(57)【要約】【課題】薄型化および高容量化しても短絡が起こりにくい全固体二次電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】正極層２と負極層４との間に固体電解質層３が配置されるとともにこれら電極層２，４の外面にそれぞれ正極集電体１および負極集電体５が配置されてなり、各層２，３，４毎におよび／または各層２，３，４が形成された後に層厚方向に加圧されてなる全固体二次電池であって、電極層２，４のうち先に形成された層の側面が、層厚方向に対して傾斜している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極層と負極層との間に固体電解質層が配置されるとともにこれら電極層の外面にそれぞれ集電体が配置されてなり、各層毎におよび／または各層が形成された後に層厚方向に加圧されてなる全固体二次電池であって、
電極層のうち先に形成された層の側面が、層厚方向に対して傾斜していることを特徴とする全固体二次電池。
【請求項２】
正極層と負極層との間に固体電解質層が配置されるとともにこれら電極層の外面にそれぞれ集電体が配置されてなり、各層毎におよび／または各層が形成された後に層厚方向に加圧されてなる全固体二次電池であって、
電極層、固体電解質層のうち少なくとも電極層の側面が、層厚方向に対して傾斜していることを特徴とする全固体二次電池。
【請求項３】
層の側面の角度が、層面方向に対して平均１０〜６０°であることを特徴とする請求項１または２に記載の全固体二次電池。
【請求項４】
固体電解質層が、電極層よりも、面積が大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の全固体二次電池。
【請求項５】
電極層のうち後に形成された層が、電極層のうち先に形成された層よりも、面積が大きいことを特徴とする請求項４に記載の全固体二次電池。
【請求項６】
正極層および／または負極層がリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料を含み、
固体電解質層がリチウムイオン伝導体を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の全固体二次電池。
【請求項７】
固体電解質層がＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の全固体二次電池。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の全固体二次電池の製造方法であって、
集電体を、材料通過口が形成されたマスクにより、材料通過口が集電体に接触しない状態で覆い、
材料通過口に粉末材料を吹き付けて、側面が層厚方向に対して傾斜した正極層または負極層を形成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その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話・ＰＤＡ・ノートパソコンなどの情報関連機器や通信機器の高機能化に伴い、長時間使用が可能であり、小型・軽量で安全性の高い二次電池が強く要望されている。また、自動車業界においても、電気自動車用やハイブリッド自動車用の高出力且つ高容量の電池の開発が進められている。これらの要望に応え得る電池として、リチウムイオン二次電池が注目を集めている。
【０００３】
しかし、可燃性の有機溶媒を含む従来からのリチウムイオン二次電池には、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや、短絡防止のための構造・材料面での改善が必要となる。このため、リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化に伴い、安全性の確保が重要な課題とされてきた。このような課題を解決する電池として、固体電解質を用いた全固体リチウムイオン二次電池の鋭意研究開発が行われている。なぜなら、固体電解質は、不燃性であるため、漏液や発火のおそれがなく、さらに、有機電解液（有機溶媒にリチウム塩を溶解させたもの）に比べて化学的に安定であるため、固体電解質を用いた全固体リチウムイオン二次電池は、安全装置の簡素化が図れるとともに製造コストや生産性に優れるからである。
