解質層を備えた負極体と、をそれぞれ別個に作製し、後工程において両電極体を重ね合わせる非水電解質電池の製造方法、およびその製造方法で得られた非水電解質電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
充放電を繰り返すことを前提とした電源として、正極層と負極層とこれら電極層の間に配される電解質層とを備える非水電解質電池が利用されている。この電池に備わる電極層はさらに、集電機能を有する集電体と、活物質を含む活物質層とを備える。このような非水電解質電池のなかでも特に、正・負極層間のＬｉイオンの移動により充放電を行う非水電解質電池は、小型でありながら高い放電容量を備える。【０００３】
上記非水電解質電池を作製する技術としては、例えば、特許文献１に記載のものが挙げられる。この特許文献１では、非水電解質電池の作製にあたり、正極集電体上に粉末成形体の正極活物質層を備える正極体と、負極集電体上に粉末成形体の負極活物質層を備える負極体と、を別個に作製している。これら電極体はそれぞれ固体電解質層を備えており、これら正極体と負極体とを重ね合わせることで非水電解質電池を作製している。その重ね合わせの際、特許文献１の技術では、両電極体に備わる固体電解質層同士を９５０ＭＰａを超える高圧で圧接している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０３２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の非水電解質電池では、以下に示すような問題点がある。【０００６】
第一に、両電極体を高圧で圧接するため、各電極体に割れなどが生じる恐れがある。特に、粉末成形体からなる活物質層が割れ易く、割れてしまうと非水電解質電池の性能が著しく低下する恐れがある。【０００７】
第二に、特許文献１の非水電解質電池の固体電解質層は、正極側固体電解質層と負極側固体電解質層とを圧接することで形成されるため、その正極側固体電解質層と負極側固体電解質層との間に接合界面が形成される。その接合界面は高抵抗となり易いため、非水電解質電池の放電容量や放電出力が理論値よりも大幅に低下する恐れがある。【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、個別に作製した２つの電極体を貼り合せても、両電極体の接合界面に高抵抗層が形成されない非水電解質電池を作製できる非水電解質電池の製造方法、およびその製造方法で得られた非水電解質電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明非水電解質電池の製造方法には三つの形態がある。その三つの形態を順次説明する。【００１０】
（１）本発明非水電解質電池の製造方法は、正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配される硫化物の固体電解質層（以下、ＳＥ層）を備える非水電解質電池を製造する非水電解質電池の製造方法であって、以下の工程を備えることを特徴とする。
・粉末成形体からなる正極活物質層と、その正極活物質層上に気相法で形成されるアモルファスの正極側固体電解質層（以下、ＰＳＥ層）と、を有する正極体を用意する工程。
・粉末成形体からなる負極活物質層と、その負極活物質層上に気相法で形成されるアモルファスの負極側固体電解質層（以下、ＮＳＥ層）と、を有する負極体を用意する工程。
・正極体と負極体とを、両電極体の固体電解質層同士が接触するように重ね合わせた状態で加圧しながら熱処理し、ＰＳＥ層とＮＳＥ層とを結晶化させることで接合させる工程。【００１１】
本発明非水電解質電池の製造方法によれば、アモルファスが結晶化するときの原子の相互拡散を利用してＰＳＥ層とＮＳＥ層を接合しているので、ＰＳＥ層とＮＳＥ層の間に高抵抗の接合界面が殆ど形成されない。【００１２】
また、本発明非水電解質電池の製造方法によれば、熱処理による結晶化を利用してＰＳＥ層とＮＳＥ層とを接合するため、ＰＳＥ層とＮＳＥ層との接合時に正極体と負極体とを高圧で圧縮する必要がなく、両電極体の構成要素に割れなどの不具合が生じ難い。特に本発明製造方法では、比較的割れ易い粉末成形体で活物質層を形成しているため、ＰＳＥ層とＮＳＥ層とを高圧で圧縮する必要がないことは、非水電解質電池の製造上、大きな利点となる。なお、活物質層を粉末成形体としているのは、気相法よりも厚い活物質層を形成することが容易であり、その結果として高い放電容量を備える非水電解質電池を作製できるからである。【００１３】
（２）本発明非水電解質電池の製造方法は、正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配されるＳＥ層を備える非水電解質電池を製造する非水電解質電池の製造方法であって、以下の工程を備えることを特徴とする。
・粉末成形体からなる正極活物質層と、その正極活物質層上に気相法で形成される厚さ２μｍ以下のアモルファスのＰＳＥ層と、を有する正極体を用意する工程。
・粉末成形体からなる負極活物質層を有する負極体を用意する工程。
・正極体と負極体とを、ＰＳＥ層と負極活物質層とが接触するように重ね合わせた状態で加圧しながら熱処理し、ＰＳＥ層を結晶化させることで接合させる工程。
ここで、本明細書における『厚さ』は全て、異なる５点以上の部分で測定した厚さの平均である。『厚さ』は、例えば、断面を走査型電子顕微鏡により観察することで測定することができる。【００１４】
本発明者らの検討の結果、アモルファスのＰＳＥ層が２μｍ以下の薄膜であると、ＰＳＥ層が活性となるため、ＰＳＥ層がアモルファスから結晶化する際に、ＰＳＥ層の構成物質が負極活物質層に拡散し易いことが分かった。そのため、上記（２）の製造方法により非水電解質電池を作製すれば、当該電池における正極体と負極体との間に高抵抗の接合界面が形成され難い。これに対して、ＰＳＥ層が２μｍ超の厚さであると、ＰＳＥ層の活性が下がり、ＰＳＥ層の構成物質が負極活物質層に拡散し難くなるため、正極体と負極体との間に高抵抗の接合界面が形成されてしまう。【００１５】
また、上記（２）の製造方法で得られる非水電解質電池では、ＰＳＥ層に由来するＳＥ層の厚さが２μｍ以下と非常に薄くなるため、当該製造方法によれば従来よりも薄い非水電解質電池を作製することができる。【００１６】
（３）本発明非水電解質電池の製造方法は、正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配されるＳＥ層を備える非水電解質電池を製造する非水電解質電池の製造方法であって、以下の工程を備えることを特徴とする。
・粉末成形体からなる正極活物質層を有する正極体を用意する工程。
・粉末成形体からなる負極活物質層と、その負極活物質層上に気相法で形成される厚さ２μｍ以下のアモルファスのＮＳＥ層と、を有する負極体を用意する工程。
・正極体と負極体とを、正極活物質層とＮＳＥ層とが接触するように重ね合わせた状態で加圧しながら熱処理し、ＮＳＥ層を結晶化させることで接合させる工程。【００１７】
本発明者らの検討の結果、アモルファスのＮＳＥ層が２μｍ以下の薄膜であると、ＮＳＥ層が活性となるため、ＮＳＥ層がアモルファスから結晶化する際に、ＮＳＥ層の構成物質が正極活物質層に拡散し易いことが分かった。そのため、上記（３）の製造方法により非水電解質電池を作製すれば、当該電池における正極体と負極体との間に高抵抗の接合界面が形成され難い。これに対して、ＮＳＥ層が２μｍ超の厚さであると、ＮＳＥ層の活性が下がり、ＮＳＥ層の構成物質が負極活物質層に拡散し難くなるため、正極体と負極体との間に高抵抗の接合界面が形成されてしまう。【００１８】
