(57)【要約】【課題】固体電解質、正極および負極のそれぞれをグリーンシートで作成し、これらのグリーンシートを組み合わせて電池用積層体を作成する方法において、良好なイオン伝導度を有する全固体型リチウムイオン二次電池を製造することができる能率的な製造方法およびこの方法によって製造された全固体型リチウムイオン二次電池を提供する。【解決手段】第一の固体電解質の両側に正極および負極を備え、該固体電解質と該正極および該負極のすくなくとも一方の間に第一の固体電解質と異なり、かつリチウムイオン伝導性を有する第二の固体電解質層を備えることを特徴としたリチウムイオン二次電池。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の固体電解質の両側に正極および負極を備え、該固体電解質と該正極および該負極のすくなくとも一方の間に第一の固体電解質と異なり、かつリチウムイオン伝導性を有する第二の固体電解質層を備えることを特徴としたリチウムイオン二次電池。
【請求項２】
該第一の固体電解質と該第二の固体電解質は異なる硬度を有することを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
該第二の固体電解質はＪＩＳ  Ｋ  ６２５３のタイプＡデュロメータ硬さ試験による硬さが９９以下であることを特徴とする請求項２記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
該第二の固体電解質層にはリチウムイオン伝導性を有する高分子が１５％以上含まれることを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
該第二の固体電解質層の厚みは該第一の固体電解質の厚み以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
該正極および該負極上には導電性無機材料と高分子の複合材料からなる集電体を備えることを特徴とする請求項1〜５のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項７】
該正極は焼結された固体である請求項１〜６のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項８】
該負極は焼結された固体である請求項１〜７のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項９】
第一の固体電解質はＬｉ１＋ｘ＋ｚＭｘ（Ｇｅ１−ｙＴｉｙ）２−ｘＳｉｚＰ３−ｚＯ１２（但し、０≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦１．０、０≦ｚ≦０．６、Ｍ＝Ａｌ、Ｇａから選ばれる一つ以上）の結晶を含有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１０】
リチウムイオン伝導性を有する第一の固体電解質を形成する工程と、正極を得る工程と、負極を得る工程と、第一の固体電解質の少なくとも一方の主面にリチウムイオン伝導性を有し、かつ第一の固体電解質とは異なる第二の固体電解質層を形成する工程と、該第一の固体電解質と該第二の固体電解質層を挟んで該正極および該負極を配置することにより電池用積層体を組み立てる工程を備えることを特徴としたリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項１１】
該第一の固体電解質と該第二の固体電解質は異なる硬度を有することを特徴とする請求項１０記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項１２】
該第二の固体電解質はＪＩＳ  Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータ硬さ試験による硬さが９９以下であることを特徴とする請求項１０または１１に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項１３】
該第二の固体電解質層にはリチウムイオン伝導性を有する高分子が１５％以上含まれることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項１４】
該第二の固体電解質層の厚みは該第一の固体電解質の厚み以下であることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項１５】
該第二の固体電解質層のイオン伝導度は、室温で１×１０−６S・cm−１以上であることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項１６】
該第一の固体電解質は、リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体またはその両方が含まれるグリーンシートを熱処理することにより得られる請求項１０〜１５のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項１７】
リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体の熱処理後のイオン伝導度は、２５℃で１×１０−４S・cm−１以上であることを特徴とする請求項１６に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項１８】
リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体またはその双方が含まれるグリーンシートを熱処理することで得られる該第一の固体電解質の熱処理温度は１２００℃未満であることを特徴とする請求項１６に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項１９】
リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体またはその双方が含まれるグリーンシートの熱処理後のイオン伝導度は２５℃で５×１０−５S・cm−１以上であることを特徴とする請求項１８に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項２０】
リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体の平均粒径は３μｍ以下（D５０）であり、最大粒径は１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項２１】
該第二の固体電解質層にはリチウムイオン伝導性を有する無機粒子が含まれることを特徴とする請求項１０〜２０のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項２２】
該リチウムイオン伝導性を有する無機粉体はＬｉ１＋ｘ＋ｚＭｘ（Ｇｅ１−ｙＴｉｙ）２−ｘＳｉｚＰ３−ｚＯ１２（但し、０≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦１．０、０≦ｚ≦０．６、Ｍ＝Ａｌ、Ｇａから選ばれる一つ以上）の結晶を含有することを特徴とする請求項１６〜２１のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項２３】
該熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体は
酸化物基準のｍｏｌ％で、
Ｌｉ２Ｏ    １０〜２５％、および
Ａｌ２Ｏ３および／またはＧａ２Ｏ３    ０．５〜１５％、および
ＴｉＯ２および／またはＧｅＯ２    ２５〜５０％、および
ＳｉＯ２    ０〜１５％、および
Ｐ２Ｏ５    ２６〜４０％
の各成分を含有する請求項１６〜２２のいずれかに記載のリチウム二次電池の製造方法。
【請求項２４】
該正極および該負極上に導電性無機材料と高分子の複合材料からなる集電体を形成することを特徴とする請求項１０〜２３のいずれかに記載のリチウムイオン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、全固体型リチウムイオン二次電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来リチウムイオン二次電池における電解質としては、一般に非水系の電解液をセパレータと称される微多孔膜に含浸させた電解質が使用されていたが、漏液や発火のおそれがあるため、近年このような液体が中心の電解質に代わり、電解質に無機の固体電解質を用いた全固体電池が提案されている。全固体電池は、電解液など可燃性の有機溶剤を用いないため、液漏れや発火のおそれがないため、安全性に優れている。しかし、全固体電池の場合、正極、電解質、負極のすべてが固体であるため、それぞれの接触界面がとり難く、界面抵抗が高くなってしまうという問題がある。この場合、電極―電解質界面でのリチウムイオン伝導性が充分に高くないため、いまだ実用に供されていない。
【０００３】
このような全固体電池を効率的に製造する方法として、固体電解質、正極および負極を特定の組成の粉体を主成分として含有するスラリーからそれぞれグリーンシートとして作成し、これら固体電解質グリーンシート、正極用グリーンシートおよび負極用グリーンシートの3者を貼り合わせることによりリチウムイオン二次電池用積層体を得ることが考えられる。
【０００４】
この場合問題となることは、固体電解質、正極、負極を形成する材料はそれぞれ異なる材料を使用するため、最適な焼結温度が相互に異なり、固体電解質、正極、負極の各グリーンシートを貼り合わせた状態で単一の温度で一括焼成すると、出来上がった電池において反りやひび割れ等の不具合を生じたり、固体電解質、正極、負極のそれぞれの最良の特性が充分に発揮できない等の問題が生じる。そこで固体電解質、正極、負極の３者に共通の最適焼結温度を得るために、それぞれの材質を調整しなければならず、このため容量、出力またサイクル特性などが制約されることになる。
【０００５】
そこで固体電解質、正極、負極それぞれのグリーンシートをそれぞれ別個に焼成し、これら焼成した固体電解質、正極、負極を貼り合わせて積層体とすれば、固体電解質、正極、負極をそれぞれ最適焼成温度で焼成することができ、最高のリチウムイオン伝導度等電池として最適の特性を得ることができるが、焼成した固体電解質は焼成した正極、焼成した負極とは接着することが困難で良好な積層体とすることができないという問題がある。
【０００６】
また固体電解質の粉体を成形・プレスして焼結したものを研削、研磨したものやガラスセラミックスのバルク体を研削、研磨したものにグリーンシートを焼成してなる正極、負極を貼り合わせて全固体電池とする場合にも、同様に接着しにくいという問題が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記全固体電池を実現する際の問題点にかんがみなされたものであって、正極および負極のそれぞれをグリーンシートで作成し、これらのグリーンシートを固体電解質と組み合わせて電池用積層体を作成する方法を実施する場合に、能率的な方法で良好なイオン伝導度を有する全固体型リチウムイオン二次電池を製造することができる製造方法およびこの方法によって製造された全固体型リチウムイオン二次電池を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記本発明の目的を達成するため、本発明者は、研究と実験を重ねた結果、固体電解質、および正極グリーンシート、負極グリーンシートをそれぞれ適正な温度で焼成し、さらにイオン伝導性を有するとともに固体電解質よりも硬度が低い接着用固体電解質を固体電解質と正極、負極の間に介在させるようにしてこれらを貼り合わせることにより、固体電解質、正極、負極がそれぞれ最適の温度で焼成され、これらを組み立てた電池は最高のイオン伝導度を有することができることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
上記目的を達成する本発明は次の構成を有するものである。  
構成１
第一の固体電解質の両側に正極および負極を備え、該固体電解質と該正極および該負極のすくなくとも一方の間に第一の固体電解質と異なり、かつリチウムイオン伝導性を有する第二の固体電解質層を備えることを特徴としたリチウムイオン二次電池。
【００１０】
構成２
該第一の固体電解質と該第二の固体電解質は異なる硬度を有することを特徴とする構成１のリチウムイオン二次電池。
【００１１】
構成３