【０００４】
ところで、全固体リチウムイオン二次電池は、高性能化および高容量化を図るため、薄膜化および大型化が試みられている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、集電体の表面に電荷を帯電させられた活物質および固体電解質の混合粉末材料を搬送用ガスで吹き付けることにより、電池を薄膜化および大型化する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１２４０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、無機材料を用いた全固体二次電池では、膜を形成した後、プレスにて膜を押し固める工程が必要であるから、特許文献１の方法では、薄型化のために固体電解質層を薄くしたり、高容量化のために電極層を厚くしたりすると、短絡が起こりやすくなるといった問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、薄型化および高容量化しても短絡が起こりにくい全固体二次電池およびそ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】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係る本発明の全固体二次電池は、正極層と負極層との間に固体電解質層が配置されるとともにこれら電極層の外面にそれぞれ集電体が配置されてなり、各層毎におよび／または各層が形成された後に層厚方向に加圧されてなる全固体二次電池であって、
電極層のうち先に形成された層の側面が、層厚方向に対して傾斜しているものである。
【０００９】
また、請求項２に係る本発明の全固体二次電池は、正極層と負極層との間に固体電解質層が配置されるとともにこれら電極層の外面にそれぞれ集電体が配置されてなり、各層毎におよび／または各層が形成された後に層厚方向に加圧されてなる全固体二次電池であって、
電極層、固体電解質層のうち少なくとも電極層の側面が、層厚方向に対して傾斜しているものである。
【００１０】
さらに、請求項３に係る本発明の全固体二次電池は、請求項１または２に係る発明の全固体二次電池において、層の側面の角度が、層面方向に対して平均１０〜６０°であるものである。
【００１１】
また、請求項４に係る本発明の全固体二次電池は、請求項１乃至３のいずれか一項に係る発明の全固体二次電池において、固体電解質層が、電極層よりも、面積が大きいものである。
【００１２】
また、請求項５に係る本発明の全固体二次電池は、請求項４に係る発明の全固体二次電池において、電極層のうち後に形成された層が、電極層のうち先に形成された層よりも、面積が大きいものである。
【００１３】
また、請求項６に係る本発明の全固体二次電池は、請求項１乃至５のいずれか一項に係る発明の全固体二次電池において、正極層および／または負極層がリチウムイオンを吸蔵放出可能な材料を含み、
固体電解質層がリチウムイオン伝導体を含むものである。
【００１４】
また、請求項７に係る本発明の全固体二次電池は、請求項１乃至６のいずれか一項に係る発明の全固体二次電池において、固体電解質層がＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５であるものである。
【００１５】
また、請求項８に係る本発明の全固体二次電池の製造方法は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の全固体二次電池の製造方法であって、
集電体を、材料通過口が形成されたマスクにより、材料通過口が集電体に接触しない状態で覆い、
材料通過口に粉末材料を吹き付けて、側面が層厚方向に対して傾斜した正極層または負極層を形成するものである。
【発明の効果】
【００１６】
