(57)【要約】【課題】歩留まり及び全固体電池の電気特性を向上することができる全固体電池の製造方法を提供する。【解決手段】正極材２２、負極材２３、固体電解質２４、正極側及び負極側端子２７，２８を有する電極体２と、電極体２の外面を覆うフィルム３と、を備え、正極側及び負極側端子２７，２８のそれぞれが、フィルム３の外側まで突出するリード部２７ａ，２８ｂを含む全固体電池１の製造方法である。正極材２２、負極材２３、固体電解質２４、正極側及び負極側端子２７，２８を積層すると共に、電極体２の外面をフィルム３で覆うことにより、半加工品１０を得る。続いて、半加工品１０に治具５０を取り付ける。治具５０は、半加工品１０においてリード部２７ａ，２８ｂが突出している部分以外の所定の面を治具５０外に連通させる開口部５１ａを形成している。続いて、半加工品１０を液体中で加圧する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極材、負極材、前記正極材及び前記負極材の間に積層された固体電解質、前記正極材に接続された正極側端子、及び、前記負極材に接続された負極側端子を有する電極体と、前記電極体の外面を覆うフィルムと、を備え、前記正極側端子及び前記負極側端子のそれぞれは、前記フィルムの外側まで突出するリード部を含んでいる、全固体電池の製造方法であって、
前記正極材、前記負極材、前記固体電解質、前記正極側端子及び前記負極側端子を積層すると共に、前記電極体の外面を前記フィルムで覆うことにより、前記電極体及び前記フィルムを備える半加工品を得る工程と、
前記半加工品に治具を取り付ける工程と、
前記治具が取り付けられた前記半加工品を液体中で加圧する工程と、を備え、
前記治具は、前記半加工品において前記リード部が突出している部分以外の所定の面を当該治具外に連通させる開口部を形成しており、前記半加工品における前記所定の面以外の部分を覆う、
全固体電池の製造方法。
【請求項２】
前記開口部には、前記電極体よりも軟らかい板が挿入される、
請求項１記載の全固体電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全固体電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体電解質を有する全固体電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、全固体電池の製造方法が記載されている。特許文献１の製造方法では、固体電解質グリーンシートの一方の面に正極グリーンシートを貼り、他方の面に負極グリーンシートを貼ることによって積層体を形成し、積層体をＣＩＰ（Cold Isostatic Press、冷間等方圧加圧）により加圧している。積層体を加圧した後、積層体を加熱及び冷却することにより積層焼結体を形成し、積層焼結体にリード端子等を接続して、固体リチウム二次電池を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８１９１２号公報
【特許文献２】特開２００９−２６６７３７号公報
【特許文献３】特開２００９−１８１８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような全固体電池の製造方法においては、歩留まり及び全固体電池の電気特性等を向上することができる技術が望まれている。
【０００５】
本発明は、歩留まり及び全固体電池の電気特性を向上することができる全固体電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の全固体電池の製造方法は、正極材、負極材、正極材及び負極材の間に積層された固体電解質、正極材に接続された正極側端子、及び、負極材に接続された負極側端子を有する電極体と、電極体の外面を覆うフィルムと、を備え、正極側端子及び負極側端子のそれぞれは、フィルムの外側まで突出するリード部を含んでいる、全固体電池の製造方法であって、正極材、負極材、固体電解質、正極側端子及び負極側端子を積層すると共に、電極体の外面をフィルムで覆うことにより、電極体及びフィルムを備える半加工品を得る工程と、半加工品に治具を取り付ける工程と、治具が取り付けられた半加工品を液体中で加圧する工程と、を備え、治具は、半加工品においてリード部が突出している部分以外の所定の面を当該治具外に連通させる開口部を形成しており、半加工品における所定の面以外の部分を覆う。
【０００７】
