(57)【要約】【課題】レート特性に優れるとともに、液漏れや発火の危険性のない全固体二次電池、及びこの電池を製造する方法を提供すること。【解決手段】正極板を構成する正極活物質層は、正極活物質粒子と金属酸化物からなる第１の結着物質とを含有しており、負極板を構成する負極活物質層は、負極活物質粒子と金属又は金属酸化物からなる第２の結着物質とを含有しており、正極活物質粒子と正極集電体、および正極活物質粒子同士は、第１の結着物質によって、負極活物質粒子と負極集電体、および負極活物質粒子同士は、第２の結着物質によって固着され、固体電解質層が、リチウムイオン伝導性を有する酸化物、又はリチウムイオン伝導性を有する硫化物を少なくとも有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体上に正極活物質層を備える正極板と、負極集電体上に負極活物質層を備える負極板と、固体電解質層とを少なくとも備え、
前記正極活物質層は、正極活物質粒子と、金属酸化物からなる第１の結着物質と、を含有しており、
前記負極活物質層は、負極活物質粒子と、金属又は金属酸化物からなる第２の結着物質と、を含有しており、
前記正極活物質粒子と前記正極集電体、および前記正極活物質粒子同士は、前記第１の結着物質によって固着されており、また、前記負極活物質粒子と前記負極集電体、および前記負極活物質粒子同士は、前記第２の結着物質によって固着されており、
前記固体電解質層が、リチウムイオン伝導性を有する酸化物、又はリチウムイオン伝導性を有する硫化物を少なくとも有することを特徴とする全固体二次電池。
【請求項２】
前記リチウムイオン伝導性を有する酸化物が、ガラス、又はＮＡＳＩＣＯＮ構造を有する酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の全固体二次電池。
【請求項３】
前記リチウムイオン伝導性を有する硫化物が、ＬＩＳＩＣＯＮ構造を有する硫化物であることを特徴とする請求項１に記載の全固体二次電池
【請求項４】
リチウムイオン伝導性を有する酸化物の軟化点が、６６０℃以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の全固体二次電池。
【請求項５】
収納ケースと、正極端子および負極端子を備える全固体二次電池と、過充電および過放電保護機能を有する保護回路とを少なくとも備え、前記収納ケースに全固体二次電池および前記保護回路が収納されて構成される電池パックにおいて、
前記全固体二次電池が、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の全固体二次電池であることを特徴とする電池パック。
【請求項６】
第１電極板、固体電解質層、第２電極板がこの順で積層されてなる全固体二次電池の製造方法であって、
集電体上に電極活物質粒子と金属酸化物を含有する電極活物質層を備え前記活物質粒子と前記集電体及び前記活物質粒子同士が前記金属酸化物によって固着されてなる第１電極板と、集電体上に電極活物質粒子と金属酸化物を含有する電極活物質層を備え前記活物質粒子と前記集電体及び前記活物質粒子同士が前記金属酸化物によって固着されてなる第２電極板と、を準備する準備工程と、
リチウムイオン伝導性を有する酸化物、又はリチウムイオン伝導性を有する硫化物を溶剤に分散してなる塗工液を、前記第１電極板の電極活物質層上に塗工して塗膜を形成する塗膜形成工程と、
前記塗膜上に前記第２電極板を重ね合わせた後に加熱を行う加熱工程と、
を有することを特徴とする全固体二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全固体二次電池、および全固体二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池に代表される二次電池は、高エネルギー密度、高電圧を有し、また充放電時にいわゆるメモリ効果と呼ばれる完全に放電させる前に電池の充電を行なうと次第に電池容量が減少していく現象が無いことから、携帯機器、ノート型パソコン、ポータブル機器など様々な分野で用いられている。
【０００３】
現在、地球温暖化防止の対策として、世界規模でＣＯ2排出抑制の取り組みが行われているなかで、石油依存度を低減し、低環境負荷で走行可能とすることで、ＣＯ2削減に大いに寄与することができるプラグインハイブリッド自動車、電気自動車に代表される次世代クリーンエネルギー自動車の開発・普及が急務とされている。これらの次世代クリーンエネルギー自動車の駆動力として二次電池を利用することができれば、ガソリンに依存する必要がなく、ＣＯ2削減に大いに寄与することができ、地球温暖化防止に大いに貢献することができる。一方で、次世代クリーンエネルギー自動車の駆動力として二次電池が利用されるためには、出力特性の向上が必要とされている。
【０００４】
現在、各種の提案がされている二次電池は、正極板、負極板、セパレータ、及び非水電解液から構成される。正極板としては、金属箔などの集電体表面に、正極活物質粒子が固着されてなる電極活物質層を備える非水電解液二次電池が一般的である。また負極板としては、銅やアルミニウムなどの集電体表面に、負極活物質粒子が固着されてなる電極活物質層を備えるものが一般的である。また、非水電解液としては、有機系電解液が知られている。
【０００５】
上記正極板または負極板である電極板を製造するには、まず、正極活物質粒子または負極活物質粒子である電極活物質粒子、樹脂製のバインダー、あるいはさらに、必要に応じて導電材やその他の材料を用い、溶媒中で混練及び／又は分散させて、スラリー状の電極活物質層用塗工液を調製する。そして電極活物質層用塗工液を集電体表面に塗工し、次いで乾燥させて集電体上に塗膜を形成し、プレスすることにより電極活物質層を備える電極板が形成される（たとえば、特許文献１、または特許文献２）。
【０００６】
このとき、電極活物質層用塗工液に含有される電極活物質粒子は、該液に分散する粒子状の金属化合物であって、それ自体だけでは、集電体表面に塗工され、乾燥させ、プレスされても該集電体表面に固着され難く、集電体からすぐに剥離してしまう。そこで、電極活物質層を形成する場合には、樹脂製のバインダーを電極活物質層用塗工液に添加し、この樹脂製のバインダーにより、電極活物質粒子を集電体上に固着させるとともに、電極活物質粒子同士を固着させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３１００１０号公報
【特許文献２】特開２００６−１０７７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１、特許文献２に提案されている方法により形成された電極板は、電極活物質粒子と集電体および電極活物質粒子同士が樹脂製のバインダーで固着されていることから、電極活物質層のインピーダンスが大きくなってしまい、レート特性を向上することができないといった問題がある。
【０００９】
また、非水電解液として広く用いられている有機系の電解液は、有機溶媒を含むことから可燃性であり、非水電解液として有機系の電解液を二次電池に用いる場合には、液漏れや発火の危険性を伴うものであった。このような危険性を防止するために、非水電解液にかえて、固体電解質層を備える全固体二次電池も存在している。全固体二次電池は、固体電解質層の両面に正負電極板が設けられてなる構成をとる。この、全固体二次電池は固体電解質の粉末を溶剤に分散してなる塗工液を基材上に塗工し、加熱・プレス等して電極シートを形成し、該電極シートの両面に正負電極活物質層を設けることによって、又は、固体電解質の粉末を溶媒に分散してなる塗工液を電極板上に塗工し、加熱・プレス等することによって得ることができる。このとき、全固体二次電池の電極板に、樹脂製のバインダーが含有されている場合には、固体電解質層を形成する際に加熱を行うことができず、電極板と固体電解質層との密着性が不十分であるといった問題もある。