上記全固体二次電池およびその製造方法によると、電極層のうち先に形成された層の側面を層厚方向に対して傾斜させることにより、薄膜化されたものであっても、成形体内の内部応力を分散させて、短絡頻度を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る全固体リチウムイオン二次電池の概略構成を示す断面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は側面近くの拡大図である。
【図２】同二次電池を構成する層の側面形状の種類を示す模式図である。
【図３】同二次電池を構成する正極層の形成に使用される正極形成用マスクを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】同二次電池の絶縁フィルムを配置する工程を説明する断面図である。
【図５】同正極層を形成する工程を説明する断面図であり、（ａ）は正極形成用マスクを使用して正極層を形成する図、（ｂ）は正極層を形成した後に正極形成用マスクを取り外した図である。
【図６】同二次電池の固体電解質層を形成する工程を説明する断面図であり、（ａ）は電解質形成用マスクを使用して固体電解質層を形成する図、（ｂ）は固体電解質層を形成した後に電解質形成用マスクを取り外した図である。
【図７】同二次電池の負極層を形成する工程を説明する断面図であり、（ａ）は負極形成用マスクを使用して負極層を形成する図、（ｂ）は負極層を形成した後に負極形成用マスクを取り外した図である。
【図８】同二次電池を加圧する工程を説明する断面図であり、（ａ）は加圧前の同二次電池を示す図、（ｂ）は加圧後の同二次電池を示す図である。
【図９】同二次電池を構成する層の形成に使用される他の形状のマスクを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は使用状態を示す断面図である。
【図１０】同正極層、固体電解質層、および負極層を形成する他の方法として金型を使用する例の断面図であり、（ａ）はマスクを使用して正極層を形成する図、（ｂ）は正極層を形成した後にマスクを取り外した図である。
【図１１】同金型を使用する例の断面図であり、（ａ）は金型でプレスする前の図、（ｂ）は金型でプレス中の図、（ｃ）は金型でプレスした後の図である。
【図１２】同正極層、固体電解質層、および負極層を形成する他の方法としてライン成膜する例の断面図であり、（ａ）はライン成膜ノズルの第一パスにより薄膜を形成する図、（ｂ）はライン成膜ノズルの第二パスにより上段に薄膜を形成する図、（ｃ）はライン成膜ノズルの第三パスによりさらに上段に薄膜を形成する図である。
【図１３】同正極層、固体電解質層、および負極層を形成する他の方法としてレーザ照射器を使用する例の断面図であり、（ａ）はマスクを使用して正極層を形成する図、（ｂ）は正極層を形成した後にマスクを取り外した図である。
【図１４】同レーザ照射器を使用する例の断面図であり、（ａ）は金型でプレスする前の図、（ｂ）は金型でプレスした後の図、（ｃ）はレーザ照射により層の側面を削り取る図である。
【図１５】本発明の実施例１に係る全固体リチウムイオン二次電池の概略構成を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施例２に係る全固体リチウムイオン二次電池の概略構成を示す断面図である。
【図１７】比較例１に係る全固体リチウムイオン二次電池の概略構成を示す断面図である。
【図１８】比較例２に係る全固体リチウムイオン二次電池の概略構成を示す断面図である。
【図１９】比較例３に係る全固体リチウムイオン二次電池の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に係る全固体二次電池を図面に基づき説明する。なお、本実施の形態では、全固体二次電池の一例として、固体電解質にリチウムイオン伝導性のものを用いた全固体二次電池、すなわち全固体リチウムイオン二次電池について説明する。
【００１９】
まず、本実施の形態に係る全固体リチウムイオン二次電池の基本的構成について説明する。
