(57)【要約】【課題】本開示は、コート層および酸化アルミニウム層の剥離を抑制した電極集電体を提供すること主目的とする。【解決手段】本開示においては、全固体電池に用いられる電極集電体であって、集電層と、酸化アルミニウム層と、導電性材料、樹脂および無機フィラーを含有するコート層とをこの順に有し、上記酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合が存在する、電極集電体を提供することにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全固体電池に用いられる電極集電体であって、
集電層と、酸化アルミニウム層と、導電性材料、樹脂および無機フィラーを含有するコート層とをこの順に有し、
前記酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合が存在する、電極集電体。
【請求項２】
前記樹脂が、フッ素元素を含有する、請求項１に記載の電極集電体。
【請求項３】
前記酸化アルミニウム層が、開口部を有し、
前記開口部において、前記集電層および前記コート層が接触している、請求項１または請求項２に記載の電極集電体。
【請求項４】
前記酸化アルミニウム層の厚さが、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内である、請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の電極集電体。
【請求項５】
前記集電層が、Ａｌ元素を含有する、請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の電極集電体。
【請求項６】
正極集電体、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層および負極集電体をこの順に有する全固体電池であって、
前記正極集電体および前記負極集電体の少なくとも一方が、請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の電極集電体である、全固体電池。
【請求項７】
全固体電池に用いられる電極集電体の製造方法であって、
集電層および酸化アルミニウム層を有する前駆部材を準備する準備工程と、
前記前駆部材の前記酸化アルミニウム層側の面に、導電性材料、樹脂および無機フィラーを含有し、かつ、フッ素元素を含有する組成物を塗工し、熱処理することによりコート層を形成するコート層形成工程と、を有し、
前記コート層形成工程における前記熱処理により、前記酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合を形成する、電極集電体の製造方法。
【請求項８】
前記コート層形成工程における前記熱処理の温度が、８５℃以上である、請求項７に記載の電極集電体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全固体電池に用いられる電極集電体に関する。
【背景技術】
【０００２】
全固体電池は、正極活物質層および負極活物質層の間に固体電解質層を有する電池であり、可燃性の有機溶媒を含む電解液を有する液系電池に比べて、安全装置の簡素化が図りやすいという利点を有する。全固体電池に、ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)機能を有する膜を設ける技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、正極集電体と正極活物質層との間、および、負極集電体と負極活物質層との間の少なくとも一方に、導電材および樹脂を有するＰＴＣ膜を有する全固体電池が開示されている。この技術は、内部短絡が生じた場合に電池反応を停止させることが可能な全固体電池を提供することを課題としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１３０２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
全固体電池の安全性を評価する方法として、釘刺し試験が知られている。釘刺し試験は、導電性の釘を全固体電池に刺し、電池内で内部短絡が生じたときの変化（例えば温度変化）を観察する試験である。釘刺し試験により、正極集電体および負極集電体が接触すると、短絡部の抵抗（短絡抵抗）が小さいため、ジュール発熱が発生し、電池温度が上昇する虞がある。
【０００６】
そこで、本発明者は、正極集電体および負極集電体の少なくとも一方の表面に、酸化アルミニウム層を形成することを試みた。さらに、酸化アルミニウム層の表面に、導電性材料、樹脂および無機フィラーを含有するコート層を形成することを試みた。酸化アルミニウム層およびコート層を設けた全固体電池に対して釘刺し試験を行ったところ、短絡抵抗が大きくなることが確認された。
【０００７】
一方、釘刺し試験において、電池に加わる荷重を増加させた場合、コート層が酸化アルミニウム層から剥離しやすくなるという知見が得られた。釘刺し時にコート層が酸化アルミニウム層から剥離すると、短絡抵抗の増加効果が発揮されにくくなる。本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、コート層および酸化アルミニウム層の剥離を抑制した電極集電体を提供すること主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本開示においては、全固体電池に用いられる電極集電体であって、集電層と、酸化アルミニウム層と、導電性材料、樹脂および無機フィラーを含有するコート層とをこの順に有し、上記酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合が存在する、電極集電体を提供する。
【０００９】
本開示によれば、酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合が存在することにより、コート層および酸化アルミニウム層の剥離を抑制した電極集電体とすることができる。
【００１０】
上記開示においては、上記樹脂が、フッ素元素を含有していても良い。
【００１１】
上記開示においては、上記酸化アルミニウム層が、開口部を有し、上記開口部において、上記集電層および上記コート層が接触していても良い。
【００１２】
上記開示においては、上記酸化アルミニウム層の厚さが、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であっても良い。
【００１３】
上記開示においては、上記集電層が、Ａｌ元素を含有していても良い。
【００１４】
また、本開示においては、正極集電体、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層および負極集電体をこの順に有する全固体電池であって、上記正極集電体および上記負極集電体の少なくとも一方が、上述した電極集電体である、全固体電池を提供する。