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、レート特性に優れるとともに、液漏れや発火の危険性のない全固体二次電池を提供すること、および、この全固体二次電池を容易に製造することができる全固体二次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】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明は、正極集電体上に正極活物質層を備える正極板と、負極集電体上に負極活物質層を備える負極板と、固体電解質層とを少なくとも備え、前記正極活物質層は、正極活物質粒子と、金属酸化物からなる第１の結着物質と、を含有しており、前記負極活物質層は、負極活物質粒子と、金属又は金属酸化物からなる第２の結着物質と、を含有しており、前記正極活物質粒子と前記正極集電体、および前記正極活物質粒子同士は、前記第１の結着物質によって固着されており、また、前記負極活物質粒子と前記負極集電体、および前記負極活物質粒子同士は、前記第２の結着物質によって固着されており、前記固体電解質層が、リチウムイオン伝導性を有する酸化物、又はリチウムイオン伝導性を有する硫化物を少なくとも有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記リチウムイオン伝導性を有する酸化物が、ガラス、又はＮＡＳＩＣＯＮ構造の酸化物であってもよい。また、前記リチウムイオン伝導性を有する硫化物が、ＬＩＳＩＣＯＮ構造の硫化物であってもよい。また、前記リチウムイオン伝導性を有する酸化物の軟化点が、６６０℃以下であってもよい。
【００１３】
また、上記課題を解決するための本発明は、収納ケースと、正極端子および負極端子を備える全固体二次電池と、過充電および過放電保護機能を有する保護回路とを少なくとも備え、前記収納ケースに全固体二次電池および前記保護回路が収納されて構成される電池パックにおいて、前記全固体二次電池が、上記の特徴を有する全固体二次電池であることを特徴とする。
【００１４】
また、上記課題を解決するための本発明の方法は、第１電極板、固体電解質層、第２電極板がこの順で積層されてなる全固体二次電池の製造方法であって、集電体上に電極活物質粒子と金属酸化物を含有する電極活物質層を備え前記活物質粒子と前記集電体及び前記活物質粒子同士が前記金属酸化物によって固着されてなる第１電極板と、第２電極板とを準備する準備工程と、リチウムイオン伝導性を有する酸化物、又はリチウムイオン伝導性を有する硫化物を少なくとも溶剤に分散してなる塗工液を、前記第１電極板の電極活物質層上に塗工して塗膜を形成する塗膜形成工程と、前記塗膜上に前記第２電極板を重ね合わせた後に加熱を行う加熱工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の全固体二次電池によれば、出入力特性と、安全性に優れ、高温環境下でも安全性が保持される。
【００１６】
また、本発明の電池パックによれば、上記の全固体二次電池の作用効果が図られた電池パックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の全固体二次電池の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の全固体二次電池用正極板の断面図である。
【図３】アルカリ金属イオン挿入脱離反応を示す金属酸化物を用いたサイクリックボルタンメトリー試験の結果を示すサイクリックボルタモグラムである。
【図４】アルカリ金属イオン挿入脱離反応を示さない金属酸化物を用いたサイクリックボルタンメトリー試験の結果を示すサイクリックボルタモグラムである。
【図５】本発明の電池パックの一例を示す断面分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（全固体二次電池）
以下、本発明の全固体二次電池について図１を用いて説明する。なお、図１は、本発明の全固体二次電池１００の一例を示す概略図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明の全固体二次電池１００は、正極集電体１の一方面側に正極活物質層２が設けられてなる正極板１０、及び、これに組合される負極集電体５５の一方面側に負極活物質層５４が設けられてなる負極板５０と、正極板１０と負極板５０との間に設けられる固体電解質層３とから構成され、これらが、外装８１で構成される容器内に収容された構成をとる。ここで、本発明の全固体二次電池１００は、正極活物質層２が、正極活物質粒子と、金属酸化物からなる第１の結着物質と、を含有しており、正極活物質粒子と正極集電体、および正極活物質粒子同士は、第１の結着物質によって固着されており、また、負極活物質層５４が、負極活物質粒子と、金属、又は金属酸化物からなる第２の結着物質と、を含有しており、負極活物質粒子と負極集電体５５、および負極活物質粒子同士は、第２の結着物質によって固着されている。さらに、本発明の全固体二次電池１００は、固体電解質層３が、リチウムイオン伝導性を有する酸化物、又はリチウムイオン伝導性を有する硫化物を有することを特徴とする。以下、本発明の全固体二次電池１００の具体的な構成について説明する。なお、以下の説明において、特に断りがない場合には、本発明の全固体二次電池１００として、リチウムイオン二次電池を例に説明する。
【００２０】
＜＜正極板＞＞
次に、図２を参照して本発明の全固体二次電池１００を構成する正極板１０について説明する。なお、図２（ａ）、（ｂ）は本発明の全固体二次電池用正極板の断面図である。
【００２１】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、正極板１０は、正極集電体１と、正極集電体１上に形成される正極活物質層２とを備え、正極活物質層２は、正極活物質粒子２１と、金属酸化物からなる第１の結着物質２２と、を含有している。そして、正極活物質粒子２１と正極集電体１、および正極活物質粒子２１同士は、この金属酸化物からなる第１の結着物質２２によって固着されている。以下、正極集電体１、正極活物質層２について更に具体的に説明する。
【００２２】
＜正極集電体＞
本発明に用いられる正極集電体１は、一般的に全固体二次電池用正極板の正極集電体として用いられるものであれば、特に限定されない。例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔などの単体又は合金から形成された正極集電体を好ましく用いることができる。なお、正極板１０に用いられる正極集電体１は、必要に応じて正極活物質層２の形成が予定される面（正極集電体１の表面）において表面加工処理がなされている集電体１であってもよい。その表面に表面加工処理がなされている正極集電体１としては、導電性物質が集電機能を有する材料の表面に積層された正極集電体、化学研磨処理、コロナ処理、酸素プラズマ処理がなされた正極集電体等が挙げられる。すなわち、正極集電体１には、集電機能を有する材料のみから形成される集電体のみならず、その表面に導電性を担保するための物質が積層されたものや、何らかの表面処理がなされたものも含まれる。
【００２３】
＜正極活物質層＞
正極活物質層２は、正極活物質粒子２１と、正極集電体１と正極活物質粒子２１、および正極活物質粒子２１同士を固着させるための金属酸化物からなる第１の結着物質２２とを含有している。
【００２４】
正極活物質層２の層厚について特に限定はなく、一般的には、３００ｎｍ以上２００μｍ以下程度である。特に、本発明は、金属酸化物からなる第１の結着物質２２の存在により、正極活物質層２の層厚を上げることなくレート特性を向上させることができ、正極活物質層２の層厚をさらに薄くすることも可能である。
【００２５】
以下、正極活物質粒子２１、金属酸化物からなる第１の結着物質２２について具体的に説明する。
【００２６】
（正極活物質粒子）
正極活物質粒子２１は、充放電可能な正極活物質粒子を適宜選択して用いることができ、正極活物質粒子２１について特に限定はない。リチウムイオン二次電池における、正極活物質粒子２１としては、例えば、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＦｅＯ2、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12、ＬｉＦｅＰＯ4、ＬｉＮｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3Ｏ2、ＬｉＮｉ0.80Ｃｏ0.15Ａｌ0.05Ｏ2、などのリチウム遷移金属複合酸化物などの正極活物質粒子を挙げることができる。
【００２７】
これらの正極活物質粒子２１の中でも、ＬｉＭｎ2Ｏ4を特に好適に使用することができる。ＬｉＭｎ2Ｏ4は種々の正極活物質の中でも特に高いレート特性を有することから、本発明の特徴である金属酸化物による固着と相俟って、更なるレート特性の向上が図られ、充放電の高速化を発揮することができる。
【００２８】
正極活物質粒子２１の粒子径について特に限定されず、任意の大きさのものを適宜選択して使用することができる。ただし、正極活物質粒子の粒子径が小さいほど、単位重量当たりの表面積を増大し、レート特性の向上を図ることができる。したがって、より高いレート特性を求める場合には、正極活物質粒子２１は、粒子径の寸法の小さいもの、具体的には１０μｍ未満であることが好ましく、５μｍ以下、特に好ましくは１μｍ以下である。