該第二の固体電解質はＪＩＳ  Ｋ  ６２５３のタイプＡデュロメータ硬さ試験による硬さが９９以下であることを特徴とする構成２のリチウムイオン二次電池。
【００１２】
構成４
該第二の固体電解質層にはリチウムイオン伝導性を有する高分子が１５％以上含まれることを特徴とする構成1〜３のいずれかのリチウムイオン二次電池。
【００１３】
構成５
該第二の固体電解質層の厚みは該第一の固体電解質の厚み以下であることを特徴とする構成１〜４のいずれかのリチウムイオン二次電池。
【００１４】
構成６
該正極および該負極上には導電性無機材料と高分子の複合材料からなる集電体を備えることを特徴とする構成1〜５のいずれかのリチウムイオン二次電池。
【００１５】
構成７
該正極は焼結された固体である構成１〜６のいずれかのリチウムイオン二次電池。
【００１６】
構成８
該負極は焼結された固体である構成１〜７のいずれかのリチウムイオン二次電池。
【００１７】
構成９
第一の固体電解質はＬｉ１＋ｘ＋ｚＭｘ（Ｇｅ１−ｙＴｉｙ）２−ｘＳｉｚＰ３−ｚＯ１２（但し、０≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦１．０、０≦ｚ≦０．６、Ｍ＝Ａｌ、Ｇａから選ばれる一つ以上）の結晶を含有することを特徴とする構成１〜８のいずれかのリチウムイオン二次電池。
【００１８】
構成１０
リチウムイオン伝導性を有する第一の固体電解質を形成する工程と、正極を得る工程と、負極を得る工程と、第一の固体電解質の少なくとも一方の主面にリチウムイオン伝導性を有し、かつ第一の固体電解質とは異なる第二の固体電解質層を形成する工程と、該第一の固体電解質と該第二の固体電解質層を挟んで該正極および該負極を配置することにより電池用積層体を組み立てる工程を備えることを特徴としたリチウムイオン二次電池の製造方法。
【００１９】
構成１１
該第一の固体電解質と該第二の固体電解質は異なる硬度を有することを特徴とする構成１０のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【００２０】
構成１２
該第二の固体電解質はＪＩＳ  Ｋ  ６２５３のタイプＡデュロメータ硬さ試験による硬さが９９以下であることを特徴とする構成１０または１１のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【００２１】
構成１３
該第二の固体電解質層にはリチウムイオン伝導性を有する高分子が１５％以上含まれることを特徴とする構成１０〜１２のいずれかのリチウムイオン二次電池の製造方法。
【００２２】
構成１４
該第二の固体電解質層の厚みは該第一の固体電解質の厚み以下であることを特徴とする構成１０〜１３のいずれかのリチウムイオン二次電池の製造方法。
【００２３】
構成１５
該第二の固体電解質層のイオン伝導度は、室温で１×１０−S・cm−１以上であることを特徴とする構成１０〜１４のいずれかのリチウムイオン二次電池の製造方法。
【００２４】
構成１６
該第一の固体電解質は、リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体またはその両方が含まれるグリーンシートを熱処理することにより得られる構成１０〜１５のいずれかのリチウムイオン二次電池の製造方法。
【００２５】
構成１７
リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体の熱処理後のイオン伝導度は、２５℃で１×１０−４S・cm−１以上であることを特徴とする構成１６のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【００２６】
構成１８
リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体またはその双方が含まれるグリーンシートを熱処理することで得られる該第一の固体電解質の熱処理温度は１２００℃未満であることを特徴とする構成１６のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【００２７】
構成１９
リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体またはその双方が含まれるグリーンシートの熱処理後のイオン伝導度は２５℃で５×１０−５S・cm−１以上であることを特徴とする構成１８のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【００２８】
構成２０
リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体の平均粒径は３μｍ以下（D５０）であり、最大粒径は１５μｍ以下であることを特徴とする構成１６〜１８のいずれかのリチウムイオン二次電池の製造方法。
【００２９】
構成２１
該第二の固体電解質層にはリチウムイオン伝導性を有する無機粒子が含まれることを特徴とする構成１０〜２０のいずれかのリチウムイオン二次電池の製造方法。
【００３０】
構成２２
該リチウムイオン伝導性を有する無機粉体はＬｉ１＋ｘ＋ｚＭｘ（Ｇｅ１−ｙＴｉｙ）２−ｘＳｉｚＰ３−ｚＯ１２（但し、０≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦１．０、０≦ｚ≦０．６、Ｍ＝Ａｌ、Ｇａから選ばれる一つ以上）の結晶を含有することを特徴とする構成１６〜２１のいずれかのリチウムイオン二次電池の製造方法。
【００３１】
構成２３
該熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体は
酸化物基準のｍｏｌ％で、
Ｌｉ２Ｏ    １０〜２５％、および
Ａｌ２Ｏ３および／またはＧａ２Ｏ３    ０．５〜１５％、および
ＴｉＯ２および／またはＧｅＯ２    ２５〜５０％、および
ＳｉＯ２    ０〜１５％、および
Ｐ２Ｏ５    ２６〜４０％
の各成分を含有する構成１６〜２２のいずれかのリチウム二次電池の製造方法。
【００３２】
構成２４
該正極および該負極上に導電性無機材料と高分子の複合材料からなる集電体を形成することを特徴とする構成１０〜２３のいずれかのリチウムイオン二次電池の製造方法。
【発明の効果】
【００３３】