【００１５】
本開示によれば、上述した電極集電体を用いることで、コート層および酸化アルミニウム層が剥離しにくい全固体電池とすることができる。
【００１６】
また、本開示においては、全固体電池に用いられる電極集電体の製造方法であって、集電層および酸化アルミニウム層を有する前駆部材を準備する準備工程と、上記前駆部材の上記酸化アルミニウム層側の面に、導電性材料、樹脂および無機フィラーを含有し、かつ、フッ素元素を含有する組成物を塗工し、熱処理することによりコート層を形成するコート層形成工程と、を有し、上記コート層形成工程における上記熱処理により、上記酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合を形成する、電極集電体の製造方法を提供する。
【００１７】
本開示によれば、熱処理により、酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合を形成することにより、コート層および酸化アルミニウム層の剥離を抑制した電極集電体を得ることができる。
【００１８】
上記開示においては、上記コート層形成工程における上記熱処理の温度が、８５℃以上であっても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本開示の電極集電体は、コート層および酸化アルミニウム層の剥離を抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示の電極集電体を例示する概略断面図である。
【図２】本開示の電極集電体を例示する概略断面図である。
【図３】本開示の全固体電池を例示する概略断面図である。
【図４】本開示の電極集電体の製造方法を例示する概略断面図である。
【図５】評価用電池の製造方法を説明する概略断面図である。
【図６】釘刺し試験を説明する概略斜視図である。
【図７】釘刺し試験における電圧プロファイルを例示するグラフである。
【図８】釘刺し試験後の釘貫通部の観察画像である。
【図９】接着力測定を説明する概略断面図である。
【図１０】接着力測定の結果である。
【図１１】ＸＰＳ測定の結果である。
【図１２】ＦＥ−ＳＥＭ観察の結果である。
【図１３】ＦＥ−ＳＥＭ観察の結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本開示の電極集電体および全固体電池について、詳細に説明する。
【００２２】
Ａ．電極集電体
図１は、本開示の電極集電体を例示する概略断面図である。図１に示される電極集電体１０は、集電層１と、酸化アルミニウム層２と、導電性材料、樹脂および無機フィラーを含有するコート層３と、をこの順に有する。電極集電体１０は、酸化アルミニウム層２にＡｌ−Ｆ結合が存在することを一つの特徴とする。
【００２３】
本開示によれば、酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合が存在することにより、コート層および酸化アルミニウム層の剥離を抑制した電極集電体とすることができる。
【００２４】
上述したように、釘刺し試験では、導電性の釘を全固体電池に刺し、電池内で内部短絡が生じたときの変化（例えば温度変化）を観察する。正極集電体および負極集電体は、その機能上、抵抗が小さい部材であるため、釘刺し時に、正極集電体および負極集電体が接触すると、短絡抵抗が小さくなる。その結果、ジュール発熱が発生し、電池温度が上昇する虞がある。
【００２５】
そこで、本発明者は、正極集電体および負極集電体の少なくとも一方の表面に、酸化アルミニウム層を形成することを試みた。さらに、酸化アルミニウム層の表面に、導電性材料、樹脂および無機フィラーを含有するコート層を形成することを試みた。酸化アルミニウムは抵抗が大きく、コート層に含まれる無機フィラーも抵抗が大きい。そのため、酸化アルミニウム層およびコート層を設けることで、短絡抵抗が大きくなると考えられる。
【００２６】
一方、釘刺し試験において、電池に加わる荷重を増加させた場合、コート層が酸化アルミニウム層から剥離しやすくなるという知見が得られた。釘刺し時にコート層が酸化アルミニウム層から剥離すると、短絡抵抗の増加効果が発揮されにくくなる。これに対して、本開示の電極集電体は、酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合が存在することにより、コート層および酸化アルミニウム層の接着力が増加する。そのため、釘刺し時にコート層が酸化アルミニウム層から剥離しにくくなり、短絡抵抗の増加効果がより発揮されやすい。
以下、本開示の電極集電体について、構成ごとに説明する。
【００２７】
１．集電層
集電層は、集電体の主たる機能（集電機能）を有する層である。集電層は、金属元素を含有することが好ましい。金属元素は、特に限定されないが、例えばＡｌ元素、Ｃｕ元素、Ｆｅ元素、Ｔｉ元素、Ｎｉ元素、Ｚｎ元素、Ｃｒ元素、Ｃｏ元素、Ａｕ元素、Ｐｔ元素が挙げられる。集電層は、上記金属元素の単体であっても良く、上記金属元素を主成分として含有する合金であっても良い。中でも、集電層は、少なくともＡｌ元素を含有することが好ましい。特に、金属集電層は、Ａｌ単体、または、Ａｌ元素を主成分とする合金であることが好ましい。
【００２８】
集電層の形状としては、例えば、箔状が挙げられる。集電層の厚さは、例えば、０．１μｍ以上であり、１μｍ以上であっても良い。集電層が薄すぎると、集電機能が低くなる可能性がある。一方、集電層の厚さは、例えば、１ｍｍ以下であり、１００μｍ以下であっても良い。集電層が厚すぎると、全固体電池のエネルギー密度が低くなる可能性がある。
【００２９】
２．酸化アルミニウム層
酸化アルミニウム層は、集電層およびコート層の間に形成される層であり、通常は、集電層よりも抵抗が大きい。
【００３０】
酸化アルミニウム層は、Ａｌ元素およびＯ元素を含有する層である。さらに、酸化アルミニウム層に含まれるＡｌ元素は、Ｆ元素と反応し、Ａｌ−Ｆ結合が形成されている。すなわち、酸化アルミニウム層には、Ａｌ−Ｆ結合が存在する。Ａｌ−Ｆ結合の存在は、後述する実施例に記載するように、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）測定により確認できる。
【００３１】
酸化アルミニウム層は、例えば、Ａｌ元素を含有する集電層の表面に、酸化処理を行うことにより、得ることができる。酸化処理により得られた酸化アルミニウム層（酸化被膜）は、集電層との密着性が高い。
【００３２】
酸化処理の一例としては、液相酸化処理が挙げられる。液相酸化処理としては、例えば、ベーマイト処理が挙げられる。ベーマイト処理は、高温の水溶液中で、アルミニウムの表面に酸化被膜（水和酸化被膜）を形成する方法である。酸化処理の他の例としては、陽極酸化処理が挙げられる。陽極酸化処理は、陽極における電気化学的な酸化を利用した処理である。陽極酸化処理としては、例えば、アルマイト処理が挙げられる。アルマイト処理は、電気化学的な酸化を利用してアルミニウムの表面に酸化被膜（陽極酸化被膜）を形成する方法である。また、酸化処理の他の例としては、気相酸化処理が挙げられ、典型的には、大気中での熱処理が挙げられる。