【００２９】
なお、本発明及び本明細書に示す正極活物質粒子２１、および後述する負極活物質粒子の粒子径は、レーザー回折／散乱式粒度分布測定により測定される平均粒子径（体積中位粒径：Ｄ５０）である。また、正極活物質粒子、および負極活物質粒子の粒子径は、測定された電子顕微鏡観察結果のデータを、粒子認識ツールを用いて識別し、認識された粒子の画像から取得した形状データをもとに粒度分布のグラフを作成し、この粒度分布のグラフから算出することができる。粒度分布のグラフは、例えば、電子顕微鏡観察結果を画像解析式粒度分布測定ソフトウェア（株式会社マウンテック製、ＭＡＣ  ＶＩＥＷ）を用いて作成可能である。
【００３０】
（第１の結着物質）
図２に示すように、正極板１０を構成する正極活物質層２には、金属酸化物からなる第１の結着物質２２が含有されており、正極集電体１と正極活物質粒子２１、および正極活物質粒子２１同士は、第１の結着物質によって固着している。以下、金属酸化物からなる第１の結着物質を単に「第１の結着物質」という場合がある。
【００３１】
第１の結着物質２２としては、正極集電体１と正極活物質粒子２１、および正極活物質粒子２１同士を固着させることができるあらゆる金属酸化物を適宜選択して使用することができる。
【００３２】
このような金属酸化物としては、一般的に金属と理解される金属元素、例えば、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｆｒ、Ｒａ、およびＣｅなどの酸化物や、コバルト、ニッケル、マンガン、鉄、及びチタンの中から選択される１種以上の金属と、リチウムとの複合酸化物、例えば、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＦｅＯ2、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12、ＬｉＦｅＰＯ4、ＬｉＮｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3Ｏ2、ＬｉＮｉ0.9Ｃｏ0.1Ｏ2、ＬｉＮｉ0.80Ｃｏ0.15Ａｌ0.05Ｏ2、などのリチウム遷移金属複合酸化物などを挙げることができる。
【００３３】
第１の結着物質２２は、アルカリ金属イオン挿入脱離反応を示さない金属酸化物であってもよく、アルカリ金属イオン挿入脱離反応を示す金属酸化物であってもよい。正極活物質層２中に含有される第１の結着物質２２が、アルカリ金属イオン挿入脱離反応を示さない金属酸化物である場合には、アルカリ金属イオンと第１の結着物質とが電気化学的に反応することがないことから、第１の結着物質の電気化学的な反応に伴う膨張や反応物が生じず、結果として正極活物質層２中の第１の結着物質２２の膨張や欠損などによる劣化を抑制することができるという利点がある。一方、正極活物質層２中に含有される第１の結着物質２２が、アルカリ金属イオン挿入脱離反応を示す金属酸化物である場合には、この第１の結着物質２２自体も、電極活物質として機能し得ることから、正極板１０の容量を増大させることができるという利点がある。
【００３４】
第１の結着物質２２のアルカリ金属イオン挿入脱離反応の有無については、電気化学測定（サイクリックボルタンメトリー：ＣＶ）法により確認することができる。以下に、ＣＶ試験について説明する。例えば、電極電位を電極活物質の適切な電圧範囲において、例えばアルカリ金属イオンとしてリチウムイオンを想定し、第１の結着物質２２がＬｉＭｎ2Ｏ4であれば、３．０Ｖから４．３Ｖまで掃引したのち、再び３．０Ｖまで戻す作業を３回程度繰り返すものである。走査速度は１ｍＶ/秒が好ましい。例えばＬｉＭｎ2Ｏ4であれば、図３に示すように、約３．９Ｖ付近にＬｉＭｎ2Ｏ4のアルカリ金属イオン脱離反応に相当する酸化ピークが出現し、約４．１Ｖ付近にアルカリ金属イオン挿入反応に相当する還元ピークが出現し、これによってアルカリ金属イオンの挿入脱離反応の有無を確認することができる。また、図４に示すように、ピークが出現しない場合にはアルカリ金属イオンの挿入脱離反応がないと判断することができる。
【００３５】
本発明において、正極活物質粒子２１と正極集電体１、および正極活物質粒子同士２１が、第１の結着物質２２によって固着される、という場合には、以下の２つの態様を含む。第１の固着態様は、被固着物間（例えば、正極活物質粒子２１と正極集電体１との間、正極活物質粒子２１間、あるいは導電材を使用する場合には、導電材と正極活物質粒子２１間、導電材粒子間など）に、第１の結着物質２２が介在して両者を固着させる態様である。第２の固着態様は、被固着物同士が直接接触し、接触部分を囲んで第１の結着物質２２が存在することによって、被固着物同士を固着させる態様である。本発明では、正極活物質層中において、上記の第１の固着態様、および第２の固着態様の何れかの態様、又は双方の態様が存在している。特に、正極活物質層中に含まれる正極活物質粒子２１の粒子径が小さくなるほど、第２の固着態様が増える傾向にある。
【００３６】
第１の結着物質２２は、正極活物質層中に上記の第１の固着態様、あるいは第２の固着態様で被固着物間を固着させるような形状で存在していればよく、第１の結着物質２２の大きさ、形状について特に限定されることはない。例えば、第１の結着物質２２が、微小な粒子状の金属酸化物であって、多数の微小な粒子状の第１の結着物質２２が、正極活物質粒子２１の１つ、又は２つ以上の集合体の全面又は一部を取り囲むように存在していてもよい。
【００３７】
特に、図２（ｂ）に示すように、正極活物質層２は、隣り合う第１の結着物質２２同士の一部において、結晶格子が連続することにより繋がっている箇所を含んでいることが好ましい。この構成により、膜密着性を向上させレート特性を向上させることができる。上述のとおり、本発明における第１の結着物質２２は、正極活物質粒子２１を正極集電体１上に固着させるためのものであり、図１（ｂ）に示すように、第１の結着物質２２同士の少なくとも一部において、互いに結晶格子が連続することにより繋がっている箇所を含ませることで、正極活物質層２の膜密着性が向上するものと推察される。そして、この膜密着性の向上がレート特性の向上に寄与するものと思われる。
【００３８】
また、正極活物質層２の膜密着性を向上させるという観点からは、隣り合う第１の結着物質２２同士の結晶格子が連続する部分は、正極活物質層２に有意に存在することがより望ましい。尚、本発明において結着物質同士の結晶格子が連続するか否かは、透過型電子顕微鏡で正極活物質層における隣り合う結着物質の断面の結晶格子を観察することによって確認することができる。
【００３９】
正極活物質層において、隣り合う第１の結着物質２２同士における結晶格子が連続する箇所を含むよう構成するためには、後述する製造方法に従い正極板を製造することが望ましい。即ち、正極活物質層用塗工液を正極集電体上に塗工して塗膜を形成し、加熱などの手段を実施することによって該塗膜から正極活物質層を形成する。その際、該正極集電体上において、正極活物質粒子の周囲に存在する金属元素含有化合物が熱分解、酸化などの反応を起こして、正極活物質粒子の周囲に結着物質である第１の結着物質が生成される。このとき、隣接する結着物質同士（あるいはその前駆体）の一部が接合していると、該接合部分において、両者の結晶成長が同時に進行し易い。上記接合部分において結晶成長が同時に進行する結果、正極活物質層において、隣り合う結着物質同士における結晶格子が連続する箇所を含むよう構成される。
【００４０】
また、第１の結着物質２２が非粒子状であって、正極活物質粒子２１と正極集電体１との間、正極活物質粒子２１間を、空隙を残して充填する連続体であってもよい。あるいは、第１の結着物質２２が、正極活物質粒子２１の２つ以上の集合体を包囲する膜状、ひだ状、またはこぶ状の連続的な被覆層を形成していてもよい。また、第１の結着物質２２の表面は、走査型電子顕微鏡レベルで観察した際に、例えば、滑らかな状態で観察されるもの、無数の突起が密集しているもの、粒子間のあるもの、あるいはこれらの組合せなどであってもよく、その表面状態について何ら限定されることはない。つまり、本発明における第１の結着物質２２は、正極活物質粒子２１の少なくとも一部を包囲し、かつ第１の結着物質２２同士が繋がり、あるいは第１の結着物質２２が連続体であり、加えて、第１の結着物質２２のうち正極集電体１の近傍の第１の結着物質２２が正極集電体１の表面に繋がることによって正極活物質層２を構成するものであればよい。
【００４１】