本発明の全固体電池の製造方法では、半加工品は、治具に取り付けられた状態で加圧される。治具は、半加工品においてリード部が突出している部分以外の所定の面を当該治具外に連通させる開口部を形成しており、半加工品における所定の面以外の部分を覆う。従って、所定の面以外の部分が覆われた状態で半加工品が加圧されるため、リード部等に応力集中が発生することを抑制できる。よって、製造中に半加工品に破損が生じることを抑制することができ、歩留まりを向上することができる。また、応力集中が発生することを抑制できるため、半加工品を加圧する際の圧力を増大させることができる。従って、電極体中の正極材、負極材及び固体電解質の接続強度が向上して電気抵抗が低減し、全固体電池の出力が増大する。よって、全固体電池の電気特性を向上することができる。
【０００８】
開口部には、電極体よりも軟らかい板が挿入されてもよい。板は、電極体よりも軟らかいため、液体中で半加工品を加圧する際に、例えば耐水フィルム等により治具を覆う場合に、耐水フィルムに応力集中が発生するのを抑制することができる。また、板は、電極体よりも軟らかいため、加圧の際に半加工品の所定の面に倣いやすい。従って、半加工品の所定の面を均一に加圧することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、歩留まり及び全固体電池の電気特性を向上することができる全固体電池の製造方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る全固体電池を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る治具を全固体電池と共に示す斜視図である。
【図３】図２中のIII-III矢視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る全固体電池の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】ＣＩＰプレス圧と全固体電池出力との関係を示すグラフである。
【図６】第２実施形態に係る治具を全固体電池と共に示す断面図である。
【図７】第３実施形態に係る治具を全固体電池と共に示す平面である。
【図８】図７中のVIII−VIII矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る全固体電池の製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、「上」「下」の語は、図面の上下方向に対応しており、便宜的なものである。
【００１２】
［全固体電池］
図１〜図３に示される全固体電池１は、例えば自動車等に搭載される。全固体電池１は、例えば略直方体状を呈している。全固体電池１は、電極体２及びラミネートフィルム（フィルム）３を備えている。電極体２は、複数の電極体層２１及び端子２７，２８を有している。
【００１３】
電極体層２１は、正極材層（正極材）２２、負極材層（負極材）２３、固体電解質層（固体電解質）２４、正極側集電体層２５及び負極側集電体層２６を有している。正極材層２２と負極材層２３とは、対向するように配置されている。固体電解質層２４は、正極材層２２と負極材層２３との間に積層されている。正極側集電体層２５は、正極材層２２における固体電解質層２４との当接面と逆側の面上に積層されている。負極側集電体層２６は、負極材層２３における固体電解質層２４との当接面と逆側の面上に積層されている。
【００１４】
隣り合う電極体層２１，２１の正極材層２２，２２同士は、正極側集電体層２５を介して互いに接続されている。隣り合う電極体層２１，２１の負極材層２３，２３同士は、負極側集電体層２６を介して互いに接続されている。隣り合う電極体層２１，２１の正極側集電体層２５は、共有されている。隣り合う電極体層２１，２１の負極側集電体層２６は、共有されている。
【００１５】