また、上記（３）の製造方法で得られる非水電解質電池では、ＮＳＥ層に由来するＳＥ層の厚さが２μｍ以下と非常に薄くなるため、当該製造方法によれば従来よりも薄い非水電解質電池を作製することができる。【００１９】
以上説明した本発明非水電解質電池の製造方法のより好ましい構成について以下に説明する。【００２０】
（４）本発明非水電解質電池の製造方法の一形態として、熱処理は、１３０〜３００℃×１〜１２００分で行うことが好ましい。【００２１】
上記（１）の製造方法においてアモルファスのＰＳＥ層とＮＳＥ層とを結晶化させて接合するための熱処理条件は、これらＰＳＥ層とＮＳＥ層を構成する硫化物の種類によって適宜選択することができる。硫化物として特にＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５が用いられており、このＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５は、上記熱処理条件により十分に結晶化させることができる。ここで、熱処理温度が低すぎたり、熱処理時間が短すぎると、ＰＳＥ層とＮＳＥ層の結晶化が十分でなく、ＰＳＥ層とＮＳＥ層との間に接合界面が形成される恐れがある。一方、熱処理温度が高すぎたり、熱処理時間が長すぎると、低Ｌｉイオン伝導性の結晶相が形成される恐れがある。上記範囲で熱処理温度を高くするほど、加速度的に結晶化の時間（つまり、熱処理時間）を短くできる。以上の記載は、電極体のいずれか一方にのみ固体電解質の層を形成する上記（２）、（３）の製造方法にも当てはまる。【００２２】
なお、気相法で形成されたアモルファスのＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５の固体電解質層の結晶化温度と、粉末状のアモルファスのＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を加圧成形することで形成された固体電解質層の結晶化温度と、は異なる。具体的には、気相法によって形成したＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５の固体電解質層の結晶化温度は約１３０℃、粉末成形法によって形成したＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５の固体電解質層の結晶化温度は約２４０℃である。本発明製造方法におけるＰＳＥ層とＮＳＥ層は気相法で形成されるので、これらＰＳＥ層とＮＳＥ層は約１３０℃で結晶化する。【００２３】
（５）本発明非水電解質電池の製造方法の一形態として、加圧は、１６０ＭＰａ以下で行うことが好ましい。【００２４】
加圧の圧力を１６０ＭＰａ以下とすることで、より好ましくは１６ＭＰａ以下とすることで、正極体と負極体の接合の際、これら電極体に備わる各層に割れなどの不具合が生じることを抑制することができる。【００２５】
（６）本発明非水電解質電池の製造方法の一形態として、活物質層上に形成される固体電解質層のＣ含有量を、１０原子％以下とすることが好ましい。具体的には、正極体がＰＳＥ層を備え、負極体がＮＳＥ層を備える場合は、ＰＳＥ層とＮＳＥ層におけるＣ含有量は１０原子％以下、正極体のみが固体電解質層（ＰＳＥ層）を備える場合は、そのＰＳＥ層のＣ含有量が１０原子％、負極体のみが固体電解質層（ＮＳＥ層）を備える場合、そのＮＳＥ層のＣ含有量が１０原子％とする。【００２６】
固体電解質層におけるＣ含有量を１０原子％とすることで、Ｃの影響により固体電解質層に含まれる固体電解質が変質してＳＥ層のＬｉイオン伝導度が低下することを回避できる。【００２７】
次に、本発明非水電解質電池について説明する。【００２８】
（７）本発明非水電解質電池は、正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配される硫化物のＳＥ層を備える非水電解質電池である。この非水電解質電池の正極活物質層と負極活物質層は、粉末成形体であり、ＳＥ層は、正極活物質の側に設けられたＰＳＥ層と負極活物質層の側に設けられたＮＳＥ層とを接合することで一体化された結晶質の層である。このＳＥ層の抵抗値は、５０Ω・ｃｍ２以下であることが好ましく、さらに好ましくは２０Ω・ｃｍ２以下である。【００２９】
上記構成を備える本発明非水電解質電池は、上記（１）の製造方法で作製された非水電解質電池であって、そのＳＥ層の抵抗値が従来の方法で作製された電池よりも小さいため、従来の電池よりも優れた電池特性（放電容量や放電出力）を発揮する。【００３０】
（８）本発明非水電解質電池は、正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配される硫化物のＳＥ層を備える非水電解質電池である。この非水電解質電池の正極活物質層と負極活物質層は、粉末成形体であり、ＳＥ層は、その厚さが２μｍ以下の結晶質の層である。そして、このＳＥ層の抵抗値は、５０Ω・ｃｍ２以下である。【００３１】
上記構成を備える本発明非水電解質電池は、上記（２）または（３）の製造方法で作製された非水電解質電池であって、そのＳＥ層の抵抗値が従来の方法で作製された電池よりも小さいため、従来の電池よりも優れた電池特性（放電容量や放電出力）を発揮する。また、上記本発明非水電解質電池は、従来にないほど薄いＳＥ層を備えるため、従来電池よりも格段に薄い非水電解質電池である。【００３２】
（９）本発明非水電解質電池の一形態として、ＳＥ層のＣ含有量は、１０原子％以下であることが好ましい。【００３３】
ＳＥ層におけるＣ含有量を１０原子％とすることで、Ｃの影響により固体電解質が変質してＳＥ層のＬｉイオン伝導度が低下することを回避できる。【００３４】
（１０）本発明非水電解質電池の一形態として、正極活物質層は、Ｃｏ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ａｌから選択される少なくとも１種の金属とＬｉとを含む酸化物からなる活物質、およびＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を含む固体電解質を含むことが好ましい。【００３５】
正極活物質層に上記活物質を含有させることで、非水電解質電池の放電容量を向上させることができる。また、正極活物質層に固体電解質を含有させることで、正極活物質層の抵抗値を下げることができ、その結果として電池の放電容量を向上させることができる。【００３６】
（１１）本発明非水電解質電池の一形態として、負極活物質層は、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｌｉから選択される少なくとも１種の元素を含む活物質、または少なくともＴｉとＬｉとを含む酸化物からなる活物質、およびＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を含む固体電解質を含むことが好ましい。【００３７】
負極活物質層に上記活物質を含有させることで、非水電解質電池の放電容量を向上させることができる。また、負極活物質層に固体電解質を含有させることで、負極活物質層の抵抗値を下げることができ、その結果として電池の放電容量を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明非水電解質電池の製造方法によれば、個別に作製された正極体と負極体とを接合して本発明非水電解質電池を作製しても、正極体と負極体との間に高抵抗層が形成されない。そのため、本発明非水電解質電池は、優れた電池特性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】正極体と負極体とを貼り合わせてなる非水電解質電池の縦断面図である。