【００３３】
また、酸化アルミニウム層は、例えば、酸化アルミニウム粒子を含有する組成物を塗工することにより、得ることができる。組成物は分散媒を含有していても良いが、その場合は、塗工後に乾燥により分散媒を除去することが好ましい。
【００３４】
酸化アルミニウム層の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上であり、３０ｎｍ以上であっても良く、７０ｎｍ以上であっても良く、１００ｎｍ以上であっても良い。酸化アルミニウム層が薄すぎると、短絡抵抗を効果的に増加できない可能性がある。一方、酸化アルミニウム層の厚さは、例えば、１０００ｎｍ以下であり、３００ｎｍ以下であっても良く、１３０ｎｍ以下であっても良い。
【００３５】
酸化アルミニウム層の表面粗さＲａは、例えば、２０ｎｍ以上であり、２５ｎｍ以上であっても良く、３０ｎｍ以上であっても良い。酸化アルミニウム層の表面粗さＲａを所定の値以上とすることで、例えば、電池作製時のプレス圧、および、全固体電池の拘束圧の少なくとも一方により、酸化アルミニウム層の凹部にコート層が食い込み、後述するように、コート層と集電層とが接触した状態を得ることができる。一方、酸化アルミニウム層の表面粗さＲａは、例えば、２００ｎｍ以下であり、５０ｎｍ以下であっても良い。
【００３６】
３．コート層
コート層は、導電性材料、樹脂および無機フィラーを含有する層である。
【００３７】
導電性材料としては、例えば、炭素材料、金属材料が挙げられ、炭素材料が好ましい。炭素材料としては、例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー等の炭素繊維、活性炭、グラファイト、グラフェン、フラーレン等が挙げられる。導電性材料の形状は、例えば、粒子状が挙げられる。
【００３８】
コート層における導電性材料の割合は、例えば、５体積％〜９０体積％の範囲内であることが好ましい。例えば電極集電体におけるコート層と、対向する集電体との接触抵抗を高くするという観点においては、コート層における導電性材料の割合が、少ないことが好ましい。この場合、コート層における導電性材料の割合は、例えば、３０重量％以下であり、２０重量％以下であっても良く、１０重量％以下であっても良い。
【００３９】
コート層は、導電性材料に加えて樹脂を含有する。樹脂は、フッ素を含有することが好ましい。化学的安定性が高く、Ａｌ−Ｆ結合のＦ源となり得るためである。フッ素を含有する樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられる。
【００４０】
また、樹脂は、熱可塑性樹脂であっても良い。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、メタクリル樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアセタール等が挙げられる。また、上記樹脂として、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、ＡＢＲ（アクリロニトリルブタジエンゴム）、ＢＲ（ブチレンゴム）等のゴムを用いても良い。
【００４１】
樹脂の融点は、例えば、８０℃〜３００℃の範囲内である。コート層における樹脂の割合は、例えば、５体積％〜９０体積％の範囲内であることが好ましい。
【００４２】
コート層は、導電性材料に加えて無機フィラーを含有する。無機フィラーは、通常、抵抗が高いため、短絡抵抗を大きくできる。また、無機フィラーは硬いため、全固体電池に拘束圧力が付与されている場合であっても、ＰＴＣ機能を発揮しやすくなる。ＰＴＣとは、Positive Temperature Coefficientを意味し、温度上昇に伴って、抵抗が正の係数を持って変化する特性をいう。
【００４３】
コート層に含まれる樹脂は、温度上昇に伴って体積膨張し、コート層の抵抗を増加させることができる。しかしながら、全固体電池では、通常、厚さ方向に沿って拘束圧を付与しているため、拘束圧の影響を受けて樹脂が変形または流動し、十分なＰＴＣ機能を発揮できない場合がある。これに対して、コート層に硬い無機フィラーを添加することで、拘束圧の影響を受けた場合であっても、良好なＰＴＣ特性を発揮できる。
【００４４】
なお、全固体電池に付与される拘束圧は、例えば、０．１ＭＰａ以上であり、１ＭＰａ以上であっても良く、５ＭＰａ以上であっても良い。一方、拘束圧は、例えば、１００ＭＰａ以下であり、５０ＭＰａ以下であっても良く、２０ＭＰａ以下であっても良い。
【００４５】
無機フィラーとしては、例えば、金属酸化物、金属窒化物が挙げられる。金属酸化物としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ等が挙げられ、金属窒化物としては、例えば、窒化ケイ素が挙げられる。無機フィラーの平均粒径（Ｄ５０）は、例えば、５０ｎｍ〜５μｍの範囲内であり、１００ｎｍ〜２μｍの範囲内であっても良い。また、コート層における無機フィラーの含有量は、例えば、４０体積％以上であり、５０体積％以上であっても良く、６０体積％以上であっても良い。一方、コート層における無機フィラーの含有量は、例えば、８５体積％以下であり、８０体積％以下であっても良い。
【００４６】
コート層は、電子伝導度が高い層であることが好ましい。２５℃におけるコート層の電子伝導度は、例えば２×１０−２Ｓ／ｃｍ以上であり、３×１０−２Ｓ／ｃｍ以上であっても良い。一方、２５℃におけるコート層の電子伝導度は、例えば５０Ｓ／ｃｍ以下である。コート層の電子伝導度は、酸化アルミニウム層の電子伝導度よりも大きいことが好ましい。また、コート層の電子伝導度は、集電層の電子伝導度よりも小さいことが好ましい。
【００４７】
コート層の厚さは、例えば、０．０１μｍ以上であり、１μｍ以上であることが好ましい。一方、コート層の厚さは、例えば、３０μｍ以下である。また、コート層の厚さは、酸化アルミニウム層の厚さよりも大きいことが好ましい。コート層および集電層の電子の移動がスムーズになるからである。コート層の厚さをＴＣとし、酸化アルミニウム層の厚さをＴＡとした場合、酸化アルミニウム層の厚さに対するコート層の厚さの割合（ＴＣ／ＴＡ）は、例えば６〜３００の範囲内であり、１０〜２００の範囲内であっても良い。
【００４８】
４．電極集電体
本開示の電極集電体は、上述した集電層、酸化アルミニウム層およびコート層を有する。中でも、本開示においては、酸化アルミニウム層が開口部を有し、その開口部において、集電層およびコート層が接触していることが好ましい。全固体電池の短絡抵抗を大きくしつつ、通常使用時の電池抵抗を小さくできるからである。
【００４９】