正極、負極をそれぞれグリーンシートから作成し、これらグリーンシートをそれぞれ焼成してなる正極、負極は焼成した固体電解質と相互に接着し難く、これらを電池用積層体に組み立てることが難しいが、本発明によれば、第一の固体電解質の両側に正極および負極を備え、該固体電解質と該正極および該負極のすくなくとも一方の間に第一の固体電解質と異なり、かつリチウムイオン伝導性を有する第二の固体電解質層を備えることにより、固体電解質、正極、負極をそれぞれ最適の温度で焼成することができるとともに、これらを組み立てることで高容量で高出力かつサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池を得ることができる。
【００３４】
また本発明によれば、第一の固体電解質と第２の固体の固体電解質は異なる硬度を有し、第二の固体電解質のＪＩＳ  Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータ硬さ試験による硬さが９９以下であることにより、第二の固体電解質は第一の固体電解質に比べて充分な柔らかさを有し、電池の充放電に伴う電極の膨張収縮の繰り返しによっても電極が固体電解質から剥離するおそれがない。
【００３５】
また本発明によれば、第二の固体電解質にはリチウムイオン伝導性を有する高分子が１５％以上含まれることにより、第一の固体電解質と電極の間に介在しても充分なイオン伝導性を備えることができる。
【００３６】
また本発明によれば、第二の固体電解質層の厚みは第一の固体電解質の厚み以下であることにより、リチウムイオンの移動距離を最小限に抑えることができ、高出力の電池が得られ、また単位体積あたりの電極面積が広く確保できる。
【００３７】
また本発明によれば、グリーンシートを熱処理することで得られる該薄板状固体電解質の熱処理温度は１２００℃未満であることにより、熱処理後の固体電解質のイオン伝導度を最高の値とすることができる。
【００３８】
また、本発明によれば、リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体の平均粒径を３μｍ以下、最大粒径を１５μｍ以下とすることにより、緻密で空孔が少なくしたがってイオン伝導度が高い固体電解質を得ることができる。
【００３９】
また本発明によれば、リチウムイオン伝導性を有する無機粉体はＬｉ１＋ｘ＋ｚＭｘ（Ｇｅ１−ｙＴｉｙ）２−ｘＳｉｚＰ３−ｚＯ１２（但し、０≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦１．０、０≦ｚ≦０．６、Ｍ＝Ａｌ、Ｇａから選ばれる一つ以上）の結晶を含有することにより、第一の固体電解質は充分なイオン伝導性を備えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下本発明の実施形態について詳細に説明する。  
本発明が適用されるリチウムイオン二次電池としては、リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体またはその両方が含まれるグリーンシートを熱処理することで得られる固体電解質の両面に正極活物質を含むグリーンシートを熱処理して得られる正極および負極活物質を含むグリーンシートを熱処理して得られる負極を備えるものが好ましいが、これに限らず、粉体を成形・プレスして焼結したものを研削、研磨したものやガラスセラミックスのバルク体を研削、研磨してなる固体電解質の両面に正極活物質を含むグリーンシートを熱処理して得られる正極および負極活物質を含むグリーンシートを熱処理して得られる負極を備えるもの等にも適用することができる。
【００４１】
また、正極、負極についても活物質を含む粉体を成形・プレスして焼結したものを研削、研磨したものなどを適用しても良い。
【００４２】
すなわち、本発明は第一の固体電解質、正極、負極のそれぞれが焼結された固体であるものに好適に適用できる。
【００４３】
第一の固体電解質と正極および負極の間にはリチウムイオン伝導性を有するとともに第一の固体電解質と異なる硬度を有し、第一の固体電解質と正極および負極の間にそれぞれ介在して第一の電解質と正極および負極を相互に接着する第二の固体電解質層を備えるものである。
【００４４】
第一の固体電解質は、好ましくはリチウムイオン伝導性を有する無機粉体または熱処理することによりリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体またはその両方が含まれるグリーンシートを焼成することにより得られる。
【００４５】
第一の固体電解質は、内部に気孔が存在するとその部分はイオン伝導経路が存在しないため、固体電解質自体のイオン伝導度が低くなってしまう。電池として使用した場合、伝導度が高い方がリチウムイオンの移動速度が速くなるため高出力の電池が得られる。そこで、固体電解質中の気孔率は低い方が好ましく、２０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。気孔率を２０ｖｏｌ％以下とするには、固体電解質はグリーンシートであることが好適である。
【００４６】
本明細書において、「グリーンシート」とは、薄板状に成形したガラス粉末、結晶（セラミックス、ガラスセラミックス）の粉末の未焼成体を指し、ガラス粉末、結晶（セラミックスまたはガラスセラミックス）粉末と、有機結合剤、可塑剤、溶剤などの混合スラリーをドクターブレードやカレンダ法等により薄板状に成形したものいう。
【００４７】
また、グリーンシートは、均一な厚みに形成することにより、焼成時、均一にグリーンシートが加熱されるため、焼結も材料中で均一に進み、その結果として緻密で気孔率が２０ｖｏｌ％以下と非常に少ない薄板状の固体電解質を得ることができる。そこで、焼成前のグリーンシートの厚みの変化は、焼成前のグリーンシートの厚みの分布の平均値に対して＋１０％から−１０％の範囲であると好ましい。さらに、原料を十分混合することにより、グリーンシートの組成を均一にし、焼成前にロールプレスや一軸、等方加圧などにより加圧し、緻密化しておくことにより、焼成後も緻密で気孔率の少ない第一の固体電解質を得ることができ、これによってイオン伝導度が高く、高出力の固体電解質を得ることができる。そこで原料の混合は、例えばボールミルで少なくとも１時間以上行なうことが望ましい。
【００４８】