正極材層２２、負極材層２３、固体電解質層２４、正極側集電体層２５及び負極側集電体層２６のそれぞれを形成する材料としては、一般的な全固体電池で用いられている材料を使用することが可能である。正極材層２は、例えばＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏ１／３Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＦｅＰｏ４等により形成されている。負極材層３は、例えばカーボン活物質（高配向性グラファイト（ＨＯＰＧ）、ハードカーボン、ソフトカーボン等）、金属活物質（Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｉ等）等により形成されている。固体電解質層４は、例えば硫化物固体電解質（例えば、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｐ５−ＬｉＩ等を含む材料）等により形成されている。正極側集電体層５は、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ等により形成されている。負極側集電体層６は、例えばＳＵＳ、Ｃｕ、Ｎｉ等により形成されている。
【００１６】
端子２７は、電極体２における下側の最外層に位置している。端子２７は、リード部２７ａを含んでいる。リード部２７ａは、電極体２の下面（下端部）から、電極体２の下面と略平行に突出している。端子２８は、電極体２における上側の最外層に位置している。端子２８は、リード部２８ａを有している。リード部２８ａは、電極体２の下端部に向けて折り曲げられており、さらに、電極体２の下面（下端部）から電極体２の下面と略平行に突出するように折り曲げられている。リード部２７ａ，２８ａは、互いに同じ方向に向けて突出しており、互いに離間している。リード部２７ａ，２８ａは、後述するラミネートフィルム３の外側まで突出している。端子２７，２８の一方は各正極側集電体層２５に接続された正極側端子であり、他方は各負極側集電体層２６に接続された負極側端子である。端子２７，２８のそれぞれを形成する材料としては、一般的な全固体電池で用いられている材料を使用することが可能である。端子２７，２８は、例えばニッケル等により形成されている。
【００１７】
ラミネートフィルム３は、電極体２において、リード部２７ａ，２８ａの突出部を除く外面全体を覆っている。ラミネートフィルム３を形成する材料としては、例えばポリプロピレン、ナイロン等の樹脂を使用することが可能である。
【００１８】
［治具］
次に、本発明の実施形態に係る全固体電池の製造方法に使用される治具及び耐水フィルムについて説明する。図２，３に示されるように、治具５０は、加圧前の全固体電池１である半加工品１０に取り付けられる。治具５０は、半加工品１０において、リード部２７ａ，２８ａが突出している部分以外の所定の面（具体的には、上面）を治具５０外に連通させる開口部５１ａを形成しており、上面以外の部分を覆っている。換言すると、治具５０は、半加工品１０において、積層方向に対向する２面（上面及び下面）のうち、リード部２７ａ，２８ａが突出していない側の上面を治具５０外に連通させる開口部５１ａを形成している。
【００１９】
具体的には、治具５０は、上側治具５１及び下側治具５２を有している。上側治具５１は、四角筒状を呈しており、上側に開口部５１ａを形成し、下側に開口部５１ｂを形成している。半加工品１０は、その上面が上側治具５１の開口部５１ａ側に位置するように、上側治具５１の内側に収容されている。上側治具５１の軸線方向の長さ（厚さ）は、半加工品１０の積層方向の長さ（厚さ）と略一致している。上側治具５１の内周面と半加工品１０の外面との隙間は、後述する液体中での加圧の際に、耐水フィルム６の進入を極力抑制するように、小さくされている。上側治具５１の下面には、リード部２７ａ，２８ａ及びラミネートフィルム３の溶着部を収容するための逃げ部５３が設けられている。
【００２０】
下側治具５２は、上側治具５１の外周と略同様な大きさの四角板状を呈している。下側治具５２は、半加工品１０の下面を下側から覆っている。上側治具５１の下面の四隅及び下側治具５２の上面の四隅には、それぞれ位置決めピンＰを挿入するための孔が設けられている。上側治具５１及び下側治具５２において耐水フィルム６に接触する各辺には、Ｒ面取りが施されている。Ｒ面取りは、例えばＲ２以上にすることができる。上側治具５１及び下側治具５２を形成する材料としては、例えば金属（例えば、アルミ合金又は鉄等）等を使用することができる。
【００２１】
耐水フィルム６は、半加工品１０及び治具５０を封止するものである。耐水フィルム６は、外部から液体が侵入しない程度に密閉される。耐水フィルム６は、例えば伸縮性を有する樹脂（例えば、ポリエチレン等）等により形成されている。なお、図２においては、耐水フィルム６の記載は省略されている。
【００２２】
［全固体電池の製造方法］
次に、本発明の実施形態に係る全固体電池の製造方法について説明する。