酸化アルミニウム層は電子抵抗が大きいため、酸化アルミニウム層を設けることで、全固体電池の短絡抵抗を大きくできる。その反面、通常使用時の電池抵抗も大きくなる傾向にある。これに対して、酸化アルミニウム層の開口部において、集電層およびコート層（導電性材料を含有する層）を接触させることにより、全固体電池の短絡抵抗を大きくしつつ、通常使用時の電池抵抗を小さくできる。
【００５０】
図２（ａ）に示される電極集電体１０は、集電層１、酸化アルミニウム層２およびコート層３をこの順に有する。さらに、酸化アルミニウム層２が開口部Ｘを有し、開口部Ｘにおいて、集電層１およびコート層３が接触している。図２（ａ）に示される開口部Ｘは、例えば、集電層１の表面に酸化処理を行い、酸化アルミニウム層（酸化被膜）２を形成することにより、得ることができる。なお、典型的な酸化被膜は、疎な領域および密な領域が混在しており、疎な領域の一部に、微小な開口部Ｘが形成される。一方、図２（ｂ）に示される開口部Ｘは、例えば、集電層１の表面に、パターン状の酸化アルミニウム層２を形成することにより得ることができる。
【００５１】
例えば図２（ｂ）に例示すように、開口部Ｘの幅をＷとした場合、Ｗの値は、例えば０．１μｍ〜１０μｍの範囲内であり、０．５μｍ〜８μｍの範囲内であっても良い。また、開口部Ｘの面積率（開口部の総面積／（開口部＋非開口部の総面積））は、例えば０．１％〜２％の範囲内であり、０．５％〜１％の範囲内であっても良い。また、開口部の平面視形状は特に限定されないが、例えば、ランダム状、ストライプ状、ドット状が挙げられる。
【００５２】
本開示の電極集電体は、通常、コート層側の表面が、固体電解質層と対向するように配置される。また、電極集電体は、通常、全固体電池に用いられる。電極集電体は、正極集電体であっても良く、負極集電体であっても良い。
【００５３】
Ｂ．全固体電池
図３は、本開示の全固体電池の一例を示す概略断面図である。図３に示される全固体電池１００は、正極活物質を含有する正極活物質層１１と、負極活物質を含有する負極活物質層１２と、正極活物質層１１および負極活物質層１２の間に形成された固体電解質層１３と、正極活物質層１１の集電を行う正極集電体１４と、負極活物質層１２の集電を行う負極集電体１５と、を有する。すなわち、全固体電池１００は、厚さ方向において、正極集電体１４、正極活物質層１１、固体電解質層１３、負極活物質層１２および負極集電体１５をこの順に有する。本開示においては、正極集電体１４および負極集電体１５の少なくとも一方が、上述した電極集電体であることを大きな特徴とする。
【００５４】
本開示によれば、上述した電極集電体を用いることで、コート層および酸化アルミニウム層が剥離しにくい全固体電池とすることができる。
【００５５】
１．正極集電体および負極集電体
正極集電体および負極集電体の少なくとも一方は、上記「Ａ．電極集電体」に記載された電極集電体である。正極集電体のみが上述した電極集電体であっても良く、負極集電体のみが上述した電極集電体であっても良い。また、正極集電体および負極集電体の両方が上述した電極集電体であっても良い。この場合、正極集電体の集電層、および、負極集電体の集電層は、同じ金属元素を含有していても良く、異なる金属元素を含有していても良い。
【００５６】
また、正極集電体および負極集電体の接触抵抗は、高圧状態においても大きいことが好ましい。なお、「正極集電体および負極集電体の接触抵抗」とは、以下のように定義される。正極集電体および負極集電体の一方が、上述した電極集電体である場合、「正極集電体および負極集電体の接触抵抗」とは、電極集電体のコート層と、他方の集電体とを接触させた場合の抵抗をいう。一方、正極集電体および負極集電体の両方が、上述した電極集電体である場合、「正極集電体および負極集電体の接触抵抗」とは、一方の電極集電体のコート層と、他方の電極集電体のコート層とを接触させた場合の抵抗をいう。１００ＭＰａの圧力下における正極集電体および負極集電体の接触抵抗は、例えば、０．５Ω・ｃｍ２以上であり、１．１Ω・ｃｍ２以上であっても良い。
【００５７】
また、正極集電体および負極集電体の一方が、導電性材料、樹脂および無機フィラーを含有するコート層を有する電極集電体であり、正極集電体および負極集電体の他方が、Ｃｕ元素を含有する集電体であっても良い。無機フィラーを含有するコート層と、Ｃｕ元素を含有する集電体とは接触抵抗が大きいため、短絡抵抗も大きくできる。
【００５８】
２．正極活物質層
正極活物質層は、正極活物質を少なくとも含有し、必要に応じて、固体電解質材料、導電化材、結着材および増粘材の少なくとも一つを含有していても良い。
【００５９】
正極活物質は、特に限定されないが、例えば、酸化物活物質が挙げられる。酸化物活物質としては、例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＶＯ２、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２等の岩塩層状型活物質、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ（Ｎｉ０．５Ｍｎ１．５）Ｏ４等のスピネル型活物質、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４等のオリビン型活物質が挙げられる。また、酸化物活物質として、Ｌｉ１＋ｘＭｎ２−ｘ−ｙＭｙＯ４（Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎの少なくとも一種、０＜ｘ＋ｙ＜２）で表されるＬｉＭｎスピネル活物質、チタン酸リチウム等を用いても良い。
【００６０】
また、正極活物質の表面には、Ｌｉイオン伝導性酸化物を含有するコート層が形成されていても良い。正極活物質と、固体電解質材料との反応を抑制できるからである。Ｌｉイオン伝導性酸化物としては、例えば、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ３ＰＯ４が挙げられる。コート層の厚さは、例えば、０．１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内であっても良い。正極活物質表面におけるコート層の被覆率は、例えば、５０％以上であり、８０％以上であっても良い。
【００６１】