この全固体リチウムイオン二次電池は、図１（ａ）に示すように、正極層２と負極層４との間にリチウムイオン伝導性固体電解質層（以下では単に、固体電解質層３という）が配置（積層）され、また正極層２の固体電解質層３とは反対側の表面に正極集電体１が、負極層４の固体電解質層３とは反対側の表面に負極集電体５が、正極層２の外周に絶縁フィルム６が、それぞれ配置（積層）されたものである。上記正極層２および負極層４は、当然ながら電極となる層、つまり電極層である。また、上記正極層２、固体電解質層３、および負極層４の各側面は、それぞれ層厚方向に対して傾斜している。具体的には、図１（ｂ）に示すように、各層２，３，４の側面の角度は、層面方向（層厚方向に直交する方向）に対して１０〜６０°である。また、傾斜した上記各側面は、図２（ａ）に示す平面形状、図２（ｂ）に示す膨らんだ形状、図２（ｃ）に示す窪んだ形状のいずれであってもよい。なお、上記正極層２、固体電解質層３および負極層４は、いずれも粉末材料を吹き付けて形成されたものである。
【００２０】
上記正極層２には、正極活物質とリチウムイオン伝導性固体電解質との混合物、または正極活物質のみが用いられる。上記混合物における、正極活物質とリチウムイオン伝導性固体電解質との重量比は、例えば７：３である。ここで、正極活物質には、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）など、電池分野において正極活物質に通常用いられている材料が用いられる。
【００２１】
上記負極層４には、負極活物質とリチウムイオン伝導性固体電解質との混合物、または負極活物質のみが用いられる。上記混合物における、負極活物質とリチウムイオン伝導性固体電解質との重量比は、例えば６：４である。ここで、負極活物質には、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維または樹脂焼成炭素などの炭素材料、シリコン、錫、リチウム、酸化物、硫化物、窒化物、合金など、粉体や箔などの形状にかかわらず、電池分野において負極活物質に通常用いられている材料が用いられる。
【００２２】
ここで、正極層２、固体電解質層３、負極層４のリチウムイオン伝導性固体電解質には、有機化合物、無機化合物、有機および無機の両化合物からなる材料、リチウムイオン電池分野で通常用いられている材料などが用いられる。また、無機化合物のうち、例えばＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５などの硫化物系は、他の無機化合物と比べてイオン伝導性に優れる。
【００２３】
上記正極集電体１および負極集電体５には、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム、リチウム、錫、若しくはこれらの合金などからなる板状体、箔状体、粉体、または成膜体などが用いられる。
【００２４】
上記絶縁フィルム６は、正極集電体１と負極集電体５との短絡を防止し得るものである。
以下に、上記全固体リチウムイオン二次電池の製造方法について図３〜図８に基づき説明する。
【００２５】
本製造方法では、正極層２、固体電解質層３、および負極層４を形成するために、それぞれ正極形成用マスク、電解質形成用マスク、および負極形成用マスクを使用する。これら正極形成用マスク、電解質形成用マスク、および負極形成用マスクは、同一の形状であり寸法のみが異なるので、代表として、正極形成用マスクについて説明する。
【００２６】
図３（ａ）および（ｂ）に示すように、正極形成用マスクＰＭは、貫通口Ｐが形成された板状体である。この貫通口Ｐは、矩形の材料通過口Ｍと、この材料通過口Ｍに中心が一致して連通するとともに材料通過口Ｍよりも大きな矩形の層形成口Ｌとから構成される。上記材料通過口Ｍは、貫通口Ｐの上部を構成し、正極形成用マスクＰＭの上方から吹き付けられた粉末材料を通過させる開口である。また、上記層形成口Ｌは、貫通口Ｐの下部を構成し、材料通過口Ｍを通過した粉末材料が堆積してなる正極層２を形成させる開口である。この層形成口Ｌは、中心が一致して連通する材料通過口Ｍよりも大きな開口として形成されることで、材料通過口Ｍを通過した粉末材料により形成される正極層２を、材料通過口Ｍおよび層形成口Ｌの中心から広がる形状にし得るものである。言い換えれば、上記正極形成用マスクＰＭは、上方から材料通過口Ｍに吹き付けられた粉末材料により、材料通過口Ｍおよび層形成口Ｌの中心から広がる形状の正極層２、すなわち、層厚方向に対して側面が傾斜した正極層２を、層形成口Ｌにおいて形成するようにされている。
【００２７】