本発明の好ましい実施態様である薄板状の第一の固体電解質は、電池として使用した場合、薄い方がリチウムイオンの移動距離が短いため高出力の電池が得られ、また単位体積当りの電極面積が広く確保できるため高容量の電池が得られる。そこで、固体電解質として用いる電解質層の厚みは５００μｍ以下が好ましく、４００μｍ以下がより好ましく、３００μｍ以下が最も好ましい。
【００４９】
リチウムイオン二次電池の充放電時におけるリチウムイオンの移動性は、電解質のリチウムイオン伝導度およびリチウムイオン輸率に依存する。したがって、本発明の固体電解質にはリチウムイオン伝導性の高い物質を用いることが好ましい。
【００５０】
リチウムイオン伝導性の粉体または熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する粉体の熱処理後のイオン伝導度は、１×１０−４Ｓ・ｃｍ−１以上であることが好ましく、５×１０−４Ｓ・ｃｍ−１以上であることがより好ましく、１×１０−３Ｓ・ｃｍ−１以上であることが最も好ましい。
【００５１】
本発明において使用するリチウムイオン伝導性の無機粉体は、リチウムイオン伝導性の結晶（セラミックまたはガラスセラミックス）粉体またはこれらの混合物の粉体を含有する無機物質の粉体である。また熱処理することによりリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体は熱処理によりガラスセラミックスとなるガラス粉体である。  
ここで、リチウムイオン伝導性とはリチウムイオン伝導度が２５℃において１×１０−８S・ｃｍ-1以上の値を示すことを言う。    
リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体の平均粒径を３μｍ以下、最大粒径を１５μｍ以下とすることが好ましい。これによって、緻密で空孔が少なくしたがってイオン伝導度が高い固体電解質を得ることができる。
【００５２】
高いリチウムイオン伝導性を得るためにリチウムイオン伝導性の無機粉体はリチウム、シリコン、リン、チタンを主成分として含有することが好ましい。
【００５３】
固体電解質中にこれらの結晶を多く含むことにより、より高い伝導度が得られるため、固体電解質中に５０ｗｔ％以上のリチウムイオン伝導性の結晶を含むことが好ましい。
【００５４】
また、固体電解質を得るための成形体に含まれるリチウムイオン伝導性の無機粉体中においてもこれらの結晶を多く含むことにより、より高い伝導度が得られるため、リチウムイオン伝導性の無機粉体中に５０ｗｔ％以上のリチウムイオン伝導性の結晶を含むことが好ましい。
【００５５】
ここで、使用できるリチウムイオン伝導性の結晶としては、イオン伝導を阻害する結晶粒界を含まない結晶であるとイオン伝導の点で有利であり、ＬｉＮ、ＬＩＳＩＣＯＮ類、Ｌａ０．５５Ｌｉ０．３５ＴｉＯ３などのリチウムイオン伝導性を有するペロブスカイト構造を有する結晶や、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有するＬｉＴｉ２Ｐ３Ｏ１２や、これら結晶を析出させたガラスセラミックスを用いることができる。好ましいリチウムイオン伝導性の結晶は、Ｌｉ１＋ｘ＋ｚＭｘ（Ｇｅ１−ｙＴｉｙ）２−ｘＳｉｚＰ３−ｚＯ１２（但し、０≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦１．０、０≦ｚ≦０．６、Ｍ＝Ａｌ、Ｇａから選ばれる一つ以上）である。特にＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する結晶を析出させたガラスセラミックスは、イオン伝導を妨げる空孔や結晶粒界をほとんど有しないため、イオン伝導性が高くかつ化学的な安定性に優れるため、より好ましい。
【００５６】
固体電解質中にはこのガラスセラミックスを多く含むことにより高い伝導率が得られるため、固体電解質中に８０ｗｔ％以上のリチウムイオン伝導性のガラスセラミックスを含むことが好ましい。より好ましくは８５ｗｔ％以上、最も好ましくは９０ｗｔ％以上である。
【００５７】
ここで、イオン伝導を妨げる空孔や結晶粒界とは、リチウムイオン伝導性の結晶を含む無機物質全体の伝導度を該無機物質中のリチウムイオン伝導性結晶そのものの伝導度に対し、１／１０以下へ減少させる空孔や結晶粒界等のイオン伝導性阻害物質をさす。
【００５８】
ここで、ガラスセラミックスとは、ガラスを熱処理することによりガラス相中に結晶相を析出させて得られる材料であり、非晶質固体と結晶からなる材料をいう。また、ガラスセラミックスとは、結晶の粒子間や結晶中に空孔がほとんどなければガラス相すべてを結晶相に相転移させた材料、すなわち、材料中の結晶量（結晶化度）が１００質量％のものを含む。一般にいわれるセラミックスや焼結体はその製造工程上、結晶の粒子間や結晶中の空孔や結晶粒界の存在が避けられず、ガラスセラミックスとは区別することができる。特にイオン伝導に関しては、セラミックスの場合は空孔や結晶粒界の存在により、結晶粒子自体の伝導度よりもかなり低い値となってしまう。ガラスセラミックスは結晶化工程の制御により結晶間の伝導度の低下を抑えることができ、結晶粒子と同程度の伝導度を保つことができる。
【００５９】
また、ガラスセラミックス以外で、イオン伝導を妨げる空孔や結晶粒界をほとんど有しない材料として、上記結晶の単結晶が挙げられるが、製造が難しくコストが高いため、リチウムイオン伝導性のガラスセラミックスを用いるのが最も好ましい。
【００６０】
本発明の固体電解質層に含有させるリチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体はリチウムイオン伝導性のガラスセラミックスまたはその母ガラスを粉砕したものを使用することが好ましい。このリチウムイオン伝導性の無機粉体は、固体電解質中に均一に分散されていることが固体電解質のイオン伝導性、及び機械的強度の点で好ましい。分散性を良好にするため、また固体電解質の厚さを所望のものとするために、前記無機粉体の粒径は、平均で３μｍ以下が好ましく、２μｍ以下がより好ましく、１μｍ以下が最も好ましい。
【００６１】
前記無機粉体の最大粒径は緻密な固体電解質を得るために、１５μｍ以下が好ましく、１２μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下が最も好ましい。
【００６２】