固体電解質材料は、特に限定されないが、例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料等の無機固体電解質材料が挙げられる。硫化物固体電解質材料としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−ＬｉＩ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−Ｌｉ２Ｏ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−Ｌｉ２Ｏ−ＬｉＩ、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−ＬｉＩ、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−ＬｉＢｒ、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−ＬｉＣｌ、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｂ２Ｓ３−ＬｉＩ、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｐ２Ｓ５−ＬｉＩ、Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−ＺｍＳｎ（ただし、ｍ、ｎは正の数。Ｚは、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｇａのいずれか。）、Ｌｉ２Ｓ−ＧｅＳ２、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｌｉ３ＰＯ４、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−ＬｉｘＭＯｙ（ただし、ｘ、ｙは正の数。Ｍは、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれか。）が挙げられる。なお、上記「Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５」の記載は、Ｌｉ２ＳおよびＰ２Ｓ５を含む原料組成物を用いてなる硫化物固体電解質材料を意味し、他の記載についても同様である。
【００６２】
特に、硫化物固体電解質材料は、Ｌｉ、Ａ（Ａは、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＡｌおよびＢの少なくとも一種である）、およびＳを含有するイオン伝導体を備えることが好ましい。さらに、上記イオン伝導体は、オルト組成のアニオン構造（ＰＳ４３−構造、ＳｉＳ４４−構造、ＧｅＳ４４−構造、ＡｌＳ３３−構造、ＢＳ３３−構造）をアニオンの主成分として有することが好ましい。化学安定性の高い硫化物固体電解質材料とすることができるからである。オルト組成のアニオン構造の割合は、イオン伝導体における全アニオン構造に対して、７０ｍｏｌ％以上であることが好ましく、９０ｍｏｌ％以上であることがより好ましい。オルト組成のアニオン構造の割合は、ラマン分光法、ＮＭＲ、ＸＰＳ等により決定することができる。
【００６３】
硫化物固体電解質材料は、上記イオン伝導体に加えて、ハロゲン化リチウムを含有していても良い。ハロゲン化リチウムとしては、例えば、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒおよびＬｉＩが挙げられ、中でも、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒおよびＬｉＩが好ましい。硫化物固体電解質材料におけるＬｉＸ（Ｘ＝Ｆ、Ｉ、Ｃｌ、Ｂｒ）の割合は、例えば、５ｍｏｌ％〜３０ｍｏｌ％の範囲内であり、１５ｍｏｌ％〜２５ｍｏｌ％の範囲内であっても良い。
【００６４】
固体電解質材料は、結晶性材料であっても良く、非晶質材料であっても良い。また、固体電解質材料は、ガラスであっても良く、結晶化ガラス（ガラスセラミックス）であっても良い。固体電解質材料の形状としては、例えば粒子状が挙げられる。
【００６５】
導電化材としては、例えば、アセチレンブラック（ＡＢ）、ケッチェンブラック（ＫＢ）、炭素繊維、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）等の炭素材料が挙げられる。また、結着材としては、例えば、ブチレンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のゴム系結着材、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のフッ化物系結着材が挙げられる。
【００６６】
また、正極活物質層の厚さは、例えば、０．１μｍ〜３００μｍの範囲内であり、０．１μｍ〜１００μｍの範囲内であっても良い。
【００６７】
３．負極活物質層
負極活物質層は、負極活物質を少なくとも含有し、必要に応じて、固体電解質材料、導電化材、結着材および増粘材の少なくとも一つを含有していても良い。
【００６８】
負極活物質は、特に限定されないが、例えば、金属活物質、炭素活物質、酸化物活物質が挙げられる。金属活物質としては、例えば、金属単体、金属合金が挙げられる。金属活物質に含まれる金属元素としては、例えば、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｌ等が挙げられる。金属合金は、上記金属元素を主成分として含有する合金であることが好ましい。Ｓｉ合金としては、例えばＳｉ−Ａｌ系合金、Ｓｉ−Ｓｎ系合金、Ｓｉ−Ｉｎ系合金、Ｓｉ−Ａｇ系合金、Ｓｉ−Ｐｂ系合金、Ｓｉ−Ｓｂ系合金、Ｓｉ−Ｂｉ系合金、Ｓｉ−Ｍｇ系合金、Ｓｉ−Ｃａ系合金、Ｓｉ−Ｇｅ系合金、Ｓｉ−Ｐｂ系合金が挙げられる。なお、例えばＳｉ−Ａｌ系合金とは、少なくともＳｉおよびＡｌを含有する合金を意味し、ＳｉおよびＡｌのみを含有する合金であっても良く、さらに別の金属元素を含有する合金であっても良い。Ｓｉ−Ａｌ系合金以外の合金についても同様である。金属合金は、２成分系合金であっても良く、３成分系以上の多成分系合金であっても良い。
【００６９】
一方、カーボン活物質としては、例えば、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、高配向性グラファイト（ＨＯＰＧ）、ハードカーボン、ソフトカーボン等が挙げられる。また、酸化物活物質としては、例えば、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等のチタン酸リチウムが挙げられる。
【００７０】
負極活物質の形状としては、例えば粒子状が挙げられる。負極活物質の平均粒径（Ｄ５０）は、例えば１０ｎｍ〜５０μｍの範囲内であり、１００ｎｍ〜２０μｍの範囲内であっても良い。負極活物質層における負極活物質の割合は、例えば５０重量％以上であり、６０重量％〜９９重量％の範囲内であっても良い。
【００７１】
負極活物質層に用いられる固体電解質材料、結着材および粘着材については、上記「２．正極活物質層」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。負極活物質層の厚さは、例えば、０．１μｍ〜３００μｍの範囲内であり、０．１μｍ〜１００μｍの範囲内であっても良い。
【００７２】
４．固体電解質層