また、本発明において、正極活物質層２中に含有される正極活物質粒子２１と第１の結着物質２２との配合比率について特に限定されることはないが、第１の結着物質２２の含有量が少なすぎる場合には、正極集電体１と正極活物質粒子２１、および正極活物質粒子２１同士の固着力を所望の程度まで上げることができなくなるおそれや、レート特性の向上を充分に満足させることができなくなるおそれが生じうる。したがって、この点を考慮すると、正極活物質粒子２１の質量比率を１００質量部としたときの、第１の結着物質２２の質量比率は、１質量部以上１００質量部以下であることが好ましい。
【００４２】
また、上記正極活物質層２は、正極活物質粒子２１、第１の結着物質２２のみから構成されていてもよいが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、さらなる添加剤を含有させて形成してもよい。たとえば、本発明によれば、カーボンブラック等の導電性の炭素材料に例示される導電材を使用することなく良好な導電性を発揮させることが可能であるが、より優れた導電性が望まれる場合や、活物質粒子の種類などによっては、導電材を使用することとしてもよい。
【００４３】
（正極板の製造方法）
正極板１０は、上述したように、正極集電体１上に正極活物質層２が設けられてなり、正極活物質層２が、正極活物質粒子２１、および金属酸化物からなる第１の結着物質２２を含有し、且つこの第１の結着物質２２によって、正極集電体１と正極活物質粒子２１、および正極活物質粒子２１同士が固着されてなる構成をとる。このような構成をとることができれば、正極板１０の製造方法について特に限定はないが、本発明においては、以下の方法により、上述した正極板を歩留まり良く製造することができる。以下、好ましい製造方法について具体的に説明する。
【００４４】
上述した正極板１０の好ましい製造方法は、塗工工程と加熱工程とから構成される。以下、各工程について説明する。
【００４５】
（塗工工程）
塗工工程は、上記で説明した正極活物質粒子２１と、加熱することで金属酸化物（第１の結着物質２２）となる１種又は２種以上の金属元素含有化合物とが含有される正極活物質層用塗工液を、正極集電体１上の少なくとも一部に塗工して塗膜を形成する工程である。
【００４６】
金属元素含有化合物は、正極活物質粒子２１と正極集電体１、および正極活物質粒子２１同士を固着させる金属酸化物（第１の結着物質２２）の前駆体である。したがって、正極活物質層用塗工液中に添加された状態で基板上に塗工され、加熱されたときに、金属酸化物（第１の結着物質２２）となることができるいかなる金属元素含有化合物であってもよい。
【００４７】
上記金属元素含有化合物としては、リチウム元素含有化合物と、コバルト、ニッケル、マンガン、鉄またはチタンから選択されるいずれかの金属元素を含む金属元素含有化合物の１種あるいは２種以上とを好ましく用いることができる。金属元素含有化合物は、当該化合物内に炭素が含まれていない、無機金属元素含有化合物であってもよいし、あるいは当該化合物内に炭素が含まれて構成される有機金属元素含有化合物であってもよい。本発明および本明細書において、無機金属元素含有化合物及び有機金属含有化合物をあわせて、単に金属元素含有化合物という場合がある。
【００４８】
また金属元素含有化合物としては、リチウム元素あるいはコバルト等の他の金属元素の炭酸塩、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、過塩素酸塩、酢酸塩、リン酸塩、臭素酸塩等を挙げることができる。中でも、本発明においては、炭酸塩、塩化物、硝酸塩、酢酸塩は汎用品として入手が容易なので、使用することが好ましい。とりわけ、硝酸塩は広範囲の種類の正極集電体に対して成膜性がよいので、好ましく使用される。
【００４９】
例えば、第１の結着物質２２としてＬｉＣｏＯ2を生成するための金属元素含有化合物としては、Ｌｉ元素含有化合物、及びＣｏ元素含有化合物を主原料として組み合わせて用いることができ、さらに、必要に応じてその他の原料を組み合わせて用いることもできる。Ｌｉ元素含有化合物としては、例えば、炭酸リチウム、クエン酸リチウム四水和物、過塩素酸リチウム三水和物、酢酸リチウム二水和物、硝酸リチウム、及びりん酸リチウム等が挙げられ、また、Ｃｏ元素含有化合物としては、例えば、炭酸コバルト、塩化コバルト（ＩＩ）六水和物、蟻酸コバルト（ＩＩ）二水和物、コバルト（ＩＩＩ）アセチルアセトナート、コバルト（ＩＩ）アセチルアセトナート二水和物、酢酸コバルト（ＩＩ）四水和物、しゅう酸コバルト（ＩＩ）二水和物、硝酸コバルト（ＩＩ）六水和物、塩化コバルト（ＩＩ）アンモニウム六水和物、亜硝酸コバルト（ＩＩＩ）ナトリウム、及び硫酸コバルト（ＩＩ）七水和物等が挙げられる。主原料として用いるＬｉ元素含有化合物、及びＣｏ元素含有化合物の組み合わせ割合（Ｌｉ：Ｃｏ＝Ｘ：１）は、特に限定されないが、１≦Ｘ＜２であることが好ましく、１≦Ｘ≦１．２であることがより好ましい。
【００５０】
また、第１の結着物質２２としてＬｉＮｉＯ2を生成するための金属元素含有化合物としては、Ｌｉ元素含有化合物、及びＮｉ元素含有化合物を主原料として組み合わせて用いることができ、さらに、必要に応じてその他の原料を組み合わせて用いることもできる。Ｌｉ元素含有化合物の例は、上述するＬｉＣｏＯ2を生成する場合と同様であり、また、Ｎｉ元素含有化合物としては、例えば、炭酸ニッケル、塩化ニッケル（ＩＩ）六水和物、酢酸ニッケル（ＩＩ）四水和物、過塩素酸ニッケル（ＩＩ）六水和物、臭化ニッケル（ＩＩ）三水和物、硝酸ニッケル（ＩＩ）六水和物、ニッケル（ＩＩ）アセチルアセトナート二水和物、次亜りん酸ニッケル（ＩＩ）六水和物、及び硫酸ニッケル（ＩＩ）六水和物等が挙げられる。主原料として用いるＬｉ元素含有化合物、及びＮｉ元素含有化合物の組み合わせ割合（Ｌｉ：Ｎｉ＝Ｘ：１）は、特に限定されないが、１≦Ｘ＜２であることが好ましく、１≦Ｘ≦１．２であることがより好ましい。
【００５１】
また、第１の結着物質２２としてとしてＬｉＭｎ2Ｏ4を生成するための金属元素含有化合物としては、Ｌｉ元素含有化合物、及びＭｎ元素含有化合物を主原料として組み合わせて用いることができ、さらに、必要に応じてその他の原料を組み合わせて用いることもできる。Ｌｉ元素含有化合物の例は、上述するＬｉＣｏＯ2を生成する場合と同様であり、また、Ｍｎ元素含有化合物としては、例えば、炭酸マンガン、酢酸マンガン（ＩＩＩ）二水和物、硝酸マンガン（ＩＩ）六水和物、硫酸マンガン（ＩＩ）五水和物、しゅう酸マンガン（ＩＩ）二水和物、及びマンガン（ＩＩＩ）アセチルアセトナート等が挙げられる。主原料として用いるＬｉ元素含有化合物、及びＭｎ元素含有化合物の組み合わせ割合（Ｌｉ：Ｍｎ＝Ｘ：１）は、特に限定されないが、０．５≦Ｘ＜１であることが好ましく、０．５≦Ｘ≦０．６であることがより好ましい。
【００５２】
また、第１の結着物質２２としてとしてＬｉＦｅＯ2を生成するための金属元素含有化合物としては、Ｌｉ元素含有化合物、及びＦｅ元素含有化合物を主原料として組み合わせて用いることができ、さらに、必要に応じてその他の原料を組み合わせて用いることもできる。Ｌｉ元素含有化合物の例は、上述するＬｉＣｏＯ2を生成する場合と同様であり、また、Ｆｅ元素含有化合物としては、例えば、塩化鉄（ＩＩ）四水和物、クエン酸鉄（ＩＩＩ）、酢酸鉄（ＩＩ）、しゅう酸鉄（ＩＩ）二水和物、硝酸鉄（ＩＩＩ）九水和物、乳酸鉄（ＩＩ）三水和物、及び硫酸鉄（ＩＩ）七水和物等が挙げられる。主原料として用いるＬｉ元素含有化合物、及びＦｅ元素含有化合物の組み合わせ割合（Ｌｉ：Ｆｅ＝Ｘ：１）は、特に限定されないが、１≦Ｘ＜２であることが好ましく、１≦Ｘ≦１．２であることがより好ましい。
【００５３】
また、第１の結着物質２２としてとしてＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12を生成するための金属元素含有化合物としては、Ｌｉ元素含有化合物、及びＴｉ元素含有化合物を主原料として組み合わせて用いることができ、さらに、必要に応じてその他の原料を組み合わせて用いることもできる。Ｌｉ元素含有化合物の例は、上述するＬｉＣｏＯ2を生成する場合と同様であり、また、Ｔｉ元素含有化合物としては、例えば、四塩化チタン、及びチタンアセチルアセトナート等が挙げられる。主原料として用いるＬｉ元素含有化合物、及びＴｉ元素含有化合物の組み合わせ割合（Ｌｉ：Ｔｉ＝Ｘ：１）は、特に限定されないが、０．８≦Ｘ＜２であることが好ましく、０．８≦Ｘ≦１．２であることがより好ましい。
【００５４】