ところで、電解質形成用マスクおよび負極形成用マスクは、図示しないが、正極形成用マスクＰＭと同様に、材料通過口Ｍと層形成口Ｌとから構成される貫通口Ｐが形成された板状体であり、形成させる層３，４の面積に応じて、貫通口Ｐが正極形成用マスクＰＭのものと異なる寸法にされている。
【００２８】
次に、全固体リチウムイオン二次電池の製造方法について詳細に説明する。
まず、図４に示すように、正極集電体１に、正極層３の下面の面積よりも大きい開口部が形成された絶縁フィルムを固定する（貼り付ける）。このように準備した正極集電体１を静電成膜装置に設置し、図５（ａ）に示すように、正極形成用マスクＰＭを層形成口Ｌが下になるようにして正極集電体１および絶縁フィルム６に配置する。このとき、正極集電体１は、材料通過口Ｍが正極集電体１および絶縁フィルム６に接触しない状態で、正極形成用マスクＰＭにより覆われている。
【００２９】
そして、静電成膜装置のキャリアガスによる噴射用ノズルＮにより、正極用の粉末材料を材料通過口Ｍに吹き付ける。この粉末材料は静電成膜装置により電荷が帯電したものであり、この電荷に作用するクーロン力により、粉末材料が正極集電体１に付着する。
【００３０】
具体的に説明すると、図５（ａ）に示すように、粉末材料は、上方から下方に向けて材料通過口Ｍを通過し、層形成口Ｌにおいて正極集電体１の上面に堆積する。特に、材料通過口Ｍの周縁近くを通過した粉末材料は、キャリアガスによって、材料通過口Ｍおよび層形成口Ｌの中心から離れる方向に広がって正極集電体１に堆積する。したがって、正極集電体１には、側面が層面方向に対して３０〜８０°傾斜した正極層２が形成される。正極層２が形成された後は、図５（ｂ）に示すように、正極形成用マスクＰＭを正極集電体１から取り外す。
【００３１】
その後、図６（ａ）に示すように、電解質形成用マスクＥＭを層形成口Ｌが下になるようにして正極層２および絶縁フィルム６に配置する。このとき、正極層２および絶縁フィルム６は、材料通過口Ｍが正極層２および絶縁フィルム６に接触しない状態で、電解質形成用マスクＥＭにより覆われている。
【００３２】
そして、静電成膜装置の噴射用ノズルＮにより、固体電解質用の粉末材料を材料通過口Ｍに吹き付ける。この粉末材料は静電成膜装置により電荷が帯電したものであり、この電荷に作用するクーロン力により、粉末材料が正極層２に付着する。
【００３３】
具体的に説明すると、図６（ａ）に示すように、粉末材料は、上方から下方に向けて材料通過口Ｍを通過し、層形成口Ｌにおいて正極層２および絶縁フィルム６の上面に堆積する。特に、材料通過口Ｍの周縁近くを通過した粉末材料は、キャリアガスによって、材料通過口Ｍおよび層形成口Ｌの中心から離れる方向に広がって正極層２および絶縁フィルム６に堆積する。したがって、正極層２および絶縁フィルム６には、側面が層面方向に対して３０〜８０°傾斜した固体電解質層３が形成される。固体電解質層３が形成された後は、図６（ｂ）に示すように、電解質形成用マスクＥＭを正極層２および絶縁フィルム６から取り外す。
【００３４】
その後、図７（ａ）に示すように、負極形成用マスクＮＭを層形成口Ｌが下になるようにして固体電解質層３および絶縁フィルム６に配置する。このとき、固体電解質層３は、材料通過口Ｍが固体電解質層３および絶縁フィルム６に接触しない状態で、負極形成用マスクＮＭにより覆われている。
【００３５】
そして、静電成膜装置の噴射用ノズルＮにより、負極層用の粉末材料を材料通過口Ｍに吹き付ける。この粉末材料は静電成膜装置により電荷が帯電したものであり、この電荷に作用するクーロン力により、粉末材料が固体電解質層３に付着する。
【００３６】
具体的に説明すると、図７（ａ）に示すように、粉末材料は、上方から下方に向けて材料通過口Ｍを通過し、層形成口Ｌにおいて固体電解質層３の上面に堆積する。特に、材料通過口Ｍの周縁近くを通過した粉末材料は、キャリアガスによって、材料通過口Ｍおよび層形成口Ｌの中心から離れる方向に広がって固体電解質層３に堆積する。したがって、固体電解質層３には、側面が層面方向に対して３０〜８０°傾斜した負極層４が形成される。負極層４が形成された後は、図７（ｂ）に示すように、負極形成用マスクＮＭを固体電解質層３から取り外す。
【００３７】