【図２】実施形態１に記載される貼り合わせ前の正極体と負極体の縦断面図である。
【図３】交流インピーダンス法で得られるナイキスト線図の一例を示す概略図である。
【図４】実施形態２に記載される貼り合わせ前の正極体と負極体の縦断面図である。
【図５】実施形態３に記載される貼り合わせ前の正極体と負極体の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
（実施形態１）
＜非水電解質電池の全体構成＞
図１に示す非水電解質電池１００は、正極集電体１１、正極活物質層１２、硫化物の固体電解質層（ＳＥ層）４０、負極活物質層２２、および負極集電体２１とを備える。この非水電解質電池１００は、以下の工程に従う非水電解質電池の製造方法、即ち、図２に示すように個別に作製された正極体１と負極体２とを重ね合わせることで作製することができる。
【００４１】
＜非水電解質電池の製造方法＞
（α）正極体１を作製する。
（β）負極体２を作製する。
（γ）正極体１と負極体２とを重ね合わせ、加圧しながら熱処理を施して、正極体１と負極体２とを接合する。
※工程α，βの順序は入れ替え可能である。
【００４２】
≪工程α：正極体の作製≫
本実施形態の正極体１は、正極集電体１１の上に、正極活物質層１２と正極側固体電解質層（ＰＳＥ層）１３を積層した構成を有する。この正極体１を作製するには、正極集電体１１となる基板を用意し、その基板の上に残りの層１２，１３を順次形成すれば良い。なお、正極集電体１１は、正極体１と負極体２とを接合する工程γの後に、正極活物質層１２におけるＰＳＥ層１３とは反対側の面に形成しても良い。
【００４３】
［正極集電体］
正極集電体１１となる基板は、導電材料のみから構成されていても良いし、絶縁基板上に導電材料の膜を形成したもので構成されていても良い。後者の場合、導電材料の膜が集電体として機能する。導電材料としては、ＡｌやＮｉ、これらの合金、ステンレスから選択される１種が好適に利用できる。
【００４４】
［正極活物質層］
正極活物質層１２は、電池反応の主体となる正極活物質粒子を含む粉末を加圧成形することで得られる層である。正極活物質としては、層状岩塩型の結晶構造を有する物質、例えば、ＬｉαＸβ（１−Ｘ）Ｏ２（αはＣｏ，Ｎｉ，Ｍｎから選択される少なくとも１種、βはＦｅ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｂｉから選択される１種、Ｘは０．５以上）で表される物質を挙げることができる。その具体例としては、ＬｉＣｏＯ２やＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＣｏ０.５Ｆｅ０.５Ｏ２、ＬｉＣｏ０．５Ａｌ０．５Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２などを挙げることができる。その他、正極活物質として、スピネル型の結晶構造を有する物質（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４など）や、オリビン型の結晶構造を有する物質（例えば、ＬｉＸＦｅＰＯ４（０＜Ｘ＜１））を用いることもできる。
【００４５】
上記正極活物質層１２は、この層１２のＬｉイオン伝導性を改善する電解質粒子を含有していても良い。その場合、加圧成形の原料である正極活物質粒子に電解質粒子を混合しておく。そうすることで、原料を加圧成形した際、正極活物質粒子と固体電解質粒子とを含む正極活物質層１２を形成できる。上記電解質粒子としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５などの硫化物を好適に利用することができる。正極活物質層１２に含ませる固体電解質粒子は、アモルファスでも結晶質でも良いが、Ｌｉイオン伝導性が高い結晶質とすることが好ましい。その他、正極活物質層１２は、導電助剤や結着剤を含んでいても良い。
【００４６】
加圧成形の条件は、適宜選択することができる。例えば、室温〜３００℃の雰囲気下、面圧１００〜６００ＭＰａで加圧成形すると良い。また、加圧成形される正極活物質粒子の平均粒径は、１〜２０μｍが好ましい。さらに電解質粒子を利用するのであれば、その電解質粒子の平均粒径は、０．５〜２μｍが好ましい。
【００４７】
［正極側固体電解質層］
正極側固体電解質層（ＰＳＥ層）１３は、硫化物からなるアモルファスのＬｉイオン伝導体である。このＰＳＥ層１３は、後述する工程γを経て結晶化し、図１に示す完成した電池１００のＳＥ層４０の一部となる。ＰＳＥ層１３に求められる特性は、結晶化したときに高Ｌｉイオン伝導性で、かつ低電子伝導性であることである。例えば、アモルファス状態にあるＰＳＥ層１３が結晶化したときのＬｉイオン伝導度（２０℃）は、１０−５Ｓ／ｃｍ以上、特に、１０−４Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。また、結晶化したときのＰＳＥ層１３の電子伝導度は、１０−８Ｓ／ｃｍ以下であることが好ましい。このようなＰＳＥ層１３の材質としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を挙げることができる。ＰＳＥ層１３は、Ｐ２Ｏ５などの酸化物を含有していても良い。
【００４８】
ＰＳＥ層１３の形成には、気相法を利用することができる。気相法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法などを利用できる。ここで、アモルファス状態のＰＳＥ層１３を形成するには、膜形成時の基材温度が膜の結晶化温度以下になるように基材を冷却したりすれば良い。例えば、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５でＰＳＥ層１３を形成する場合、膜形成時の基材温度を１５０℃以下とすることが好ましい。
【００４９】
上記気相法で形成するＰＳＥ層１３の厚さは、０．１〜５μｍとすることが好ましい。気相法であれば、この薄さのＰＳＥ層１３であっても、ＰＳＥ層１３にピンホールなどの欠陥が生じることが殆ど無く、ＰＳＥ層１３の未形成箇所が生じることも殆ど無い。
【００５０】
また、ＰＳＥ層１３は、Ｃ（炭素）をあまり含まないことが好ましい。Ｃは、固体電解質を変質させ、ＰＳＥ層１３のＬｉイオン伝導度を低下させる恐れがあるからである。ＰＳＥ層１３は後工程でＳＥ層４０となるため、ＰＳＥ層１３のＬｉイオン伝導度が下がると、ＳＥ層４０のＬｉイオン伝導度も下がり、非水電解質電池１００の性能が低下する。そのため、ＰＳＥ層１３のＣ含有量は、１０原子％以下とすることが好ましく、より好ましくは５原子％以下、さらに好ましくは３原子％以下である。ＰＳＥ層１３に実質的にＣが含まれないことが最も好ましい。
【００５１】