上述する正極活物質層用塗工液において、溶媒中における、添加される１種または２種以上の金属元素含有化合物の添加量の合計の比率は、０．０１〜５ｍｏｌ／Ｌ、特に０．１〜２ｍｏｌ／Ｌが好ましい。上記濃度を０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上とすることにより、正極集電体１と該集電体表面で生成される正極活物質層２とを良好に密着させることができ、正極用活物質粒子２１の固着が図られる。また、上記濃度を、５ｍｏｌ／Ｌ以下とすることにより、上記正極活物質層用塗工液を正極集電体１の表面へ良好に塗工できる程度の良好な粘度を維持することができ、均一な塗膜を形成することができる。
【００５５】
また、上記正極活物質層用塗工液には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、導電材、あるいは、粘度調整剤である有機物、その他の添加剤を配合してもよい。金属元素含有化合物を溶解させるための溶媒は、該金属元素含有化合物を溶解することができるものであればよく、従来公知の溶媒を適宜選択して用いることができる。例えば、水、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソ−プロパノール、ｎ−ブタノール、イソ−ブタノール、２−ブタノール、ｔ−ブタノール等の低級アルコール、アセチルアセトン、ジアセチル、ベンゾイルアセトン等のケトン類、アセト酢酸エチル、ピルビン酸エチル、ベンゾイル酢酸エチル、ベンゾイル蟻酸エチル等のケトエステル類、トルエン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール及びこれらの混合溶媒を挙げることができる。
【００５６】
正極活物質層用塗工液を正極集電体１上に塗工する方法について特に限定はなく、一般的な塗工方法を適宜選択して用いることができる。例えば、印刷法、スピンコート、ディップコート、バーコート、スプレーコート等によって、正極集電体表面の任意の領域に塗工液を塗工することができる。また、正極集電体の表面が多孔質であったり、凹凸が多数設けられていたり、三次元立体構造を有したりする場合には、上記の方法以外に手動で塗工することも可能である。なお、本発明において使用する正極集電体は、必要に応じて、予めコロナ処理や酸素プラズマ処理等を行うことで、正極活物質層の成膜性をさらに改善することができる。
【００５７】
また、正極活物質層用塗工液の塗工量について特に限定はないが、加熱後の厚みが、上記で説明した正極活物質層の厚みとなるような範囲で塗工されていることが好ましい。
【００５８】
（加熱工程）
加熱工程は、上記で説明した塗工工程において形成された塗膜を加熱して溶媒を蒸発させるとともに、金属元素含有化合物から金属酸化物（第１の結着物質２２）を生成する工程である。具体的には、金属元素含有化合物を熱分解して、第１の結着物質２２を生成する工程である。そして、該加熱工程を経ることで、正極集電体１と正極活物質粒子２１、及び正極活物質粒子２１同士は、第１の結着物質２２によって固着された正極板１０が製造される。
【００５９】
加熱工程における加熱温度については、用いられる金属元素含有化合物を熱分解することができる温度であればよく、したがってこれらの種類に応じて適宜設定することができる。
【００６０】
また、金属元素含有化合物が熱分解する温度で、塗膜を加熱することができる加熱方法あるいは加熱装置であれば、加熱方法について特に限定されることはない。例えば、ホットプレート、オーブン、加熱炉、赤外線ヒーター、ハロゲンヒーター、熱風送風機等のいずれかを使用するか、あるいは２以上を組み合わせて使用する方法を挙げることができる。
【００６１】
また、上記加熱工程における加熱雰囲気についても、特に限定されず、正極板を製造するために用いられる材料や加熱温度、金属元素の酸素ポテンシャルなどを勘案して適宜決定することができる。例えば、空気雰囲気である場合には、特別な雰囲気の調整が必要なく、簡易に加熱工程を実施することができる点で好ましい。特に正極集電体としてアルミ箔を用いる場合には、空気雰囲気下において加熱工程を実施しても、該アルミ箔が酸化するおそれがないので、好ましく加熱工程を実施することができる。
【００６２】
不活性ガス雰囲気または還元ガス雰囲気は、特に特定の雰囲気に限定されず、従来公知のこれらの雰囲気下において適宜実施することができる。たとえば、不活性ガス雰囲気としてはアルゴンガス、窒素ガス、還元ガス雰囲気としては、水素ガス、一酸化炭素ガス、あるいは上記不活性ガスと上記還元ガスを混合したガス雰囲気などが挙げられる。
【００６３】
＜＜負極板＞＞
次に、本発明の全固体二次電池１００を構成する負極板５０について説明する。負極板５０は、負極集電体５５上に形成される負極活物質層５４とを備え、負極活物質層５４が、負極活物質粒子と、金属または金属酸化物からなる第２の結着物質とを含有しており、この第２の結着物質によって、負極集電体と負極活物質粒子、および負極活物質粒子同士は固着されている。本発明は、このように、従来の樹脂製のバインダーの一部あるいは、全部にかえて、金属又は金属酸化物からなる第２の結着物質で、負極集電体５５と負極活物質粒子、および負極活物質粒子同士を固着させることで、負極板５０の電池特性を向上させており、さらに、この負極板５０を、上述したレート特性に優れた正極板１０と組合せることで、高温環境下で使用した場合であっても、電池特性に優れた全固体二次電池とすることができる。以下、負極集電体５５、負極活物質層５４について更に具体的に説明する。
【００６４】
負極板５０は、図２（ａ）、（ｂ）に示される正極板１０において、正極集電体１、正極活物質層２、正極活物質粒子２１、第１の結着物質２２を、それぞれ、負極集電体５５、負極活物質層、負極活物質粒子、第２の結着物質に置き換えた構成をとっており、具体的な説明は省略する。
【００６５】
＜負極集電体＞
負極集電体５５について特に限定はなく、全固体二次電池用負極板に用いられる従来公知の負極集電体５５を適宜選択して用いることができる。例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔、銅箔などの単体又は合金から形成された負極集電体を好ましく用いることができる。また、正極集電体１と同様、負極集電体５５には、その表面に導電性を担保するための物質が積層されたものや、何らかの表面処理がなされたものも含まれる。
【００６６】
負極集電体５５の厚みは、一般に全固体二次電池用負極板の負極集電体として使用可能な厚みであれば特に限定されないが、５〜２００μｍであることが好ましく、１０〜５０μｍであることがより好ましい。
【００６７】
＜負極活物質層＞
負極集電体５５上に形成される負極活物質層５４は、負極活物質粒子と、金属または金属酸化物とから構成されている。そして、負極集電体５５と負極活物質粒子、および負極活物質粒子同士は、この金属又は金属酸化物によって固着されており、これにより、負極集電体５５上に負極活物質層５４が形成されてなる負極板５０が形成される。
【００６８】
負極活物質層５４の層厚について特に限定はないが、レート特性を向上させつつも高容量を得るためには、層厚は、１μｍ〜１５０μｍであることが好ましい。負極活物質層５４の層厚を当該範囲とすることで、負極活物質層５４と負極集電体５５との距離を短くすることができ負極板５０のインピーダンスを下げることができる。
【００６９】
（負極活物質粒子）
負極板５０を構成する負極活物質層５４には、負極活物質粒子が含有される。負極活物質粒子について特に限定はなく、全固体二次電池の分野で従来公知の負極活物質粒子を適宜選択して用いることができる。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、アモルファス炭素、カーボンブラック、またはこれらの成分に異種元素を添加した炭素材料や、金属リチウム及びその合金、スズ、珪素及びそれらの合金や、珪素、チタンコバルトの酸化物、マンガン、鉄、コバルトの窒化物、リチウム元素とチタン元素とを含有する複合酸化物（例えば、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12、Ｌｉ2Ｔｉ3Ｏ7）など、リチウムイオンを吸蔵放出可能な材料を挙げることができる。中でも、本発明においては、レート特性等の電池特性の高いリチウムチタン複合酸化物を好適に使用することができる。
【００７０】
負極活物質粒子の形状について特に限定はなく、例えば、鱗片形状、偏平形状、紡錘形状、球状のものを用いることができる。また、負極活物質粒子の粒径についても特に限定はなく、設計される負極活物質層５４の厚みなどを勘案して、任意の大きさのものを適宜選択して使用することができる。なお、上記で説明した正極活物質粒子と同様、負極活物質粒子の粒子径を小さくすることで、レートと構成の向上を図ることができる。したがって、負極活物質粒子の粒子径は、１０μｍ未満であることが好ましく、５μｍ以下、特には１μｍ以下が好ましい。