さらに、図８（ａ）に示すように、形成された上記負極層４の上面に負極集電体５が載置されることで、全固体リチウムイオン二次電池の半製品が得られる。そして、この半製品を、正極リードおよび負極リードを有する熱圧着式のラミネートフィルム（図示しない）内に挿入するとともに、ラミネートフィルム内のガスを真空ポンプで吸引しながら封止を行うことにより、全固体リチウムイオン二次電池の完成品が得られる。この封止により、充放電時の圧密性が高められるとともに、水分と反応して変質する固体電解質、例えば硫化物系固体電解質が大気から保護される。最後に、構成材料中の微量なガスが加圧力により外部に排出される目的、および、各層２，３，４の粉末同士の接触性を高めてイオン伝導性を向上させる目的で、ラミネートフィルム内のガスを吸引する際に、図８（ｂ）に示すように、正極集電体１と負極集電体５とが近づく方向に全固体リチウムイオン二次電池を加圧する。この加圧により、正極層２、固体電解質層３、および負極層４の厚さは約三分の一になるとともに、各層２，３，４の傾斜した側面の角度は層面方向に対して１０〜６０°になる。
【００３８】
このように、上記全固体リチウムイオン二次電池の構成によると、正極層２、固体電解質層３、および負極層４の各側面をそれぞれの層厚方向に対して傾斜させることで、薄膜化されたものであっても、成形体の内部応力を分散させて、短絡頻度を減少させることができる。
【００３９】
また、上記全固体リチウムイオン二次電池の製造方法によると、従来のマスクと形状の異なるマスクＰＭ，ＥＭ，ＮＭを使用する他は、従来の製造方法と同一であるから、高い生産性を維持することができる。
【００４０】
ところで、上記実施の形態では、材料通過口Ｍと層形成口Ｌとが形成されたマスク（正極形成用マスクＰＭ、電解質形成用マスクＥＭ、および負極形成用マスクＮＭ）を使用するものとして説明したが、図９（ａ）に示すように、材料通過口Ｍのみが形成されたマスクＭＫを使用してもよい。この場合、図９（ｂ）に示すように、層を形成させる面［図９（ｂ）では一例として正極集電体１］とマスクＭＫとの間にスペーサＳを置いて空間を形成する（層を形成させる面にマスクＭＫの材料通過口Ｍを接触させない）ことにより、この空間が層形成口Ｌとして作用する。また、図示しないが、材料通過口Ｍのみが形成されたマスクＭＫの下に、層形成口Ｌのみが形成された他のマスクを重ねて使用してもよい。
【００４１】
また、上記実施の形態では、正極層２、固体電解質層３、および負極層４のいずれの側面も層厚方向に対して傾斜しているとして説明したが、少なくとも、正極層２および負極層４のうち先に形成される層の側面が層厚方向に対して傾斜していればよい。
【００４２】
さらに、上記実施の形態では、全固体二次電池の一例として、全固体リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではなく、全固体二次電池であればよい。
【００４３】
また、上記実施の形態では、各層２，３，４が全て形成された後に層厚方向に加圧するとして説明したが、各層２，３，４毎に加圧してもよい。さらに、各層２，３，４毎に加圧し、各層２，３，４が全て形成された後に層厚方向に再度加圧してもよい。
【００４４】
また、上記実施の形態では、各層２，３，４の形成には、いずれも静電成膜装置により粉末材料をマスクＰＭ，ＥＭ，ＮＭに吹き付けるとして説明したが、これに限定されるものではない。他の例として、（１）傾斜面が形成された金型で各層２，３，４をプレスする方法、（２）各層２，３，４を側面が傾斜するようにライン成膜する方法、（３）レーザ照射により各層２，３，４の側面を削り取って傾斜させる方法などがある。上記（１）の方法は、噴射用ノズルＮにより、形成する層２，３，４の粉末材料をマスクＭＫ’の開口に吹き付け［図１０（ａ）参照］、マスクＭＫ’を除去した後に［図１０（ｂ）参照］、傾斜面が形成された金型Ｄでプレスする［図１１（ａ）〜（ｃ）参照］ものである。上記（２）の方法は、ライン成膜ノズルＪにより、薄膜を多段に重ねて各層２，３，４を形成するが、下段の薄膜よりも隣接する上段の薄膜の面積を小さくしていくことで［図１２（ａ）〜（ｃ）参照］、各層２，３，４の側面を傾斜させるものである。上記（３）の方法は、噴射用ノズルＮにより、形成する層２，３，４の粉末材料をマスクＭＫ’の開口に吹き付け［図１３（ａ）参照］、マスクＭＫ’を除去した後に［図１３（ｂ）参照］、金型Ｄ’でプレスし［図１４（ａ）および（ｂ）参照］、レーザ照射器Ｅからのレーザ照射により各層２，３，４の側面を削り取って傾斜させる［図１４（ｃ）参照］ものである。上記（１）〜（３）は、各層２，３，４を形成する例に過ぎず、当然ながら、各層２，３，４が形成された後の図８（ａ）および（ｂ）に示す工程を必要とする。