ＰＳＥ層１３に含まれるＣは、主としてＰＳＥ層１３の形成に利用する原料に不純物として含まれるＣに由来する。例えば、代表的な硫化物の固体電解質であるＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５の合成過程では炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）が用いられるため、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５の純度が低い原料には、Ｃが多く含まれ得る。そのため、ＰＳＥ層１３のＣ含有量を低く抑えるには、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５の純度が高く、Ｃの含有量が低い原料を用いてＰＳＥ層１３を形成すれば良い。Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５の純度が高い原料としては例えば、Ｃ含有量が低くなるように調整された市販品を利用することができる。
【００５２】
その他、ＰＳＥ層１３に含まれるＣの由来として、気相法によるＰＳＥ層１３の成膜の際に原料を保持するボートを挙げることができる。ボートはＣでできている場合があり、原料を蒸発させる際の熱でボートのＣがＰＳＥ層１３に混入することがある。但し、成膜時のボート加熱温度や雰囲気圧力などの成膜条件を調整することで、ＰＳＥ層１３へのＣの混入を効果的に抑制することができる。
【００５３】
［その他の構成］
ＰＳＥ層１３が硫化物固体電解質を含むと、この硫化物固体電解質がＰＳＥ層１３に隣接する正極活物質層１２に含まれる酸化物の正極活物質と反応して、正極活物質層１２とＰＳＥ層１３との界面近傍が高抵抗化し、非水電解質電池１００の放電容量を低下させる恐れがある。そこで、上記界面近傍の高抵抗化を抑制するために、正極活物質層１２とＰＳＥ層１３との間に中間層を設けても良い。
【００５４】
上記中間層に用いる材料としては、非晶質のＬｉイオン伝導性酸化物、例えばＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２などを利用できる。特にＬｉＮｂＯ３は、正極活物質層１２とＰＳＥ層１３との界面近傍の高抵抗化を効果的に抑制できる。
【００５５】
≪工程β：負極体の作製≫
負極体２は、負極集電体２１の上に、負極活物質層２２と負極側固体電解質層（ＮＳＥ層）２３を積層した構成を有する。この負極体２を作製するには、負極集電体２１となる基板を用意し、その基板の上に残りの層２２，２３を順次形成すれば良い。なお、負極集電体２１は、工程γの後に、負極活物質層２２におけるＮＳＥ層２３とは反対側の面に形成しても良い。
【００５６】
［負極集電体］
負極集電体２１となる基板は、導電材料のみから構成されていても良いし、絶縁基板上に導電材料の膜を形成したもので構成されていても良い。後者の場合、導電材料の膜が集電体として機能する。導電材料としては、例えば、Ａｌ，Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、及びこれらの合金（例えば、ステンレスなど）から選択される１種が好適に利用できる。
【００５７】
［負極活物質層］
負極活物質層２２は、電池反応の主体となる負極活物質粒子を含む粉末を加圧成形することで得られる層である。負極活物質としては、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｌｉ合金、またはＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２などのＬｉを含む酸化物を利用することができる。その他、負極活物質として、Ｌａ３Ｍ２Ｓｎ７（Ｍ＝ＮｉまたはＣｏ）で表される化合物を利用することができる。
【００５８】
上記負極活物質層２２は、この層２２のＬｉイオン伝導性を改善する電解質粒子を含有していても良い。その場合、加圧成形の原料である負極活物質粒子に電解質粒子を混合しておく。そうすることで、原料を加圧成形した際、負極活物質粒子と固体電解質粒子とを含む負極活物質層２２を形成できる。上記電解質粒子としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５などの硫化物を好適に利用することができる。負極活物質層２２に含ませる固体電解質粒子は、アモルファスでも結晶質でも良いが、Ｌｉイオン伝導性が高い結晶質とすることが好ましい。その他、負極活物質層２２は、導電助剤や結着剤を含んでいても良い。
【００５９】
加圧成形の条件は、適宜選択することができる。例えば、室温〜３００℃の雰囲気下、面圧１００〜６００ＭＰａで加圧成形すると良い。また、加圧成形される負極活物質粒子の平均粒径は、１〜２０μｍが好ましい。さらに電解質粒子を利用するのであれば、その電解質粒子の平均粒径は、０．５〜２μｍが好ましい。
【００６０】
［負極側固体電解質層］
負極側固体電解質層（ＮＳＥ層）２３は、上述したＰＳＥ層１３と同様に、硫化物からなるアモルファスのＬｉイオン伝導体である。このＮＳＥ層２３も、次の工程γを経て電池１００を完成させた際、電池１００のＳＥ層４０の一部となる層であり、結晶化したときに高Ｌｉイオン伝導性で、かつ低電子伝導性であることが求められる。このＮＳＥ層２３の材質としてはＰＳＥ層１３と同様に、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５（必要に応じてＰ２Ｏ５を含む）などを使用することが好ましい。特に、このＮＳＥ層２３と上述したＰＳＥ層１３とは組成や作製方法などを同じとしておくことが好ましい。これは、ＮＳＥ層２３とＰＳＥ層１３とが次の工程γを経ることで一層のＳＥ層４０となったときに、ＳＥ層４０の厚み方向にＬｉイオン伝導性にバラツキが生じないようにするためである。
【００６１】
上記気相法で形成するＮＳＥ層２３の厚さは、０．１〜５μｍとすることが好ましい。気相法であれば、この薄さのＮＳＥ層２３であっても、ＮＳＥ層２３にピンホールなどの欠陥が生じることが殆ど無く、ＮＳＥ層２３の未形成箇所が生じることも殆ど無い。
【００６２】
また、ＮＳＥ層２３も、ＰＳＥ層１３と同様に、Ｃ（炭素）をあまり含まないことが好ましい。その理由も、ＮＳＥ層２３におけるＣ含有量の好ましい値も、ＮＳＥ層２３におけるＣ含有量の調整方法も、ＰＳＥ層１３と同様である。
【００６３】
≪工程γ：正極体と負極体との接合≫
次に、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３とが互いに対向するように正極体１と負極体２とを積層して非水電解質電池１００を作製する。その際、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３とを圧接させつつ熱処理を施して、アモルファス状態にあるＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３を結晶化させ、これらＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３とを一体化させる。
【００６４】
工程γにおける熱処理条件は、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３を結晶化させることができるように選択する。熱処理温度が低すぎると、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３が十分に結晶化せず、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３との間に未接合の界面が多く残り、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３とが一体化されない。逆に熱処理温度が高すぎると、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３とが一体化しても、低Ｌｉイオン伝導性の結晶相が形成される恐れがある。熱処理時間についても熱処理温度と同様に、短すぎると一体化が不十分になり、長すぎると低Ｌｉイオン伝導性の結晶相の生成を招く恐れがある。具体的な熱処理条件は、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３の組成などの影響を受けて変化するが、概ね１３０〜３００℃×１〜１２００分で行うことが好ましい。より好ましい熱処理条件は、１５０〜２５０℃×３０〜１５０分である。