【００７１】
（第２の結着物質）
負極集電体と負極活物質粒子、および負極活物質粒子同士を固着させるための第２の結着物質は、金属或いは金属酸化物からなる。本発明においては、上述した正極板とともに、負極板においても、負極活物質粒子と負極集電体、および負極活物質粒子同士を、金属または金属酸化物で固着させることで、電極板のインピーダンスを下げ、電池特性の向上を図ることができる。さらには、正極板とともに、負極板についても結着物質を、金属酸化物（負極板にあっては金属又は金属酸化物）とすることで、高温環境下での使用が可能となる。
【００７２】
第２の結着物質の金属としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、周期律表第４周期に属する遷移金属を好適に使用することができる。このような金属としては、銅、ニッケル、リチウム等を挙げることができる。また、第２の結着物質の金属酸化物としては、これらの金属の酸化物や、チタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12、Ｌｉ2Ｔｉ3Ｏ7）等の遷移金属複合酸化物等を好適に使用することができる。特に、周期律表第４周期に属する遷移金属は、化学的に安定で、複数の酸化数を形成することが可能であり、同じ元素でも複数の錯体を形成する。そのため、周期律表第４周期に属する金属、この金属の酸化物、或いはこの金属を含む複合酸化物は第２の結着物質としての利便性が高い。
【００７３】
なお、正極板で説明したことと同様の理由により、負極板５０においても、結着物質と樹脂製のバインダーとを併せて用い、これらによって負極集電体と負極活物質粒子、および負極活物質粒子同士を固着させることとしてもよい。
【００７４】
（その他の材料）
負極活物質層５４は、上述する負極活物質粒子及び結着物質のみから構成されていてもよいが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、さらなる添加剤を含有させて形成してもよい。たとえば、本発明において導電材を使用することなく良好な導電性を発揮させることが可能であるが、より優れた導電性が望まれる場合や、負極活物質粒子の種類などによっては、導電材を使用することとしてもよい。
【００７５】
（負極板の製造方法）
以下に、負極板５０を製造するための製造方法の一例について説明する。負極板５０の製造方法としては、負極集電体と負極活物質粒子、および負極活物質粒子同士が、金属酸化物からなる第２の結着物質で固着させた負極板の製造方法と、金属からなる第２の結着物質で固着させた負極板の製造方法がある。以下、具体的に説明する。
【００７６】
（１）第２の結着物質が金属酸化物である負極板の製造方法。
金属酸化物によって、負極集電体と負極活物質粒子、および負極活物質粒子同士を固着した負極板は、負極活物質粒子、金属元素を含む結着物質前駆体、溶媒、必要に応じてその他の材料とを用いて、負極活物質層用塗工液を調製し、該塗工液を負極集電体５５上に塗工した後に、塗工液を加熱することにより製造することができる。
【００７７】
負極活物質粒子は、上記で説明した負極活物質粒子を適宜選択して用いることができ、ここでの説明は省略する。
【００７８】
負極活物質層用塗工液の調製に用いられる、結着物質前駆体は、金属元素を含む前駆体であり、金属元素の塩化物、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、過塩素酸塩、リン酸塩、臭素酸塩等の金属塩や、これらの金属塩の水和物等を挙げることができる。中でも、塩化物、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩は汎用品としての入手が容易であるほか、これらの結着物質前駆体を溶媒に溶解させ、塗工液を負極集電体５５上に塗工して塗膜を形成し、加熱すると、塩素イオン、炭酸イオン、硝酸イオン、酢酸イオンを容易に塗膜中から消失させることができることから、これらを特に好適に用いることができる。
【００７９】
これらの結着物質前駆体の具体的な例としては、例えば、金属元素が銅である場合には、塩化銅、炭酸銅（ＩＩ）、硝酸銅、酢酸銅、酢酸銅（ＩＩ）一水和物等を挙げることができ、金属元素がニッケルである場合には、塩化ニッケル、炭酸ニッケル、硝酸ニッケル、酢酸ニッケル、硝酸ニッケル（ＩＩ）六水和物、酢酸ニッケル（ＩＩ）四水和物等を挙げることができ、金属元素がリチウムである場合には、塩化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、酢酸リチウム三水和物等を挙げることができる。
【００８０】
上記結着物質前駆体を溶解させるための溶媒は、該前駆体を溶解することができるものであればよく、上記の樹脂製の結着物質の製造方法で説明した溶媒と同様のものを用いることができる。
【００８１】
上述する塗工液において、溶媒に対し、添加される１種または２種以上の結着物質前駆体の添加量の合計の比率は、０．０１〜２０ｍｏｌ／Ｌ、特に０．１〜１０ｍｏｌ／Ｌが好ましい。上記濃度を０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上とすることにより、負極集電体５５と該集電体５５表面で生成される負極活物質層５４とを良好に密着させることができ、負極活物質粒子の負極集電体への固着が充分に図られる。また、上記濃度を、２０ｍｏｌ／Ｌ以下とすることにより、上記塗工液を負極集電体５５表面へ良好に塗工できる程度の良好な粘度を維持することができ、均一な塗膜を形成することができる。
【００８２】
結着物質前駆体を含む負極活物質層用塗工液を負極集電体５５上に塗工する方法について特に限定はなく、正極板の製造に用いられる塗工方法と同様の方法を適宜選択して用いることができる。塗工量の厚みについても同様である。
【００８３】
負極活物質層形成用塗工液中に含まれる結着物質前駆体を加熱することで、負極活物質粒子と、結着物質前駆体の金属が化学反応により酸化されてなる金属酸化物が含まれる塗膜が形成される。形成された塗膜は、負極活物質粒子の表面を覆うような状態で金属酸化物が形成され、この金属酸化物によって、負極活物質粒子と負極集電体５５、および負極活物質粒子同士が固着され、負極板５０が製造される。
【００８４】
また、加熱温度は、結着物質前駆体に含まれる金属を酸化させることができる温度以上であればよく、結着物質前駆体に含まれる金属の種類によって異なるが、通常１２０℃〜８００℃の温度範囲である。
【００８５】
（２）第２の結着物質が金属である負極板の製造方法
上記によって形成された、金属酸化物に還元処理を施すことで、金属酸化物を金属に還元し、この還元された金属によって、負極集電体５５と負極活物質粒子、及び負極活物質粒子同士を固着させた負極板５０を製造することができる。
【００８６】
還元処理方法としては、水素プラズマ雰囲気下で還元処理を行う還元処理方法や、水素、一酸化炭素等、もしくは水素、一酸化炭素を窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスで希釈した還元ガスを用い、該還元ガス雰囲気下で還元を行う還元処理方法を好適に用いることができる。還元ガスは１種の還元ガスを単独で使用してもよく、２種以上のガスを混合して用いることとしてもよい。
【００８７】
また、還元処理を経ることで形成された負極板５０は、負極活物質層５４中に酸化物が含まれておらず、初期充電時に還元反応が生ずることもない。これにより、初期充電時における還元反応により、充電反応が妨げられ初期充放電効率が低下することを防止することができる。
【００８８】
＜＜固体電解質層＞＞
次に、固体電解質層３について説明する。固体電解質層３は、正極板１０と負極板５０との間に設けられるとともに、この固体電解質層３は、リチウムイオン伝導性を有する酸化物、又はリチウムイオン伝導性を有する硫化物を少なくとも有する。以下、リチウムイオン伝導性を有する酸化物、リチウムイオン伝導性を有する硫化物を総称して本発明の固体電解質という場合がある。
【００８９】
本発明によれば、上記で説明したように、正極板１０においては、正極集電体１と正極活物質層２、及び正極活物質粒子同士を第１の結着物質である金属酸化物で固着せしめ、また、負極板５０においては、負極集電体５５と負極活物質層５４、及び負極活物質粒子同士を第２の結着物質である金属又は金属酸化物で固着せしめることで、レート特性の向上を図っている。これにくわえ、本発明は、非水電解液にかえて固体電解質を用いることによって、耐熱性を向上させることができ、高温環境下で使用した場合であっても、発火や爆発等が生ずることもなく、安全性に優れた全固体二次電池とすることができる。また、本発明において、固体電解質層３は、リチウムイオン伝導性を有する酸化物、又はリチウムイオン伝導性を有する硫化物を少なくとも有することから、高温安定性に優れる。