ここで平均粒径とはレーザー回折法によって測定した時のＤ５０（累積５０％径）の値であり、使用する測定装置を具体的にはベックマン・コールター社の粒度分布測定装置ＬＳ１００Ｑまたはサブミクロン粒子アナライザーＮ５によって測定した値を用いることができる。なお、前記平均粒子径は体積基準で表わした値である。前記の測定装置は被測定物の粒径によって使い分けをする。被測定物の最大粒径が３μｍ未満の場合はサブミクロン粒子アナライザーＮ５のみを用いて測定する。
【００６３】
前記リチウムイオン伝導性ガラスセラミックスとして好ましいものは、母ガラスが酸化物基準のｍｏｌ％で、
Ｌｉ２Ｏ    １０〜２５％、および
Ａｌ２Ｏ３および／またはＧａ２Ｏ３    ０．５〜１５％、および
ＴｉＯ２および／またはＧｅＯ２    ２５〜５０％、および
ＳｉＯ２    ０〜１５％、および
Ｐ２Ｏ５    ２６〜４０％
の各成分を含有する
組成であり、このガラスを熱処理して結晶化させ、その際の主結晶相がＬｉ１＋ｘ＋ｚＭｘ（Ｇｅ１−ｙＴｉｙ）２−ｘＳｉｚＰ３−ｚＯ１２（但し、０≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦１．０、０≦ｚ≦０．６、Ｍ＝Ａｌ、Ｇａから選ばれる一つ以上）であることを特徴としたガラスセラミックスである。  上述の系の場合、溶融ガラスをキャストして容易にガラスを得ることができ、このガラスを熱処理して得られた上記結晶相をもつガラスセラミックスは高いリチウムイオン伝導性を有する。
【００６４】
また、上記の組成以外にも、類似の結晶構造を有するガラスセラミックスであれば、ガラスセラミックスの製造の際、その融点を下げるかまたはガラスの安定性を上げるために、イオン伝導性を下げない範囲で他の原料を微量添加することも可能である。
【００６５】
該熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体としては、たとえば、酸化物基準のｍｏｌ％で、Ｌｉ２Ｏ    １０〜２５％、およびＡｌ２Ｏ３および／またはＧａ２Ｏ３    ０．５〜１５％、およびＴｉＯ２および／またはＧｅＯ２    ２５〜５０％、およびＳｉＯ２    ０〜１５％、およびＰ２Ｏ５    ２６〜４０％の各成分を含有するものが好ましい。
【００６６】
ガラスセラミックスの組成には、Ｌｉ２Ｏ以外のＮａ２ＯやＫ２Ｏなどのアルカリ金属は、出来る限り含まないことが望ましい。これら成分がガラスセラミックス中に存在するとアルカリイオンの混合効果により、Ｌｉイオンの伝導を阻害して伝導度を下げることになる。
【００６７】
また、ガラスセラミックスの組成に硫黄を添加すると、リチウムイオン伝導性は少し向上するが、化学的耐久性や安定性が悪くなるため、出来る限り含有しない方が望ましい。
【００６８】
ガラスセラミックスの組成には、環境や人体に対して害を与える可能性のあるＰｂ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｈｇなどの成分もできる限り含有しないほうが望ましい。
【００６９】
リチウムイオン伝導性の無機粉体すなわち高いリチウムイオン伝導度と化学的安定性を有する結晶（セラミックスもしくはガラスセラミックス）の粉体または熱処理によりこのようなリチウムイオン伝導性を発現するガラス粉体またはこれらの粉体の混合物を、有機系のバインダーや必要に応じて分散剤等とともに溶剤を用いて混合し、ドクターブレード法などの簡易な作製方法により、グリーンシートを作製する。作製したグリーンシートを任意の形状に加工し、好ましくはロールプレスや一軸、等方加圧等により加圧した後焼成して有機バインダーの有機成分を除去することにより、薄板状あるいは任意の形状の全固体電解質が得られる。
【００７０】
グリーンシートの成形時に用いる有機バインダーは、ドクターブレード用の成形助剤として市販されているバインダーを用いることができる。また、ドクターブレード用以外にもラバープレス、押し出し成形などに一般に用いられている成形助剤を用いることができる。具体的には、アクリル樹脂、エチルセルロース、ポリビニルブチラール、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、ブチルメタアクリレート、ビニル系の共重合物等を用いることができる。これらのバインダーの他に、粒子の分散性を高めるための分散剤や、乾燥時の泡抜きを良好にするための界面活性剤などを適量添加すると、より好ましい。
【００７１】
また、リチウム伝導性を阻害せず、電子伝導性を上げたければ、他の無機粉体や有機物を加えても問題はない。無機粉体として誘電性の高い絶縁性の結晶またはガラスを少量加えることにより効果が得られることがある。例えばＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＬａＴｉＯ３等が挙げられる。
【００７２】
有機物は、焼成時に除去されるため、成型時のスラリーの粘度調整などに使用しても問題はない。
【００７３】
当グリーンシートの成形には、簡易なドクターブレード、ロールコーター、ダイコーターを用いることができる。また粘性を調製すれば、混練・押し出しなどの汎用の装置を用いることができるため、様々な形状の固体電解質を效率よく安価に製造することができる。
【００７４】
こうして作成した固体電解質グリーンシートを１２００℃以下の温度で焼成する。
【００７５】
焼成して得られるシート状の固体電解質は、成形したグリーンシートの形状がそのまま得られるため、任意の形状への加工が容易であり、したがって薄い膜や任意の形状の固体電解質あるいはこの固体電解質を用いた全固体リチウムイオン二次電池の製造が可能になる。
【００７６】
また、焼成後の固体電解質は有機物を含まないため、耐熱性および化学的耐久性にすぐれ、また安全性や環境に対しても害を及ぼすことが少ない。
【００７７】
なお、薄板状固体電解質の体積はグリーンシート時の６５容積％以上とすることが好ましい。これによって焼成によるグリーンシートの収縮等の変形を最小限にとどめることができる。
【００７８】
リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体の熱処理後のイオン伝導度は、室温で１×１０−４S・cm−１以上であることが好ましい。
【００７９】