【００６５】
また、工程γでは熱処理時にＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３とを近づける方向に加圧する。これは、熱処理の際、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３とを密着させておくことで、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３との一体化を促進するためである。加圧の圧力は、非常に小さくともＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３との一体化を促進する効果はあるものの、高くする方が当該一体化を促進し易い。但し、加圧の圧力を高くすると、正極体１と負極体２に備わる各層に割れなどの不具合が生じる恐れがある。特に、粉末成形体である正極活物質層１２や負極活物質層２２には割れが生じ易い。そこで、圧力は１６０ＭＰａ以下とすることが好ましい。なお、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３との一体化はあくまで熱処理により生じるものであるので、加圧の圧力は１〜２０ＭＰａで十分である。
【００６６】
工程γを行うことにより、結晶化された一層のＳＥ層４０を備える非水電解質電池１００が形成される。この一層のＳＥ層４０は、上述したようにＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３とを一体化させることで形成されたものでありながら、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３との界面がほとんど残らない。そのため、このＳＥ層４０は、当該界面に起因するＬｉイオン伝導性の低下がなく、高Ｌｉイオン伝導性で、かつ低電子伝導性のＳＥ層４０となる。ここで、ＳＥ層４０には、一体化前のＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３の表面粗さなどの影響により、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３とを一体化した痕跡が残り易い。当該痕跡は、非水電解質電池１００の縦断面におけるＳＥ層４０を観察したときに、電池１００の幅方向に伸びる仮想直線上に断続的に並ぶ空隙として観察される。当該痕跡は小さい方が好ましく、痕跡の大小は、例えば、電池１００の縦断面を見たときに、電池１００の幅方向の全長（図１における左右方向の長さ）に対して空隙が存在する部分の合計長さの割合で評価できる。その割合は、５％以下とすることが好ましく、より好ましくは３％以下、最も好ましくは１％以下である。もちろん、一体化前のＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３の表面状態を改善するなどしてＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３とを一体化させ、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３とを接合した痕跡が全く無いＳＥ層４０とすることが好ましい。
【００６７】
工程γを経て出来上がるＳＥ層４０の特性を述べると、ＳＥ層４０の抵抗が、５０Ω・ｃｍ２以下である。抵抗は交流インピーダンス法を用いて測定しており、測定条件は、電圧振幅５ｍＶ、周波数範囲０．０１Ｈｚ〜１０ｋＨｚである。なお、交流インピーダンス測定で得られるナイキスト線図（図３を参照）において、最も高周波側のナイキストプロット（図中の実線）の延長線（図中の点線）と実数軸との交点が、ＳＥ層４０の抵抗値であり、このことは等価回路計算結果と測定結果を解析することにより明らかになっている。図３の結果が得られた電池１００の場合、ＳＥ層４０の抵抗値は２０Ω・ｃｍ２である。
【００６８】
また、ＳＥ層４０はＣをあまり含まないことが好ましい。その理由は、ＰＳＥ層１３の説明の際に述べたように、Ｃが固体電解質を変質させる恐れがあるからである。ＳＥ層４０のＣ含有量は、ＰＳＥ層１３のＣ含有量とＮＳＥ層２３のＣ含有量の合計と考えて良く、従って１０原子％以下であることが好ましい。
【００６９】
＜非水電解質電池の効果＞
以上説明した製造方法により得られた非水電解質電池１００によれば、正極体１と負極体２とを高圧で圧接した従来の電池よりも優れた電池特性（放電容量や、放電出力）を発揮する。それは、ＳＥ層４０において、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３との接合界面に高抵抗層が形成されないからである。
【００７０】
（実施形態２）
図１に示す非水電解質電池１００は、図４を参照する以下の工程に従う非水電解質電池の製造方法によっても作製することができる。
【００７１】
＜非水電解質電池の製造方法＞
（δ）正極活物質層１２とＰＳＥ層１３とを備える正極体３を作製する。
（ε）負極活物質層２２を備えるが、ＮＳＥ層を有さない負極体４を作製する。
（ζ）正極体３と負極体４とを重ね合わせ、加圧しながら熱処理を施して、正極体３と負極体４とを接合する。
※工程δ，εの順序は入れ替え可能である。
【００７２】
正極体３と負極体４に備わる各層の構成、両電極体３，４を接合する際の加圧熱処理の条件は、実施形態１に準ずる。但し、ＰＳＥ層１３の厚さは２μｍ以下とする必要がある。ＰＳＥ層１３の厚さが２μｍ以下の場合、ＰＳＥ層１３に含まれる固体電解質の活性が高く、正極体３と負極体４とを重ね合わせて熱処理した際に、ＰＳＥ層１３のアモルファスの固体電解質が負極活物質層２２に拡散し易い。即ち、上記熱処理によって、ＰＳＥ層１３のアモルファスの固体電解質が結晶化しながら、負極活物質層２２に含まれる結晶質の固体電解質粒子と結合し、正極体３と負極体４との間に接合界面が殆ど形成されることなく正極体３と負極体４とが接合される。その結果、工程ζを経て出来上がるＳＥ層４０の抵抗値を、実施形態１と同じ条件の交流インピーダンス法を用いて測定すれば、やはり５０Ω・ｃｍ２以下となる。これに対して、ＰＳＥ層１３の厚さが２μｍ超の場合、ＰＳＥ層１３に含まれるアモルファスの固体電解質の活性が低く、熱処理によって負極活物質層２２に拡散し難いため、正極体３と負極体４との間に高抵抗の接合界面が形成され易い。
【００７３】
（実施形態３）
図１に示す非水電解質電池１００は、図５を参照する以下の工程に従う非水電解質電池の製造方法によっても作製することができる。
【００７４】
＜非水電解質電池の製造方法＞
（η）正極活物質層１２を備えるが、ＰＳＥ層を有さない正極体５を作製する。
（θ）負極活物質層２２とＮＳＥ層２３とを備える負極体６を作製する。
（ι）正極体５と負極体６とを重ね合わせ、加圧しながら熱処理を施して、正極体５と負極体６とを接合する。