【００４５】
以下、上記実施の形態をより具体的に示した実施例に係る全固体リチウムイオン二次電池について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
以下に説明する実施例および比較例に係る全固体リチウムイオン二次電池は、正極層２、固体電解質層３、および負極層４の形状のみが異なり、他の条件については同一である。また、これら実施例および比較例に係る全固体リチウムイオン二次電池は、いずれも、正極活物質にはＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２（粒径６μｍ）を用い、リチウムイオン伝導性固体電解質にはＬｉ２Ｓ（７０ｍｏｌ％）−Ｐ２Ｓ５（３０ｍｏｌ％）を用い、負極活物質にはグラファイト（粒径２５μｍ）を用い、正極集電体１にはアルミニウム箔（３０ｍｍ角）をステンレス箔（４０ｍｍ角）に固定したものを用い、負極集電体５には銅箔（４０ｍｍ角）を用いた。また、実施例および比較例に係る全固体リチウムイオン二次電池は、いずれも有効面積（最も面積が小さい層における面積）が２０ｍｍ角であるから、ラミネートフィルム内のガスを吸引する際の加圧を４０ｔとし、各層に１０ｔ／ｃｍ２の圧力を作用させた。
【実施例１】
【００４６】
本実施例１では、材料通過口Ｍが２０ｍｍ角で層形成口Ｌが２２ｍｍ角の正極形成用マスクＰＭを使用し、材料通過口Ｍが２８ｍｍ角で層形成口Ｌが３０ｍｍ角の電解質形成用マスクＥＭを使用し、材料通過口Ｍが２４ｍｍ角で層形成口Ｌが２６ｍｍ角の負極形成用マスクＮＭを使用した。このため、図１５に示すように、全固体リチウムイオン二次電池において、面積の大きい層から順に、固体電解質層３、負極層４、正極層２となった。
【００４７】
本実施例１に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度および歩留まりを測定し、この測定結果を下表１に示す。なお、短絡頻度は、作製した全固体リチウムイオン二次電池の個数のうち短絡が生じた全固体リチウムイオン二次電池の個数の割合である。また、歩留まりは、作製した全固体リチウムイオン二次電池の個数のうち短絡が生じなかった全固体リチウムイオン二次電池の個数の割合である。表１に示すように、本実施例１に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度は１０％、歩留まりは９０％であった。
【実施例２】
【００４８】
本実施例２では、材料通過口Ｍが２０ｍｍ角で層形成口Ｌが２２ｍｍ角の正極形成用マスクＰＭおよび負極形成用マスクＮＭを使用し、材料通過口Ｍが２８ｍｍ角で層形成口Ｌが３０ｍｍ角の電解質形成用マスクＥＭを使用した。このため、図１６に示すように、全固体リチウムイオン二次電池において、面積の大きい層から順に、固体電解質層３、負極層４および正極層２（負極層４と正極層２とは同面積）となった。
【００４９】
本実施例２に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度および歩留まりを測定し、この測定結果を下表１に示す。表１に示すように、本実施例２に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度は１５％、歩留まりは８５％であった。
［比較例１］
【００５０】
比較例１〜３では、実施例１および２とは異なり、材料通過口Ｍを有しない（層形成口Ｌのみを有する）マスクを使用して、全固体リチウムイオン二次電池を作製した。このため、図１７に示すように、正極層２’、固体電解質層３’、および負極層４’の各側面は、それぞれの層面方向に対して略直交しており（傾斜しておらず）、すなわち、層厚方向（層面方向に対して直交する方向）に対して略平行である（傾斜していない）。