リチウムイオン伝導性を有する無機粉体もしくは熱処理することでリチウムイオン伝導性を発現する無機粉体またはその双方が含まれるグリーンシートの熱処理後のイオン伝導度は５×１０−５S−１cm以上であることが好ましい。
【００８０】
Ｌｉイオンの吸蔵、放出が可能な遷移金属化合物を用いることができ、例えば、マンガン、コバルト、ニッケル、バナジウム、ニオブ、モリブデン、チタン、鉄、リン、アルミニウム、クロムから選ばれる少なくとも１種を含む遷移金属酸化物等を使用することができる。  
正極グリーンシートに含まれる活物質の含有量の下限値は、少ないと焼成後に単位体積当りの電池容量が少なくなってしまうため、４０ｗ％以上であることが好ましく、５０ｗｔ％以上であることがより好ましく、６０ｗｔ％以上であることが最も好ましい。
【００８１】
また、正極グリーンシートに含まれる活物質の含有量は、多すぎると可とう性が無くなり取り扱いがむずかしくなるため、９７ｗｔ％であることが好ましく、９４ｗｔ％であることがより好ましく、９０ｗｔ％以下であることが最も好ましい。
【００８２】
前記の活物質の含有量を有する正極グリーンシートを得るため、また良好に塗布できるスラリーを調製するためには、正極活物質粉体、無機物粉体、有機バインダー、可塑剤、溶剤などからなる混合スラリーの量に対して正極活物質の量は１０ｗｔ％以上とすることが好ましく、１５ｗｔ％以上とすることがより好ましく、２０ｗｔ％以上とすることが最も好ましい。
【００８３】
また、前記活物質の含有量の上限値は、良好に塗布できるスラリーを調製するためには、混合スラリーの量に対して９０ｗｔ％以下とすることが好ましく、８５ｗｔ％以下とすることがより好ましく、８０ｗｔ％以下とすることが最も好ましい。
【００８４】
また、正極活物質の電子伝導性が低い場合、電子伝導助剤を添加することにより、電子伝導性を付与することができる。電子伝導助剤としては、微粒子や纎維状の炭素材や金属を用いることができる。用いることができる金属は、チタンやニッケル、クロム、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属や白金、金、ロジウムなどの貴金属を用いることができる。
【００８５】
また、このリチウム二次電池用積層体を作製するための、その負極グリーンシートに使用する活物質としては、アルミニウム、シリコン、スズなどＬｉイオンの吸蔵、放出が可能な合金、チタンやバナジウム、クロム、ニオブ、シリコンなどの金属酸化物、の材料を使用することができる。
【００８６】
負極グリーンシートに含まれる活物質の含有量の下限値は、少ないと単位体積当りの電池容量が少なくなってしまうため、４０ｗ％以上であることが好ましく、５０ｗｔ％以上であることがより好ましく、６０ｗｔ％以上であることが最も好ましい。
【００８７】
また、負極グリーンシートに含まれる活物質の含有量の下限値は、上記の理由と良好に塗布できるスラリーを調製するためには、負極活物質粉体、無機物粉体、有機バインダー、可塑剤、溶剤などからなる混合スラリーの量に対して負極活物質の量は１０ｗｔ％以上とすることが好ましく、１５ｗｔ％以上とすることがより好ましく、２０ｗｔ％以上とすることが最も好ましい。
【００８８】
また、前記活物質の含有量の上限値は、バインダーや溶剤を用いてスラリー化する必要があるため、混合スラリーの量に対して９０ｗｔ％以下とすることが好ましく、８５ｗｔ％以下とすることがより好ましく、８０ｗｔ％以下とすることが最も好ましい。
【００８９】
また、負極活物質の電子伝導性が低い場合、電子伝導助剤を添加することにより、電子伝導性を付与することができる。電子伝導助剤としては、微粒子や纎維状の炭素材や金属を用いることができる。用いることができる金属は、チタンやニッケル、クロム、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属や白金、金、ロジウムなどの貴金属を用いることができる。
【００９０】
正極グリーンシート及び負極グリーンシートには、リチウムイオン伝導性無機物粉体を添加するとイオン伝導が付与され好ましい。具体的には、前記リチウムイオン伝導性のガラスセラミックスを含むことができる。また、固体電解質グリーンシートに含まれるイオン伝導性無機物と同じものを添加するとより好ましい。このように同じ材料を含むと電解質と電極材に含まれるイオン移動機構が共通することができ、電解質―電極間のイオン移動がスムーズに行え得る。従って、より高出力・高容量の電池が提供できる。
【００９１】
正極グリーンシートの場合、有機バインダーと混合する際のリチウムイオン伝導性無機物粉体の含有量の下限値は、イオン伝導性を付与させる必要があるため、正極活物質粉体、無機物粉体、有機バインダー、可塑剤、溶剤などからなる混合スラリーの量に対して１ｗｔ％以上とすることが好ましく、３ｗｔ％以上とすることがより好ましく、５ｗｔ％以上とすることが最も好ましい。
【００９２】
乾燥後の正極グリーンシート中のリチウムイオン伝導性無機物粉体の含有量の下限値は前記と同様の理由から、３ｗｔ％以上とすることが好ましく、５ｗｔ％以上とすることがより好ましく、１０ｗｔ％以上とすることが最も好ましい。
【００９３】
また、リチウムイオン伝導性無機物粉体の含有量の上限値は、多くなりすぎると含まれる活物質の量が少なく電池容量が低下してしまうため、混合スラリーの量に対して５０ｗｔ％以下とすることが好ましく、４０ｗｔ％以下とすることがより好ましく、３０ｗｔ％以下とすることが最も好ましい。
【００９４】
乾燥後の正極グリーンシート中のリチウムイオン伝導性無機物粉体の含有量の上限値は前記と同様の理由から、７０ｗｔ％以下とすることが好ましく、６０ｗｔ％以下とすることがより好ましく、５０ｗｔ％以下とすることが最も好ましい。
【００９５】
負極グリーンシートの場合、有機バインダーと混合する際のリチウムイオン伝導性無機物粉体の含有量の下限値は、イオン伝導性を付与させる必要があるため、負極活物質粉体、無機物粉体、有機バインダー、可塑剤、溶剤などからなる混合スラリーの量に対して１ｗｔ％以上とすることが好ましく、３ｗｔ％以上とすることがより好ましく、５ｗｔ％以上とすることが最も好ましい。
【００９６】
乾燥後の負極グリーンシート中のリチウムイオン伝導性無機物粉体の含有量の下限値は前記と同様の理由から、３ｗｔ％以上とすることが好ましく、５ｗｔ％以上とすることがより好ましく、１０
ｗｔ％以上とすることが最も好ましい。
【００９７】