【００２３】
図４に示されるように、先ず、正極材層２２を形成する材料を塗工及び乾燥して正極材層２２を形成すると共に、負極材層２３を形成する材料を塗工及び乾燥して負極材層２３を形成する（ステップＳ１）。
【００２４】
続いて、正極材層２２及び負極材層２３の一方の面上に、それぞれ固体電解質層２４を形成する材料を塗工して、当該材料を乾燥させることにより固体電解質層２４を形成する（ステップＳ２）。
【００２５】
続いて、正極材層２２上及び負極材層２３上に形成された固体電解質層２４，２４同士を当接させて、正極材層２２、負極材層２３及び固体電解質層２４を積層する（ステップＳ３）。
【００２６】
続いて、正極材層２２及び負極材層２３の他方の面上にそれぞれ正極側集電体層２５及び負極側集電体層２６を形成する材料を塗工して、当該材料を乾燥させることにより正極側集電体層２５及び負極側集電体層２６を形成する（ステップＳ４）。これにより、電極体層２１が形成される。上述の手順により、電極体層２１を複数形成する。隣り合う電極体層２１，２１の正極側集電体層２５，２５同士を当接させると共に、隣り合う電極体層２１，２１の負極側集電体層２６，２６同士を当接させて、複数の電極体層２１を積層する。
【００２７】
続いて、端子２７，２８を積層し、電極体２を形成する（ステップＳ５）。
【００２８】
続いて、電極体２をラミネートフィルム３内に挿入し、ラミネートフィルム３を熱溶着する（ステップＳ６）。これにより、電極体２及びラミネートフィルム３を備える半加工品１０を得る。この際、リード部２７ａ，２８ａは、ラミネートフィルム３の外側に突出させる。
【００２９】
続いて、半加工品１０に治具５０を取り付け、取り付けられた半加工品１０及び治具５０を耐水フィルム６内に挿入し、耐水フィルム６を熱溶着する（ステップＳ７）。
【００３０】
続いて、治具５０が取り付けられると共に耐水フィルム６に覆われた半加工品１０を高圧の水中（液体中）に水没させ、加圧する（ステップＳ８）。これにより、半加工品１０の上面が耐水フィルム６を介して水により加圧される（図３参照）。半加工品１０における上面以外の部分は、治具５０により覆われているため、積層部分には略等方の圧力が負荷される。水圧は、例えば４００ＭＰａ以上９５０ＭＰａ以下にすることができる。高圧の水を形成する装置としては、例えばＣＩＰ装置等を使用できる。
【００３１】
続いて、水中から半加工品１０を取り出し、耐水フィルム６及び治具５０を取り外すことにより（ステップＳ９）、全固体電池１が完成する。
【００３２】
以上、本実施形態に係る全固体電池１の製造方法においては、半加工品１０は、治具５０に取り付けられた状態で加圧される。治具５０は、半加工品１０においてリード部２７ａ，２８ｂが突出している部分以外の上面を治具５０外に連通させる開口部５１ａを形成しており、半加工品１０における上面以外の部分を覆う。従って、上面以外の部分が覆われた状態で半加工品１０が加圧されるため、リード部２７ａ，２８ｂ等に応力集中が発生することを抑制できる。よって、製造中に半加工品１０に破損が生じることを抑制することができ、歩留まりを向上することができる。
【００３３】
上述のように、リード部２７ａ，２８ｂ等に応力集中が発生することを抑制できるため、半加工品１０を加圧する際の圧力を増大させることができる。図５に示されるように、圧力（ＣＩＰプレス圧）を増大させると、電極体２中の正極材層２２、負極材層２３及び固体電解質層２４の接続強度が向上して電気抵抗が低減し、全固体電池１の出力が増大する。従って、全固体電池１の電気特性を向上することができる。
【００３４】
次に、全固体電池１の製造方法に使用される第２実施形態に係る治具について説明する。図６に示されるように、本実施形態に係る治具６０が第１実施形態係る治具５０（図３参照）と異なる点は、上側治具６１の開口部６１ａに板６３が挿入される点である。
【００３５】
板６３は、四角板状を呈している。板６３と上側治具６１との隙間は、加圧の際に、耐水フィルム６の進入を極力抑制するように、小さくされている。板６３は、電極体２よりも軟らかい材料により形成されており、例えば樹脂（例えば、天然ゴム及びブラジエンゴム等の硬質ゴムなど）等により形成されている。開口部６１ａに板６３が挿入される分、上側治具６１の軸線方向における長さ（厚さ）は、第１実施形態に係る上側治具５１の厚さよりも大きく、半加工品１０の積層方向における長さ（厚さ）よりも大きい。その他の点については、治具６０は、第１実施形態に係る治具５０と略同様な構成とされている。