【００９０】
（リチウムイオン伝導性を有する酸化物）
リチウムイオン伝導性を有する酸化物としては、ガラス、又はＮＡＳＩＣＯＮ構造を有する酸化物を好ましく用いることができる。ＮＡＳＩＣＯＮ構造を有する酸化物としては、Ｌｉ1.5Ａｌ0.5Ｇｅ1.5（ＰＯ4）3を挙げることができる。
【００９１】
上記のリチウムイオン伝導性を有する酸化物の軟化点は、６６０℃以下であることが好ましい。軟化点がアルミニウムの融点以下のリチウムイオン伝導性を有する酸化物を用いることで、後述する全固体二次電池の製造時において、集電体としてアルミニウムを用いた場合であっても、集電体が破損することがない。
【００９２】
（リチウムイオン伝導性を有する硫化物）
リチウムイオン伝導性を有する硫化物としては、ＬＩＳＩＣＯＮ構造を有する硫化物を好ましく用いることができる。ＬＩＳＩＣＯＮ構造を有する硫化物としては、Ｌｉ3.25Ｇｅ0.25Ｐ0.75Ｓ、Ｌｉ2Ｓ−ＧｅＳ2ガラス等を挙げることができる。
【００９３】
固体電解質層３の形成方法について特に限定はないが、例えば、後述する本発明の全固体二次電池の製造方法により形成することができる。
【００９４】
（電池パック）
次に、図５を用いて本発明の全固体二次電池１００を用いて構成される電池パック２００について説明する。なお、図５は、本発明の電池パック２００の一例を示す概略分解図である。
【００９５】
図５に示すように電池パック２００は、全固体二次電池１００が樹脂容器３６ａ、樹脂容器３６ｂ、および端部ケース３７に収納されて構成される。また、全固体二次電池の一端面であって、正極端子３２および負極端子３３を備える面と、端部ケース３７との間には、過充電や過放電を防止するための保護回路基板３４が設けられている。
【００９６】
保護回路基板３４は、外部接続コネクタ３５を備えており、外部接続コネクタ３５は、樹脂容器３６ａに設けられた外部接続用窓３８ａ、および、端部ケース３７に設けられた外部接続用窓３８ｂに挿入され外部端子と接続される。また、保護回路基板３４には、図示しない、充放電を制御するための充放電安全回路、外部接続端子と全固体二次電池１００とを導通させるための配線回路などが搭載されている。
【００９７】
電池パック２００は、本発明の全固体二次電池１００を用いること以外は、従来公知の電池パックの構成を適宜選択することができる。図示しないが、電池パック２００は、全固体二次電地１００と端部ケース３７との間に、正極端子３２と接続する正極リード板、負極端子３３と接続する負極リード板、絶縁体などを適宜備えていてもよい。
【００９８】
なお、本発明の全固体二次電池１００は、電池パックへの使用態様以外に、上記保護回路に、さらに過大電流の遮断、電池温度モニター等の機能を備え、且つ、該保護回路を全固体二次電池に一体化させて取り付けられる態様に用いられてもよい。かかる態様では、電池パックを構成することなく、保護機能および保護回路を備える二次電池として使用することができ、汎用性が高い。なお、上記で説明したいくつかの態様は、例示に過ぎず、本発明の全固体二次電池１００の使用を何ら限定するものではない。
【００９９】
（全固体二次電池の製造方法）
次に、本発明の全固体二次電池の製造方法について説明する。
【０１００】
本発明の全固体二次電池の製造方法は、第１電極板、固体電解質層、第２電極板がこの順で積層されてなる全固体二次電池の製造方法であって、集電体上に電極活物質粒子と金属酸化物を含有する電極活物質層を備え活物質粒子と集電体及び活物質粒子同士が金属酸化物によって固着されてなる第１電極板と、集電体上に電極活物質粒子と金属酸化物を含有する電極活物質層を備え活物質粒子と集電体及び活物質粒子同士が金属酸化物によって固着されてなる第２電極板とを準備する「準備工程」と、リチウムイオン伝導性を有する酸化物、又はリチウムイオン伝導性を有する硫化物を溶剤に分散してなる塗工液を、第１電極板の電極活物質層上に塗工して塗膜を形成する「塗膜形成工程」と、塗膜上に第２電極板を重ね合わせた後に加熱を行う「加熱工程」と、を有することを特徴とする。
【０１０１】
本発明の製造方法は、用いられる第１電極板、第２電極板がともに、金属金属酸化物によって、集電体と電極活物質粒子、電極活物質粒子同士が固着されてなる態様をとっていることから、固体電解質層の形成時に高温で加熱することが可能となり、第１電極板、第２電極板と固体電解質層との密着性を向上させることができる。以下、各工程について説明する。
【０１０２】
（準備工程）
準備工程は、集電体上に電極活物質粒子と金属酸化物を含有する電極活物質層を備え活物質粒子と集電体及び活物質粒子同士が金属酸化物によって固着されてなる第１電極板と、集電体上に電極活物質粒子と金属酸化物を含有する電極活物質層を備え活物質粒子と集電体及び活物質粒子同士が金属酸化物によって固着されてなる第２電極板と、を準備する工程である。なお、第１電極板は、正極板、負極板のいずれか一方の電極板であって、第２電極板は、第１電極板とは極性の異なる電極板である。例えば、第１電極板が正極板である場合には、第２電極板は負極板となる。第１電極板、第２電極板は上記全固体二次電池の「正極板」、「負極板」で説明した電極板を適宜選択して用いることができ、ここでの説明は省略する。また、この電極板の製造方法についても特に限定はなく、上記で説明した「正極板の製造方法」、「負極板の製造方法」を適宜選択して製造することができる。
【０１０３】
（塗膜形成工程）
塗膜形成工程は、リチウムイオン伝導性を有する酸化物、又はリチウムイオン伝導性を有する硫化物を溶剤に分散してなる塗工液を、第１電極板の電極活物質層上に塗工して塗膜を形成する工程である。
【０１０４】
リチウムイオン伝導性を有する酸化物、リチウムイオン伝導性を有する硫化物は、上述したものを適宜選択してそのまま用いることができ、ここでの説明は省略する。
【０１０５】
この固体電解質を分散させるための溶剤は、電解質と反応しない溶媒を選択する必要があり、例えば、固体電解質がリチウムイオン伝導性を有する酸化物である場合には溶媒として水を使用することができる。また、固体電解質がリチウムイオン伝導性を有する硫化物である場合には、トルエン等を使用することができる。
【０１０６】
また、固体電解質を溶剤に分散した塗工液の塗工方法については特に限定されず、種々の方法を適宜選択して用いることができる。例えば、印刷法、スピンコート、ディップコート、バーコート、スプレーコート等を挙げることができる。塗工液の塗工量についても特に限定はないが、１〜５０μｍ程度が好ましい。
【０１０７】
（加熱工程）
加熱工程は、塗膜形成工程で形成される塗膜上に第２電極板を重ね合わせた後に、加熱を行う工程である。該工程によって、第１電極板、固体電解質層、第２電極板がこの順で積層されてなる全固体二次電池が製造される。
【０１０８】
加熱温度は、塗膜に含まれる溶剤を除去することができる温度であればよく、使用する溶剤に応じて加熱温度を適宜設定することができ、加熱温度について特に限定されることはない。
【０１０９】
また、加熱方法についても特に限定されることはなく、例えば、ホットプレート、オーブン、加熱炉、赤外線ヒーター、ハロゲンヒーター、熱風送風機等のいずれかを使用するか、あるいは２以上を組み合わせて使用する方法を挙げることができる。
【０１１０】
（プレス工程）
また、加熱工程の前、又は加熱工程の後に、ロールプレス、一軸プレス、油圧プレスなどで圧縮するプレス工程を行うこととしてもよい。該工程を行うことによって、固体電解質のイオン伝導が良好になり、固体電解質層と、電極活物質層の界面の接触が良好になる。
【０１１１】
上述した本発明の製造方法は、予め本発明の全固体二次電池１００を構成する正極板１０、負極板５０を準備しているが、これにかえて、「塗膜形成工程」後に、集電体上に、電極活物質粒子および金属元素含有化合物を含む前駆体を形成し、該形成した前駆体と、塗膜とを重ね合わせた後に、前駆体中の金属元素含有化合物が金属酸化物となる温度以上で加熱することによって、固体電解質層と第２電極板を同時に形成することもできる。
【０１１２】
当該実施形態によれば、１回の加熱によって「固体電解質層」と、「第２電極板」を同時に形成することができることから、製造工程を簡略化させることができる。
【実施例】
【０１１３】
次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。以下、特に断りのない限り、部または％は質量基準である。