固体電解質層は、正極活物質層および負極集電体の間に形成される層である。また、固体電解質層は、固体電解質材料を少なくとも含有し、必要に応じて、結着材をさらに含有していても良い。固体電解質層に用いられる固体電解質材料および結着材については、上記「２．正極活物質層」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
【００７３】
固体電解質層における固体電解質材料の含有量は、例えば、１０重量％〜１００重量％の範囲内であり、５０重量％〜１００重量％の範囲内であっても良い。また、固体電解質層の厚さは、例えば、０．１μｍ〜３００μｍの範囲内であり、０．１μｍ〜１００μｍの範囲内であっても良い。
【００７４】
５．全固体電池
本開示の全固体電池は、全固体リチウムイオン電池であることが好ましい。また、全固体電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。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、円筒型および角型が挙げられる。また、本開示の全固体電池は、正極活物質層、固体電解質層および負極活物質層を有する発電要素を複数積層した積層電池であっても良い。積層電池は、各発電要素を並列に接続した電池であっても良く、各発電要素を直列に接続した電池であっても良い。
【００７５】
Ｃ．電極集電体の製造方法
図４は、本開示の電極集電体の製造方法を例示する概略断面図である。図４においては、まず、Ａｌ箔である集電層１を準備する（図４（ａ））。次に、集電層１の一方の表面に、酸化処理を行い、酸化アルミニウム層２を形成する（図４（ｂ））。このようにして、集電層１および酸化アルミニウム層２を有する前駆部材４を準備する。次に、前駆部材４の酸化アルミニウム層２側の面に、導電性材料、樹脂および無機フィラーを含有し、かつ、フッ素元素を含有する組成物を塗工し、熱処理することによりコート層３を形成する（図４（ｃ））。この熱処理により、酸化アルミニウム層２にＡｌ−Ｆ結合を形成し、電極集電体１０を得る。
【００７６】
本開示によれば、熱処理により、酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合を形成することにより、コート層および酸化アルミニウム層の剥離を抑制した電極集電体を得ることができる。
以下、本開示の電極集電体の製造方法について、工程ごとに説明する。
【００７７】
１．準備工程
本開示における準備工程は、              集電層および酸化アルミニウム層を有する前駆部材を準備する工程である。前駆部材は、自ら作製しても良く、購入しても良い。集電層および酸化アルミニウム層については、上記「Ａ．電極集電体」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
【００７８】
２．熱処理工程
本開示における熱処理工程は、上記前駆部材の上記酸化アルミニウム層側の面に、導電性材料、樹脂および無機フィラーを含有し、かつ、フッ素元素を含有する組成物（コート層形成用組成物）を塗工し、熱処理することによりコート層を形成する工程である。さらに、この熱処理により、酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合を形成する。
【００７９】
「前駆部材の酸化アルミニウム層側の面」とは、酸化アルミニウム層を基準として、集電層とは反対側に位置する前駆部材の面をいう。
【００８０】
コート層形成用組成物は、導電性材料、樹脂および無機フィラーを含有する。これらの材料については、上記「Ａ．電極集電体」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。また、コート層形成用組成物は、分散媒を含有することが好ましい。さらに、コート層形成用組成物は、フッ素元素を含有する。フッ素元素は、Ａｌ−Ｆ結合のＦ源となる。
【００８１】
本開示においては、導電性材料、樹脂および無機フィラーの少なくとも一つが、フッ素元素を含有することが好ましい。特に、樹脂がフッ素元素を含有することが好ましい。なお、本開示においては、導電性材料、樹脂および無機フィラーがフッ素元素を含有しなくても良い。例えば、任意のフッ化物を、別途コート層形成用組成物に添加することで、熱処理の際にＡｌ−Ｆ結合を形成することができる。
【００８２】
コート層形成用組成物を塗工する方法としては、例えば、ドクターブレード法、ダイコート法、グラビアコート法、スプレー塗工法、静電塗工法、バー塗工法が挙げられる。また、塗工したコート層形成用組成物に対して、熱処理を行い、酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合を形成する。熱処理温度は、例えば６０℃以上であり、８５℃以上であっても良い。一方、熱処理温度は、例えば２００℃以下である。また、熱処理時間は、例えば１分間〜５分間の範囲内である。
【００８３】
３．電極集電体
上述した製造方法により得られる電極集電体については、上記「Ａ．電極集電体」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
【００８４】
なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００８５】
［比較例１］
（正極の作製）
転動流動式コーティング装置（パウレック製）を用いて、大気環境において正極活物質（Ｌｉ１．１５Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｗ０．００５Ｏ２）にＬｉＮｂＯ３をコーティングした。その後、大気環境において焼成を行い、正極活物質の表面にＬｉＮｂＯ３を含有するコート層を形成した。これにより、表面にコート層を有する正極活物質を得た。
【００８６】
次に、ポリプロピレン（ＰＰ）製容器に、酪酸ブチルと、ＰＶｄＦ系バインダー（クレハ製）の５重量％酪酸ブチル溶液と、得られた正極活物質と、硫化物固体電解質材料（ＬｉＩおよびＬｉＢｒを含むＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５系ガラスセラミックス、平均粒径Ｄ５０＝０．８μｍ）と、導電化材（気相成長炭素繊維、ＶＧＣＦ、昭和電工製）とを正極活物質：硫化物固体電解質材料：導電化材：バインダー＝８５：１３：１：１の重量比で添加した。次に、超音波分散装置（エスエムテー製ＵＨ−５０）でＰＰ製容器を３０秒間撹拌した。次に、ＰＰ製容器を振とう器（柴田科学製、ＴＴＭ−１）で３分間振とうさせ、さらに超音波分散装置で３０秒間撹拌し、塗工液を得た。
【００８７】
次に、Ａｌ箔（厚さ１５μｍ、ＵＡＣＪ製１Ｎ３０）を準備した。得られた塗工液を、振とう器（柴田科学製、ＴＴＭ−１）で３分間振とうさせ、その後、アプリケーターを用いて、ブレード法によりＡｌ箔上に塗工した。自然乾燥後、１００℃のホットプレート上で３０分間乾燥させ、正極集電体の一方の表面上に正極活物質層を形成した。次に、電池サイズに合わせて裁断し、正極を得た。
【００８８】
（負極の作製）