【００３６】
治具６０及び板６３を使用した全固体電池１の製造方法では、上述のステップＳ７（図４参照）において、治具６０の開口部６１ａに板６３を挿入した状態で、耐水フィルム６を熱溶着する。続いて、ステップＳ８において、半加工品１０を高圧の水中に水没させ、加圧する。これにより、半加工品１０の上面が耐水フィルム６及び板６３を介して水により加圧される。続いて、ステップＳ９において、水中から半加工品１０を取り出し、耐水フィルム６、治具６０及び板６３を取り外すことにより、全固体電池１が完成する。その他のステップについては、上述と同様である。
【００３７】
本実施形態に係る治具６０及び板６３を使用した全固体電池１の製造方法は、第１実施形態に係る治具５０を使用した全固体電池１の製造方法と同様な効果を奏する。加えて、開口部６１ａには、電極体２よりも軟らかい板６３が挿入される。板６３は、電極体２よりも軟らかいため、開口部６１ａに耐水フィルム６が侵入した場合に、耐水フィルム６に応力集中が発生するのを抑制することができる。また、板６３は、電極体２よりも軟らかいため、加圧の際に半加工品１０の上面に倣いやすい。従って、半加工品１０の上面を均一に加圧することができる。
【００３８】
次に、全固体電池１の製造方法に使用される第３実施形態に係る治具について説明する。図７及び図８に示されるように、本実施形態に係る治具７０が第１実施形態係る治具５０（図３参照）と異なる点は、耐水フィルムにより覆われない点である。
【００３９】
具体的には、治具７０は、上側治具７１、中間治具７２及び下側治具７３を備えている。上側治具７１は、四角環状を呈しており、開口部７１ａを形成している。開口部７１ａは、半加工品１０の上面よりも小さい。
【００４０】
中間治具７２は、四角筒状を呈している。半加工品１０は、その上面が上側治具７１の開口部７１ａ側に位置するように、中間治具７２の内側に収容されている。中間治具７２と半加工品１０との間には、隙間が設けられている。中間治具７２の軸線方向における長さ（厚さ）は、半加工品１０の積層方向における長さ（厚さ）と略一致している。上側治具７１の外周と中間治具７２の外周とは、略同じ大きさである。下側治具７３は、中間治具７２の外周と略同じ大きさの四角板状を呈している。下側治具７３は、半加工品１０の下面を下側から覆っている。上側治具７１と半加工品１０との間、上側治具７１と中間治具７２との間、及び、中間治具７２と下側治具７３との間には、水の侵入を防止するためのパッキンＳが介されている。
【００４１】
上側治具７１及び中間治具７２の四隅には、ボルトＢを貫通させるための貫通孔が設けられており、下側治具７３の四隅には、ボルトＢを螺合させるためのねじ孔が設けられている。ボルトＢにより上側治具７１、中間治具７２及び下側治具７３を締め付けることで、上側治具７１及び下側治具７３により、半加工品１０を挟むことが可能になっている。
【００４２】
治具７０を使用した全固体電池１の製造方法では、上述のステップＳ７（図４参照）において、半加工品１０に治具７０を取り付ける。本実施形態では、耐水フィルム６は使用されない。続いて、ステップＳ８において、半加工品１０を高圧の水中に水没させ、加圧する。これにより、半加工品１０の上面が水により直接加圧される。続いて、ステップＳ９において、水中から半加工品１０を取り出し、治具７０を取り外すことにより、全固体電池１が完成する。その他のステップについては、上述と同様である。
【００４３】
本実施形態に係る治具７０を使用した全固体電池１の製造方法は、第１実施形態に係る治具５０を使用した全固体電池１の製造方法と同様な効果を奏する。
【００４４】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、電極体２は、複数の電極体層２１を有しているが、１つの電極体層２１のみを有していてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１…全固体電池、２…電極体、１０…半加工品、２２…正極材層（正極材）、２３…負極材層（負極材）、２４…固体電解質層（固体電解質）、２７，２８…正極側端子、負極側端子、２７ａ，２８ａ…リード部、５０，６０，７０…治具、５１ａ，６１ａ，７１ａ…開口部、６３…板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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