※工程η，θの順序は入れ替え可能である。
【００７５】
正極体５と負極体６に備わる各層の構成、両電極体５，６を接合する際の加圧熱処理の条件は、実施形態１に準ずる。但し、ＮＳＥ層２３の厚さは２μｍ以下とする必要がある。これは、実施形態２と同様に、ＮＳＥ層２３に含まれるアモルファスの固体電解質の活性を高くするためである。そうすることで、熱処理によって、ＮＳＥ層２３のアモルファスの固体電解質が結晶化しながら、正極活物質層１２に含まれる結晶質の固体電解質粒子と結合し、正極体５と負極体６との間に接合界面が殆ど形成されることなく正極体５と負極体６とが接合される。その結果、工程ιを経て出来上がるＳＥ層４０の抵抗値を、実施形態１と同じ条件の交流インピーダンス法を用いて測定すれば、やはり５０Ω・ｃｍ２以下となる。
【００７６】
〔試験例１〕
図１を参照して説明した実施形態の非水電解質電池１００を作製し、その電池１００に備わるＳＥ層４０の抵抗値を測定することで、電池１００の電池特性を評価した。また、比較例となる非水電解質電池を作製し、その電池に備わるＳＥ層の抵抗値も測定した。
【００７７】
＜実施例１の非水電解質電池＞
非水電解質電池１００の作製にあたり、以下の構成を備える正極体１、負極体２を用意した。
【００７８】
≪正極体１≫
・正極集電体１１…厚さ１０μｍのＡｌ箔
・正極活物質層１２…厚さ２００μｍのＬｉＣｏＯ２粉末とＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５粉末との加圧成形体（ＬｉＣｏＯ２：Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５＝７０質量％：３０質量％）
・ＰＳＥ層１３…厚さ５μｍのアモルファスＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５膜（真空蒸着法）
【００７９】
≪負極体２≫
・負極集電体２１…厚さ１０μｍのステンレス箔
・負極活物質層２２…厚さ２００μｍのグラファイト粉末とＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５粉末との加圧成形体（グラファイト：Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５＝５０質量％：５０質量％）
・ＮＳＥ層２３…厚さ５μｍのアモルファスＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５膜（真空蒸着法）
【００８０】
次に、用意した正極体１のＰＳＥ層１３の抵抗値と、負極体２のＮＳＥ層２３の抵抗値を交流インピーダンス法により測定した。測定条件は、電圧振幅５ｍＶ、周波数範囲０．０１Ｈｚ〜１０ｋＨｚとした。測定結果は、後段の表１に示す。
【００８１】
最後に、露点温度−４０℃のドライ雰囲気下で、用意した正極体１と負極体２とを互いのＳＥ層１３，２３同士が接触するように重ね合わせ、両電極体１，２を圧接しつつ熱処理を施した複数の非水電解質電池１００を作製した。各電池１００の作製の際は、熱処理の条件（１３０〜３００℃の範囲、１〜１２００分の範囲）と加圧の条件（８〜１６０ＭＰａの範囲）を変化させておいた。
【００８２】
以上のようにして作製した各非水電解質電池１００をコインセルに仕込んで、これら非水電解質電池１００におけるＳＥ層４０の抵抗値を交流インピーダンス法により測定した。測定条件は、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３の抵抗値を測定する際の条件と同じである。接合条件と抵抗値の測定結果を、次の表１に示す。
【００８３】
【表１】
2012091111.tif 000003
【００８４】
さらに、試料４と試料９の非水電解質電池１００の縦断面におけるＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３との境界部に相当すると考えられる部分を走査型電子顕微鏡で観察した。その結果、ＳＥ層４０において、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３とを接合した痕跡である空隙が観察された。電池１００の幅方向の全長（図１における左右方向の長さ）に対して空隙が存在する部分の合計長さの割合は、試料４では１％、試料９では３％であった。
【００８５】
＜比較例１の非水電解質電池＞
結晶化したＰＳＥ層を有する正極体と、結晶化したＮＳＥ層を有する負極体を用意し、実施例の条件でこれら正極体と負極体の接合を試みたが、ＰＳＥ層とＮＳＥ層は一体化せず、ＰＳＥ層とＮＳＥ層の接合は認められなかった。また、この一体化しなかったＰＳＥ層とＮＳＥ層を加圧により接触させた状態（接合した状態ではない）とした非水電解質電池のＳＥ層の抵抗値を測定したところ、実施例の非水電解質電池のＳＥ層よりも著しく高かった。そのため接触界面のある電池の放電容量や放電出力は、接触界面がない電池に比べて著しく低下すると考えられる。それは、接触界面の抵抗値が接触界面以外の部分の抵抗値よりも著しく高いためと推察される。
【００８６】
次に、結晶化したＰＳＥ層を有する正極体と、結晶化したＮＳＥ層を有する負極体とを、３００ＭＰａで接合した。その場合、ごく一部分でＰＳＥ層とＮＳＥ層とが一体となっていたが、残りの大部分ではＰＳＥ層とＮＳＥ層とが一体となっていなかった。加圧の圧力を高めていけば、ＰＳＥ層とＮＳＥ層とが一体となる領域が大きくなると予想されるが、ＰＳＥ層とＮＳＥ層とが完全に一体化することはないと考えられる。しかも、加圧の圧力を高めていくと、正極体と負極体のいずれかの層に割れなどの不具合が生じる恐れが高くなる。
【００８７】
＜まとめ＞
以上説明した実施例、比較例の非水電解質電池の結果から、正極体１のＰＳＥ層１３と負極体２のＮＳＥ層２３とをアモルファスとし、その正極体１と負極体２とを接合する際、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３を結晶化させることで得られた電池１００は、比較例に示す電池よりも優れた電池特性を有することがわかった。
【００８８】
また、表１に示すアモルファスを結晶化する際の条件を見ると、条件の相違によりＳＥ層４０の抵抗値が変化することがわかる。例えば、試料１〜６を比較すると、熱処理温度が１５０℃または３００℃に近づくほど、ＳＥ層４０の抵抗値が大きくなる傾向にある。特に、熱処理温度が１８０〜２５０℃の間にある試料３，４のＳＥ層４０の抵抗値は、他の試料１，２，５，６のそれよりも小さいことがわかる。また、試料４，１０〜１２を比較すると、熱処理時間を長くすることで、ＳＥ層４０の抵抗値を低減できることが読み取れるし、試料４，７〜９を比較すると、加圧の圧力が大きくなるほど、ＳＥ層４０の抵抗値が低下する傾向が読み取れる。
【００８９】
〔試験例２〕
＜実施例２の非水電解質電池＞
試験例２では、ＳＥ層４０の抵抗値に及ぼすＳＥ層４０に含まれるＣ含有量の影響を調べた。具体的には、ＳＥ層４０のＣ含有量を異ならせた５つの非水電解質電池１００（試料２１〜２５）を作製し、試料２１〜２５のＳＥ層４０の抵抗値（Ω・ｃｍ２）を測定した。
【００９０】
まず、試料２１〜２５の作製にあたり、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３を形成するための原料として、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５の純度が異なる５種類の原料を用意した。各原料におけるＣ含有量はそれぞれ、０原子％、３原子％、５原子％、１０原子％、１２原子％であった。原料におけるＣ含有量は、ＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析により測定した。