【００５１】
本比較例１では、層形成口Ｌが２０ｍｍ角のマスクを使用して正極層２’を形成し、層形成口Ｌが２８ｍｍ角のマスクを使用して固体電解質層３’を形成し、層形成口Ｌが２４ｍｍ角のマスクを使用して負極層４’を形成した。このため、図１７に示すように、全固体リチウムイオン二次電池において、面積の大きい層から順に、固体電解質層３’、負極層４’、正極層２’となった。
【００５２】
本比較例１に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度および歩留まりを測定し、この測定結果を下表１に示す。表１に示すように、本比較例１に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度は６５％、歩留まりは３５％であった。
［比較例２］
【００５３】
本比較例２では、層形成口Ｌが２０ｍｍ角のマスクを使用して正極層２’、固体電解質層３’、および負極層４’を形成した。このため、図１８に示すように、全固体リチウムイオン二次電池において、固体電解質層３’、負極層４’、正極層２’は同面積となった。
【００５４】
本比較例２に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度および歩留まりを測定し、この測定結果を下表１に示す。表１に示すように、本比較例２に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度は８５％、歩留まりは１５％であった。
［比較例３］
【００５５】
本比較例３では、層形成口Ｌが２０ｍｍ角のマスクを使用して正極層２’および負極層４’を形成し、層形成口Ｌが２４ｍｍ角のマスクを使用して固体電解質層３’を形成した。このため、図１９に示すように、全固体リチウムイオン二次電池において、面積の大きい層から順に、固体電解質層３’、負極層４’および正極層２’（負極層４’と正極層２’とは同面積）となった。
【００５６】
本比較例３に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度および歩留まりを測定し、この測定結果を下表１に示す。表１に示すように、本比較例３に係る全固体リチウムイオン二次電池の短絡頻度は７０％、歩留まりは３０％であった。
【００５７】
【表１】
2013182842.tif 000003
このように、上記実施例１および２に係る全固体リチウムイオン二次電池の構成によると、正極層２、固体電解質層３、および負極層４の各側面をそれぞれの層厚方向に対して傾斜させることで、薄膜化されたものであっても、短絡頻度を著しく減少させることができた。
【００５８】
また、上記実施例１に係る全固体リチウムイオン二次電池の構成によると、負極層４が正極層２よりも面積を大きくするとともに、固体電解質層３が負極層４よりも面積を大きくする（面積の大きい層から順に、固体電解質層３、負極層４、正極層２とする）ことで、さらに短絡頻度を減少させることができた。
【００５９】
ところで、上記実施例１では、さらに短絡頻度を減少させるため、面積の大きい層から順に、固体電解質層３、負極層４、正極層２とすることについて説明したが、これに限定されるものではなく、面積の大きい層から順に、固体電解質層３、正極層２および負極層４のうち後に形成される層、正極層２および負極層４のうち先に形成される層であればよい。
【符号の説明】
【００６０】
ＰＭ      正極形成用マスク
ＥＭ      電解質形成用マスク
ＮＭ      負極形成用マスク
Ｐ      貫通口
Ｍ      材料通過口
Ｌ      層形成口
１      正極集電体
２      正極層
３      固体電解質層
４      負極層
５      負極集電体
６      絶縁フィルム
【図１】
2013182842.tif 000004
【図２】
2013182842.tif 000005
【図３】
2013182842.tif 000006
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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