【０１１４】
＜実施例１に使用する正極板の作製＞
全固体二次電池用正極板における電極活物質層を形成するための正極活物質層用塗工液を以下のとおり調製した。金属元素含有化合物として、Ｌｉ（ＣＨ3ＣＯＯ）・２Ｈ2Ｏを１０ｇ及びＣｏ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏを２９ｇを用い、これらをメタノール３５ｇに加えて混合させ、さらにポリエチレングリコール２００を１０ｇ、正極活物質粒子としてコバルト酸リチウム粒子を４０ｇ、導電材としてアセチレンブラックＨＳ−１００を５ｇ、ＶＧＣＦを０．５ｇ、加え、エクセルオートホモジナイザー（株式会社日本精機製作所）で７０００ｒｐｍの回転数で１５分攪拌することによって正極活物質層用塗工液を得た。次に、正極集電体である厚さ１５μｍのアルミ箔を置き、当該正極集電体の一面側に、上記にて調製した正極活物質層用塗工液を、アプリケーターで塗工して塗膜を形成した。次いで、上記塗膜を有する正極集電体を、電気炉（マッフル炉  デンケン社製、Ｐ９０）を用いて、室温から５５０℃まで３０分かけて除々に加熱して、正極集電体上に正極活物質層を形成し本発明の正極板を得た。そして、上記正極板を、所定の大きさに裁断し、これを実施例１に使用する正極板とした。尚、本実施例、比較例において、加熱工程における加熱雰囲気は、特段の記載がない場合には、大気雰囲気で行った。
【０１１５】
＜実施例１に使用する負極板の作製＞
電極活物質粒子、金属元素含有化合物、溶媒、添加した有機物、加熱条件を表２に示す条件に変更した以外は、全て実施例１に使用する正極板の作製方法と同様にして実施例１に使用する負極板を得た。
【０１１６】
＜セルの作製＞
実施例１の固体電解質は、主結晶相がＬｉ1.5Ａｌ0.5Ｇｅ1.5（ＰＯ4）3で表わせられる粉末状の固体電解質を用いた。この粉末状の固体電解質を溶剤にＣＭＣを加えて分散させスラリーを調製した。このスラリーをドクターブレード法で上記で作製した正極板に塗工した。電解質層の厚みは７０μｍであった。固体電解質上に電極面が対向するように上記で作製した負極板を配し、積層体を得た。得られた積層体を２０Ｍｐａで一軸プレスした。プレス後の電解質の厚さは４０μｍとなった。１５ｍｍφに打ち抜いたものを用いて、実施例１の試験コインセルを作製した。特に断りのない場合、セルの作製は不活性雰囲気中で行った。
【０１１７】
＜充放電試験＞
上述のとおり作成した実施例１の試験コインセルにおいて、放電試験を実施するために、まず実施例試験セルを下記充電試験のとおり満充電させた。
【０１１８】
（充電試験）
実施例１の試験セルを、２５℃の環境下で、電圧が３．０Ｖに達するまで定電流で定電流充電し、当該電圧が３．０Ｖ（満充電電圧）に達した後は、電圧が３．０Ｖを上回らないように、当該電流（放電レート：０．０２Ｃ）が５％以下となるまで減らしていき、定電圧で充電を行ない、満充電させた後、３０分間休止させた。尚、こで、上記「０．０２Ｃ」とは、上記コインセルを用いて定電流放電して、５０時間で放電終了となる電流値（放電終止電圧に達する電流値）のことを意味する。また上記定電流は、実施例試験セルにおける作用極板において、５０時間で放電可能な容量を、この充放電試験において１０時間で放電完了させるよう設定された電流値である。
【０１１９】
（放電試験）
その後、満充電された実施例試験セルを、２５℃の環境下で、電圧が３．０Ｖ（満充電電圧）から１．２Ｖ（放電終止電圧）になるまで、定電流（放電レート：０．０２Ｃ）で定電流放電し、縦軸にセル電圧（Ｖ）、横軸に放電時間（ｈ）をとり、放電曲線を作成し、放容量（ｍＡｈ）を求めた。
【０１２０】
＜放電容量維持率（％）の算出＞
作用極板の放電サイクル特性を評価するため、０．０２Ｃレートで得られた放電容量（Ａ）を用い、各レートの放電容量（Ｘ）から、放電容量維持率（％）Ｘ／Ａを求めた。
尚、本発明において、電極の放電レート特性評価は、以下のように行う。評価結果を表４に示す。
放電レート０．１Ｃにおける放電容量維持率  ７５％以上・・・・・・・・・◎
放電レート０．１Ｃにおける放電容量維持率  ５０％以上７０％未満・・・・○
放電レート０．１Ｃにおける放電容量維持率  ５０％未満・・・・・・・・・×
【０１２１】
（実施例２〜７、比較例１）
電極活物質粒子、金属元素含有化合物、溶媒および有機物質を表１に示す内容にしたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２〜７、比較例１に用いる正極板を作成した。なお実施例２，３は実施例１と活物質が異なる。実施例４、７は、積層体をプレスした後にさらに５５０℃１２０分で熱処理を行った。実施例５、６は、固体電解質を変えたものである。実施例７は固体電解質を変えてガラス転移温度以上で熱処理したものである。比較例１は正極・負極共に以下のようにして調製された対極を用いた。
【０１２２】
なお、実施例５は固体電解質は組成がＬｉ3.25Ｇｅ0.25Ｐ0.75Ｓ4であり、これはＬｉ2Ｓ、ＧｅＳ2、Ｐ2Ｓ5を真空下７００℃で加熱することにより合成した固体電解質である。
【０１２３】
＜正極対極板の作製例＞
二次電池用正極板における正極活物質層を形成するための正極活物質層用塗工液を以下のとおり調製した。まず、正極活物質粒子である平均粒径１０μｍのＬｉＣｏＯ2粉末８０重量部（４０ｇ）、導電材としてアセチレンブラック（電気化学工業社製、デンカブラック）１０重量部（５ｇ）、及び樹脂製結着材としてＰＶＤＦ（クレハ社製、ＫＦ＃１１００）１０重量部（５ｇ）を用い、有機溶媒であるＮＭＰ（三菱化学社製）３６ｇを加えて、分散させ、固形分濃度が５５重量％となるように分散及び／又は混練させて、スラリー状の正極活物質層用塗工液を得た。
【０１２４】
上記にて調製した正極活物質層用塗工液を、正極集電体である厚さ１５μｍのアルミ箔上に、塗工し、オーブンを用いて、１２０℃の空気雰囲気下で乾燥を行ない、正極活物質層を形成した。さらに、形成された正極活物質層の塗工密度が２．０ｇ／ｃｍ3となるように、ロールプレス機を用いてプレスした後、所定の大きさに裁断し、１４０℃にて５分間、真空乾燥させて正極用電極板を作製し、正極対極とした。
【０１２５】
＜負極対極板の作製例＞
平均粒径７．１μｍの負極活物質Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12を４０ｇと、樹脂製のバインダーとしてＰＶＤＦ（クレハ社製、ＫＦ＃１１００）５ｇに、導電助剤としてアセチレンブラック５ｇを用い、溶媒としてＮＭＰ（三菱化学社製）を加えて、分散させ、固形分濃度が５５重量％となるようにエクセルオートホモジナイザー（株式会社日本精機製作所）で７０００ｒｐｍの回転数で１５分間攪拌して、スラリー状の負極活物質層用塗工組成物を調製した。そして上記負極活物質用塗工組成物を、負極集電体として用いる厚さ１０μｍの銅箔上に、塗工し、乾燥した。
【０１２６】
【表１】
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【０１２７】
【表２】
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【０１２８】
【表３】
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【０１２９】
【表４】
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【０１３０】
金属酸化物によって、集電体と電極活物質粒子、および電極活物質粒子同士を固着させた正極板、及び負極板を使用した実施例１〜７は、樹脂製のバインダーを使用した比較例に比べレート特性が向上した。また、実施例５〜７より、電解質が異なってもレート特性が良好であることが確認された。さらに、実施例７より、電解質の一部の軟化点を越える温度での熱処理により、レート特性が向上した。
【符号の説明】
【０１３１】
１・・・正極集電体
２・・・正極活物質層
１０・・・正極板
２１・・・正極活物質粒子
２２・・・第１の結着物質
３２・・・正極端子
３３・・・負極端子
３４・・・保護回路基板
３５・・・外部接続コネクタ
３６ａ、３６ｂ・・・樹脂容器
３７・・・端部ケース
３８ａ、３８ｂ・・・外部接続窓
５０・・・負極板
５４・・・負極活物質層
５５・・・負極集電体
８１・・・外装
１００・・・全固体二次電池
２００・・・電池パック
【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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