【００９１】
試料２１〜２５は、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３の形成に使用する原料が異なる以外、使用する材料も作製の条件も共通である。共通する事項を以下に列挙する。
【００９２】
［正極体１］
・正極集電体１１
；厚さ１０μｍのＡｌ箔
・正極活物質層１２
；厚さ２００μｍのＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２（以下、ＮＣＡ）粉末とＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５粉末との加圧形成体
；ＮＣＡ粒子の平均粒径は６μｍ
；Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５粒子の平均粒径は２μｍ
；ＮＣＡ：Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５＝７０：３０（質量比）
；加圧成形条件は、２００℃の雰囲気下、面圧５４０ＭＰａ
・ＰＳＥ層１３
；厚さ５μｍのアモルファスＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５膜（真空蒸着法）
【００９３】
［負極体２］
・負極集電体２１
；厚さ１０μｍのＡｌ箔
・負極活物質層２２
；厚さ２００μｍのＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２（以下、ＬＴＯ）粉末とＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５粉末とアセチレンブラック（以下、ＡＢ）との加圧形成体
；ＬＴＯ粒子の平均粒径は６μｍ
；Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５粒子の平均粒径は２μｍ
；ＬＴＯ：Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５：ＡＢ＝４０：６０：４（質量比）
；加圧成形条件は、２００℃の雰囲気下、面圧５４０ＭＰａ
・ＮＳＥ層２３
；厚さ５μｍのアモルファスＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５膜（真空蒸着法）
【００９４】
次に、露点温度−４０℃のドライ雰囲気下で、用意した正極体１と負極体２とを互いのＳＥ層１３，２３同士が接触するように重ね合わせ、両電極体１，２を圧接しつつ熱処理を施して、複数の非水電解質電池１００を作製した。熱処理の条件は１９０℃×１３０分、加圧の条件は１６ＭＰａであった。
【００９５】
以上のようにして作製した非水電解質電池１００をコインセルに仕込んで試料２１〜２５を完成させ、各試料のＳＥ層４０のＣ含有量（原子％）と抵抗値（Ω・ｃｍ２）を測定した。Ｃ含有量は、クロスセクションポリッシャ加工でＳＥ層４０の断面を出し、その断面をＸＰＳ分析することで求めた。また、抵抗値は、試験例１と同様に求めた。その結果を次の表２に示す（使用する原料も合わせて記載）。なお、表中でＣ含有量が『０』となっている試料２１は、Ｃ含有量が測定機器の検出限界であった試料であって、Ｃが全く含まれていないか、または測定機器の検出限界以下のＣを含む試料である。
【００９６】
【表２】
2012091111.tif 000004
【００９７】
表２に示すように、ＳＥ層４０の形成に使用した原料のＣ含有量がＳＥ層４０のＣ含有量に反映されることが分かった。また、試料２１〜２４と試料２５との比較により、ＳＥ層４０におけるＣ含有量が１０原子％以下であると、ＳＥ層４０の抵抗値が顕著に低くなることが分かった。さらに、試料２１〜２４を比較することで、ＳＥ層４０のＣ含有量が低くなる程、ＳＥ層４０の抵抗値を下げることができるということが分かった。その結果、ＳＥ層４０のＣ含有量は５原子％以下がより好ましく、さらに好ましくは３原子％以下、最も好ましくは０原子％である。
【００９８】
〔試験例３〕
＜実施例３の非水電解質電池＞
試験例３では、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３の厚さを変化させたときの、ＳＥ層４０の抵抗値に及ぼす影響について調べた。具体的には、アモルファスのＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３の厚さを変化させた複数の非水電解質電池（試料３１〜３３）を作製し、その抵抗値（Ω・ｃｍ２）を測定した。ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３の厚さ以外の構成（即ち、各層の構成材料、各層の形成条件、両電極体を接合させる際の加圧熱処理条件、抵抗値の測定条件）は、試験例２の試料２１と全く同じであった。試料３１〜３３の抵抗値の測定結果を、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３の厚さおよび抵抗値と共に表３に示す。
【００９９】
【表３】
2012091111.tif 000005
【０１００】
＜まとめ＞
表３に示すように、試料３１〜３３のＳＥ層４０の抵抗値が測定できたことから、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３を２μｍ以下の非常に薄い膜としても、試料３１〜３３が電池として動作することが分かった。また、ＳＥ層４０の厚みが薄くなるほどＳＥ層４０の抵抗値が低く、小型でありながら放電出力の高い電池となることが分かった。
【０１０１】
〔試験例４〕
＜実施例４の非水電解質電池＞
試験例４では、貼り合わせる電極体のいずれか一方にのみ厚さ２μｍ以下の非常に薄い固体電解質層を形成し、両電極体を熱処理によって接合した非水電解質電池１００（試料４１〜４４）を作製し、その抵抗値（Ω・ｃｍ２）を測定した。下記表４に記載されるＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３の有無と厚さ以外の構成は、試験例２の試料２１と全く同じであった。試料４１〜４４の抵抗値の測定結果を、ＰＳＥ層１３とＮＳＥ層２３の厚さおよび抵抗値と共に表４に示す。
【０１０２】
【表４】
2012091111.tif 000006
【０１０３】
＜比較例２の非水電解質電池＞
厚さが１０μｍのアモルファスのＰＳＥ層を有する正極体と、ＮＳＥ層を有さない負極体とを用意して、両者を実施例４の条件で熱処理しつつ接合した。この場合、ＰＳＥ層が非水電解質電池におけるＳＥ層となる。このようにして作製された電池におけるＳＥ層（＝ＰＳＥ層）の抵抗値は、実施例４の電池１００におけるＳＥ層４０の抵抗値よりも著しく高かった。これは、比較例２の電池におけるＳＥ層と負極体との接触界面の抵抗値が著しく高いためと考えられる。なお、熱処理時の加圧の圧力を１６０ＭＰａよりも高くしても、ＳＥ層の抵抗値は殆ど改善されなかった。
【０１０４】
＜比較例３の非水電解質電池＞