ＰＰ製容器に、酪酸ブチルと、ＰＶｄＦ系バインダー（クレハ製）の５重量％酪酸ブチル溶液と、負極活物質（シリコン、高純度化学製、平均粒径Ｄ５０＝５μｍ）と、硫化物固体電解質材料（ＬｉＩおよびＬｉＢｒを含むＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５系ガラスセラミックス、平均粒径Ｄ５０＝０．８μｍ）と、導電化材（気相成長炭素繊維、ＶＧＣＦ、昭和電工製）とを負極活物質：硫化物固体電解質材料：導電化材：バインダー＝５５：４２：２：１の重量比で添加した。次に、超音波分散装置（エスエムテー製ＵＨ−５０）でＰＰ製容器を３０秒間撹拌した。次に、ＰＰ製容器を振とう器（柴田科学製、ＴＴＭ−１）で３０分間振とうさせ、さらに超音波分散装置で３０秒間撹拌し、塗工液を得た。
【００８９】
次に、図５（ａ）に示すように、Ｃｕ箔（負極集電体１５、厚さ１２μｍ、古河電工製、電解Ｃｕ箔）を準備した。得られた塗工液を、振とう器（柴田科学製、ＴＴＭ−１）で３分間振とうさせ、アプリケーターを用いて、ブレード法によりＣｕ箔上に塗工した。自然乾燥後、１００℃のホットプレート上で３０分間乾燥させた。これにより、図５（ｂ）に示すように、Ｃｕ箔（負極集電体１５）の一方の表面上に負極活物質層１２を形成した。その後、同様の処理に行い、図５（ｃ）に示すように、Ｃｕ箔の他方の表面上に、Ｃｕ箔（負極集電体１５）の両面に負極活物質層１２を形成した。次に、電池サイズに合わせて裁断し、負極を得た。
【００９０】
（固体電解質層の作製）
ＰＰ製容器に、ヘプタンと、ブチレンゴム系バインダー（ＪＳＲ社製）の５重量％ヘプタン溶液と、硫化物固体電解質材料（ＬｉＩおよびＬｉＢｒを含むＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５系ガラスセラミックス、平均粒径Ｄ５０＝２．５μｍ）とを添加した。次に、超音波分散装置（エスエムテー製ＵＨ−５０）でＰＰ製容器を３０秒間撹拌した。次に、ＰＰ製容器を振とう器（柴田科学製、ＴＴＭ−１）で３０分間振とうさせ、さらに超音波分散装置で３０秒間撹拌し、塗工液を得た。
【００９１】
次に、Ａｌ箔（日本製箔製）を準備した。得られた塗工液を、振とう器（柴田科学製、ＴＴＭ−１）で３分間振とうさせ、アプリケーターを用いて、ブレード法によりＡｌ箔上に塗工した。自然乾燥後、１００℃のホットプレート上で３０分間乾燥させた。次に、電池サイズに合わせて裁断し、Ａｌ箔および固体電解質層を有する転写部材を得た。
【００９２】
（評価用電池の作製）
得られた２つの転写部材を、それぞれ、負極集電体の両面に形成された負極活物質層上に配置し、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ法）により、４ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でプレスした。その後、転写部材のＡｌ箔を剥離した。これにより、図５（ｄ）に示すように、負極活物質層１２上に固体電解質層１３を形成した。次に、上記で得られた２つの正極を、それぞれ、負極集電体の両面に形成された固体電解質層上に配置し、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ法）により、４ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でプレスした。これにより、図５（ｅ）に示すように、固体電解質層１３上に、正極活物質層１１および正極集電体１４を形成した。その後、１０ＭＰａで拘束し、評価用電池（２積層電池）を得た。
【００９３】
［比較例２］
Ａｌ箔（厚さ１５μｍ、ＵＡＣＪ製１Ｎ３０）の表面に、コート層を形成した。まず、導電化材（ファーネスブラック、平均一次粒径６６ｎｍ、東海カーボン製）、無機フィラー（アルミナ、昭和電工製ＣＢ−Ｐ０２）およびＰＶＤＦ（クレハ製ＫＦポリマーＬ＃９１３０）を、導電化材：無機フィラー：ＰＶＤＦ＝１０：６０：３０の体積比となるように、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）と混合し、ペーストを作製した。得られたペーストを、Ａｌ箔に対して、乾燥後の厚さが１０μｍとなるように塗工し、乾燥炉で乾燥（２５℃で６時間乾燥後、８５℃で３０秒間乾燥）させ、コート層を形成した。これにより、Ａｌ箔（集電層）の表面にコート層を有する正極集電体を得た。２５℃におけるコート層の電子伝導度は３．８×１０−２Ｓ／ｃｍ程度であった。また、得られた正極集電体を用いたこと以外は、比較例１と同様にして評価用電池を得た。
【００９４】
［参考例１］
Ａｌ箔（厚さ１５μｍ、ＵＡＣＪ製１Ｎ３０）に対して、１００℃のアルカリ溶液に２０秒間浸漬させるベーマイト処理を行った。これにより、Ａｌ箔（集電層）の表面に酸化アルミニウム層を有する正極集電体を得た。その後、比較例２と同様の方法により、酸化アルミニウム層の表面にコート層を形成した。これにより、Ａｌ箔（集電層）、酸化アルミニウム層およびコート層をこの順に有する正極集電体を得た。得られた正極集電体を用いたこと以外は、比較例１と同様にして評価用電池を得た。
【００９５】
［参考例２］
ベーマイト処理の処理時間を４０秒間に変更したこと以外は、参考例１と同様にして評価用電池を得た。
【００９６】
［評価］
（酸化アルミニウム層の観察）
比較例１、２および参考例１、２で作製した正極集電体の断面観察結果から、酸化アルミニウム層の厚さを求めた。また、原子間力顕微鏡を用いて、酸化アルミニウム層の表面粗さを求めた。その結果を表１に示す。
【００９７】
（短絡抵抗測定）
比較例１、２および参考例１、２で得られた評価用電池の短絡抵抗を測定した。短絡抵抗測定では、図６に示すように、評価用電池１００を、厚さ３ｍｍのＡｌ板（図示せず）上に置き、釘１１０を刺した。釘刺し試験の条件は、以下の通りである。
充電状態：満充電
抵抗計：Hioki製RM3542
釘：ＳＫ材（φ８ｍｍ、先端角６０°）
釘の速度：０．５ｍｍ／ｓｅｃ
【００９８】
釘刺し時の電圧プロファイルから、評価用電池の短絡抵抗を求めた。電圧プロファイルの一例を図７に示す。図７に示すように、釘刺し時により、評価用電池の電圧は降下する。ここで、初期電圧をＶ０とし、釘刺し時の最小電圧をＶとする。また、評価用電池の内部抵抗を予め測定しておき、その内部抵抗をｒとする。また、評価用電池の短絡抵抗をＲとする。釘刺し時の電圧降下により生じる電流が、全て短絡電流であると仮定すると、Ｖ／Ｒ＝（Ｖ０−Ｖ）／ｒの関係が成り立つ。この関係から、評価用電池の短絡抵抗Ｒが算出できる。その結果を表１に示す。なお、表１における短絡抵抗の値は、比較例１の短絡抵抗を１とした場合の相対値である。
【００９９】
（電池抵抗測定）
比較例１、２および参考例１、２で得られた評価用電池の電池抵抗を測定した。電池抵抗測定には、サイクル試験機（日鉄エレックス製ver8.00）を用いた。その結果を表１に示す。なお、表１における電池抵抗の値は、比較例１の電池抵抗を１とした場合の相対値である。