ＰＳＥ層を有さない正極体と、厚さが１０μｍのアモルファスのＮＳＥ層を有する負極体とを用意して、両者を実施例４の条件で熱処理しつつ接合した。この場合、ＮＳＥ層が非水電解質電池におけるＳＥ層となる。このようにして作製された電池におけるＳＥ層（＝ＮＳＥ層）の抵抗値は、実施例４の電池におけるＳＥ層４０の抵抗値よりも著しく高かった。これは、比較例３の電池におけるＳＥ層と正極体との接触界面の抵抗値が著しく高いためと考えられる。なお、熱処理時の加圧の圧力を１６０ＭＰａよりも高くしても、ＳＥ層の抵抗値は殆ど改善されなかった。
【０１０５】
＜まとめ＞
以上説明した実施例４、比較例２，３の非水電解質電池の結果から、電極体のいずれか一方にのみ固体電解質層を形成する場合、その固体電解質層の厚さは２μｍ以下である必要があることが分かった。
【０１０６】
なお、本発明は上述の実施の形態に何ら限定されることはない。即ち、上述した実施形態に記載の非水電解質電池の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明非水電解質電池の製造方法は、充放電を繰り返すことを前提とした電気機器の電源に利用される非水電解質電池の作製に好適である。
【符号の説明】
【０１０８】
１００  非水電解質電池
１，３，５  正極体
１１  正極集電体
１２  正極活物質層
１３  正極側固体電解質層（ＰＳＥ層）
２，４，６  負極体
２１  負極集電体
２２  負極活物質層
２３  負極側固体電解質層（ＮＳＥ層）
４０  硫化物固体電解質層（ＳＥ層）
【図１】
2012091111.tif 000007
【図２】
2012091111.tif 000008
【図３】
2012091111.tif 000009
【図４】
2012091111.tif 000010
【図５】
2012091111.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月20日(2014.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配される硫化物の固体電解質層を備える非水電解質電池を製造する非水電解質電池の製造方法であって、
粉末成形体からなる正極活物質層と、その正極活物質層上に気相法で形成されるアモルファスの正極側固体電解質層と、を有する正極体を用意する工程と、
粉末成形体からなる負極活物質層と、その負極活物質層上に気相法で形成されるアモルファスの負極側固体電解質層と、を有する負極体を用意する工程と、
正極体と負極体とを、両電極体の固体電解質層同士が接触するように重ね合わせた状態で加圧しながら熱処理し、正極側固体電解質層と負極側固体電解質層とを結晶化させることで接合させる工程と、
を備え、
前記アモルファスの層は、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５膜であり、
前記加圧は、１６０ＭＰａ以下で行い、
前記熱処理は、１３０〜３００℃×１〜１２００分で行う非水電解質電池の製造方法。
【請求項２】
正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配される硫化物の固体電解質層を備える非水電解質電池を製造する非水電解質電池の製造方法であって、
粉末成形体からなる正極活物質層と、その正極活物質層上に気相法で形成される厚さ２μｍ以下のアモルファスの正極側固体電解質層と、を有する正極体を用意する工程と、
粉末成形体からなる負極活物質層を有する負極体を用意する工程と、
正極体と負極体とを、正極側固体電解質層と負極活物質層とが接触するように重ね合わせた状態で加圧しながら熱処理し、正極側固体電解質層を結晶化させることで接合させる工程と、
を備え、
前記アモルファスの層は、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５膜であり、
前記加圧は、１６０ＭＰａ以下で行い、
前記熱処理は、１３０〜３００℃×１〜１２００分で行う非水電解質電池の製造方法。
【請求項３】
正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配される硫化物の固体電解質層を備える非水電解質電池を製造する非水電解質電池の製造方法であって、
粉末成形体からなる正極活物質層を有する正極体を用意する工程と、
粉末成形体からなる負極活物質層と、その負極活物質層上に気相法で形成される厚さ２μｍ以下のアモルファスの負極側固体電解質層と、を有する負極体を用意する工程と、
正極体と負極体とを、正極活物質層と負極側固体電解質層とが接触するように重ね合わせた状態で加圧しながら熱処理し、負極側固体電解質層を結晶化させることで接合させる工程と、
を備え、
前記アモルファスの層は、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５膜であり、
前記加圧は、１６０ＭＰａ以下で行い、
前記熱処理は、１３０〜３００℃×１〜１２００分で行う非水電解質電池の製造方法。
【請求項４】
前記活物質層上に形成される固体電解質層におけるＣ含有量を、１０原子％以下とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の非水電解質電池の製造方法。
【請求項５】
正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配される硫化物の固体電解質層を備える非水電解質電池であって、
前記正極活物質層と負極活物質層は、粉末成形体であり、
前記固体電解質層は、前記正極活物質層の側に設けられた正極側固体電解質層と前記負極活物質層の側に設けられた負極側固体電解質層とを接合することで一体化された結晶質の層であり、
前記固体電解質層の抵抗値が、５０Ω・ｃｍ２以下である非水電解質電池。
【請求項６】
正極活物質層、負極活物質層、およびこれら活物質層の間に配される硫化物の固体電解質層を備える非水電解質電池であって、
前記正極活物質層と負極活物質層は、粉末成形体であり、
前記固体電解質層は、その厚さが２μｍ以下の結晶質の層であり、かつ
前記固体電解質層の抵抗値は、５０Ω・ｃｍ２以下である非水電解質電池。
【請求項７】
前記固体電解質層のＣ含有量は、１０原子％以下である請求項５または請求項６に記載の非水電解質電池。
【請求項８】
前記正極活物質層は、Ｃｏ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ａｌから選択される少なくとも１種の金属とＬｉとを含む酸化物からなる活物質、およびＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を含む固体電解質を含む請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の非水電解質電池。
【請求項９】
前記負極活物質層は、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｌｉから選択される少なくとも１種の元素を含む活物質、または少なくともＴｉとＬｉとを含む酸化物からなる活物質、およびＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を含む固体電解質を含む請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載の非水電解質電池。
【国際調査報告】
2012091111.tif 000012
2012091111.tif 000013
2012091111.tif 000014
2012091111.tif 000015