【０１００】
【表１】
2019117731.tif 000003
【０１０１】
表１に示すように、比較例１および比較例２を比べると、コート層を設けることで、短絡抵抗が大きくなることが確認された。さらに、比較例２と、参考例１、２とを比べると、酸化アルミニウム層を設けることで、短絡抵抗が大きくなることが確認された。また、参考例１、２は、酸化アルミニウム層の開口部において集電層およびコート層が接触しているため、比較例２と同等の電池抵抗を維持でき、通常使用時の電池抵抗は小さかった。
【０１０２】
［参考例３］
２積層電池を３３個積層したこと以外は、参考例１と同様にして評価用電池（６６積層電池）を得た。
［評価］
（釘刺し試験後の電池観察）
参考例３で得られた評価用電池に対して釘刺し試験を行い、その後の釘貫通部の状態を観察した。釘刺し試験の条件は、以下の通りである。
充電状態：満充電
抵抗計：Hioki製RM3542
釘：ＳＫ材（φ８ｍｍ、先端角６０°）
釘の速度：２５ｍｍ／ｓｅｃ
【０１０３】
なお、釘の速度は一定であるため、評価用電池の積層数が大きくなると、評価用電池に加わる荷重は大きくなる。釘貫通部の観察画像を図８に示す。図８に示すように、酸化アルミニウム層が露出した部分が確認された。このことから、コート層が酸化アルミニウム層から剥離したことが確認された。
【０１０４】
［参考例４］
Ａｌ箔（厚さ１５μｍ、ＵＡＣＪ製１Ｎ３０）に対して、１００℃のアルカリ溶液に８０秒間浸漬させるベーマイト処理を行った。これにより、Ａｌ箔（集電層）の表面に酸化アルミニウム層を有する正極集電体を得た。その後、比較例２と同様の方法により、酸化アルミニウム層の表面にコート層を形成した。これにより、Ａｌ箔（集電層）、酸化アルミニウム層およびコート層をこの順に有する正極集電体を得た。
【０１０５】
［実施例１］
Ａｌ箔（厚さ１５μｍ、ＵＡＣＪ製１Ｎ３０）に対して、１００℃のアルカリ溶液に８０秒間浸漬させるベーマイト処理を行った。これにより、Ａｌ箔（集電層）の表面に酸化アルミニウム層を有する正極集電体を得た。次に、酸化アルミニウム層の表面に、コート層を形成した。比較例２と同様にしてペーストを作製した。得られたペーストを、Ａｌ箔に対して、乾燥後の厚さが１０μｍとなるように塗工し、電気炉を用い８５℃で１分間乾燥させ、コート層を形成した。これにより、Ａｌ箔（集電層）、酸化アルミニウム層およびコート層をこの順に有する正極集電体を得た。
【０１０６】
［評価］
（接着力測定）
実施例１および参考例４で作製した正極集電体に対して、接着力測定を行った。接着力測定では、図９に示すように、補強板３１の一方の面に、正極集電体１４を固定した。その後、正極集電体１４のコート層３の表面に、接着剤を用いてスタッドピン３２を固定し、鉛直下向きに荷重を加えた。測定装置として薄膜密着強度測定器（Quad group製Romulus）を用い、荷重範囲０〜１００ｋｇ、荷重増加速度２ｋｇ／秒の条件で測定した。なお、スタッドピンがコート層に接触する接触部の径はφ２．７ｍｍであった。その結果を図１０に示す。図１０に示すように、参考例４の接着力は１４０ｋｇｆ／ｃｍ２であり、実施例１の接着力は２０５ｋｇｆ／ｃｍ２であり、接着力は４６．５％も増加した。
【０１０７】
（ＸＰＳ測定）
実施例１および参考例４で作製した正極集電体に対して、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）測定を行った。測定装置として全自動走査型Ｘ線光電子分光装置（アルバック・ファイ製Quantera SXM）、Ｘ線源として単色化ＡｌＫαを用い、Ｘ線出力１２．４Ｗ、Ｘ線ビームサイズ５０μｍφ、光電子取り出し角４５°の条件で測定した。その結果を図１１に示す。図１１に示すように、実施例１では、酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合が存在するが、参考例４では、酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合は存在しないことが確認された。すなわち、コート層に含まれるＦ元素が熱により拡散し、酸化アルミニウム層に含まれるＡｌ元素と反応したことが確認された。コート層に用いられたＰＶＤＦは、一般的に化学的安定性が高いことが知られているが、ＰＶＤＦに含まれるＦ元素は、意外にも、酸化アルミニウム層に含まれるＡｌ元素と反応し、Ａｌ−Ｆ結合を形成した。
【０１０８】
（ＦＥ−ＳＥＭ観察）
実施例１および参考例４で作製した正極集電体に対して、電界放出形走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）による観察を行った。観察する断面は、ＢＩＢ(Broad Ion Beam)法により作製した。測定装置としてＦＥ−ＳＥＭ装置（日立ハイテクノロジー製S-4800）を用い、加速電圧４ｋＶの条件で測定した。その結果を図１２に示す。図１２に示すように、実施例１では、コート層から酸化アルミニウム層および集電層（Ａｌ箔）に向かって、Ｆ元素が拡散していることが確認された。一方、参考例４では、Ｆ元素の拡散は確認されなかった。また、実施例１で作製した正極集電体に対して、厚さ方向に沿ってライン分析を行った。その結果を図１３に示す。図１３に示すように、Ｆ元素は、酸化アルミニウム層に偏在していることが確認された。また、酸化アルミニウム層におけるＦ元素の強度の最大値は、コート層内部におけるＦ元素の強度の平均値に比べて２倍以上であった。すなわち、実施例１および参考例４の結果から、集電層と、酸化アルミニウム層と、導電性材料、樹脂および無機フィラーを含有するコート層とをこの順に有する電極集電体において、酸化アルミニウム層にＡｌ−Ｆ結合が存在することにより、接着力が向上することが確認された。
【符号の説明】
【０１０９】
１  …  集電層
２  …  酸化アルミニウム層
３  …  コート層
１０  …  電極集電体
１１  …  正極活物質層
１２  …  負極活物質層
１３  …  固体電解質層
１４  …  正極集電体
１５  …  負極集電体
１００  …  全固体電池
１１０  …  釘
【図１】
2019117731.tif 000004
【図２】
2019117731.tif 000005
【図３】
2019117731.tif 000006
【図４】
2019117731.tif 000007
【図５】
2019117731.tif 000008
【図６】
2019117731.tif 000009
【図７】
2019117731.tif 000010
【図８】
2019117731.tif 000011
【図９】
2019117731.tif 000012
【図１０】
2019117731.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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