また、リチウムイオン伝導性無機物粉体の含有量の上限値は、多くなりすぎると含まれる活物質の量が少なく電池容量が低下してしまうため、シート形状を維持させるため、混合スラリーの量に対して５０ｗｔ％以下とすることが好ましく、４０ｗｔ％以下とすることがより好ましく、３０ｗｔ％以下とすることが最も好ましい。
【００９８】
乾燥後の負極グリーンシート中のリチウムイオン伝導性無機物粉体の含有量の上限値は前記と同様の理由から、７０ｗｔ％以下とすることが好ましく、６０ｗｔ％以下とすることがより好ましく、５０ｗｔ％以下とすることが最も好ましい。
【００９９】
正極グリーンシートおよび負極グリーンシートは薄板状固体電解質グリーンシートの作成と同様にして形成することができる。
【０１００】
こうして作成された薄板状正極グリーンシートおよび薄板状負極グリーンシートをそれぞれの材質に応じた適正な焼成温度で焼成する。通常正極グリーンシートおよび負極グリーンシートの適正焼成温度は５００℃〜１０００℃の範囲である。
【０１０１】
第一の固体電解質を構成する薄板状固体電解質と薄板状正極および薄板状負極の間にはリチウムイオン伝導性を有するとともに第一の固体電解質と異なる硬度を有し薄板状固体電解質と正極および負極の間にそれぞれ介在して薄板状固体電解質と正極および負極を相互に接着する第二の固体電解質を構成する接着用固体電解質を設ける。
【０１０２】
接着用固体電解質（第二の固体電解質）は、リチウムイオン伝導度を備えるとともに、それぞれ焼成した固体電解質と正極および負極の双方にそれぞれ接着性を有する材料であって、固体電解質と正極、負極との間にそれぞれの部材に強固に接着するためにＪＩＳ  Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータ硬さ試験による硬さが９９以下の充分な柔らかさを有し、かつ充放電に伴う電極の膨張収縮に伴って伸縮することにより固体電解質からの電極の剥離を防止できるだけの弾性を有することが必要である。第二の固体電解質のＪＩＳ  Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータ硬さ試験による硬さが好ましくは９９以下、より好ましくは９５以下、最も好ましくは９０以下である。このような諸性質を備える接着用固体電解質層としては、リチウムイオン電導性ポリマー、たとえばアセトニトリルにポリエチレンオキサイドとポリプロピレンオキサイドの重合体とLiTFSIを溶解、混合した材料、あるいはこのイオン伝導性ポリマーにイオン伝導性ガラスセラミックス等イオン伝導性無機粉体を添加した材料等が好適であるが、これに限定されるものではない。
【０１０３】
このイオン伝導性ポリマーまたはこれにイオン伝導性無機粉体を添加した材料のスラリーとしてグリーンシートに作成し、乾燥することによって薄板状の接着用固体電解質を得ることができる。
【０１０４】
接着用固体電解質にはリチウムイオン伝導性を有する高分子が１５％以上含まれることが好ましい。これにより、接着用固体電解質が薄板状固体電解質と電極の間に介在しても充分なイオン伝導性を備えることができる。より好ましくは１８％以上であり、最も好ましくは２１％以上である。リチウムイオン伝導性を有する高分子の含有量の上限値としては、高分子だけで構成されていても目的とする固体電解質と電極の接合を満たすため１００％である。
【０１０５】
また、接着用固体電解の厚みは薄板状固体電解質の厚み以下にすることが好ましい。これにより、リチウムイオンの移動距離を最小限に抑えることができ、高出力の電池が得られ、また単位体積あたりの電極面積が広く確保できる。
【０１０６】
具体的には接着用固体電解の厚みは１００μm以下が好ましく、９０μm以下がより好ましく、８０μm以下が最も好ましい。また充放電時の電極の体積変化を緩和し、電極の剥離等を防ぐためには０．１μm以上が好ましく、０．５μm以上がより好ましく、１μm以上が最も好ましい。
【０１０７】
接着用固体電解質のイオン伝導度は、室温で１×１０−６S・cm−１以上であることが好ましい。これによってできあがった電池は、リチウムイオン二次電池として充分なイオン伝導度を有することができる。
【０１０８】
こうして作成した焼成済みの薄板状固体電解質と薄板状正極、薄板状負極の間に接着用固体電解質を介在させるようにして重ね合わせて積層し、この積層体を加圧しながら乾燥させることにより電池用積層体を作成する。
【０１０９】
こうして作成した薄板状固体電解質、正極、負極および接着用固体電解質からなる積層体の正極側および負極側に導電性無機材料と高分子の複合材料からなる集電体を形成する。たとえば正極側にアルミペーストを塗布して乾燥・焼成する等公知の方法により正極集電体を形成し、負極側に銅ペーストを塗布して乾燥・焼成する等公知の方法により負極集電体を形成し、正極側に正極リード、負極側に負極リードをそれぞれ接続してリチウムイオン二次電池を作成する。
【実施例１】
【０１１０】
固体電解質の作製
原料としてＨ３ＰＯ４、Ａｌ（ＰＯ３）３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２を使用し、これらを酸化物換算のモル％でＰ２Ｏ５を３３．８％、Ａｌ２Ｏ３を７．６％、Ｌｉ２Ｏを１４．５％、ＴｉＯ２を４１．３％、ＳｉＯ２を２．８％を含有する組成になるように秤量して均一に混合した後に、白金ポットに入れ、電気炉中１４５０℃でガラス融液を撹拌しながら３時間加熱熔解した。その後、ガラス融液を流水中に滴下させることにより、フレーク状のガラスを得た。得られたガラスフレークをジェットミルで粉砕し、平均粒径１．９μｍのガラス微粒子を得た。更にエタノールによる湿式ボールミルを用いて微粉砕し、そのスラリーを更にスプレードライで乾燥させることで平均粒径０．３μｍのガラス微粒子を得た。このガラス微粒子と水に分散させたアクリル樹脂に分散剤を添加してボールミルにて４８ｈ攪拌してスラリーを調製した。このときのスラリーに含まれるガラス微粒子は６５．５質量％で、アクリル樹脂は１８．５質量％とした。ドクターブレード法にて離型処理を施したＰＥＴフィルム上に厚み３５μｍにて成形、８０℃にて一次乾燥させ、更に９５度で二次乾燥を行いグリーンシートを得た。このグリーンシートを、５０ｍｍ角に切り出し、３枚重ねて積層されたものを１０１０℃で２ｈ熱処理した。得られた処理物はＸ線回折法で確認したところ、主結晶相にＬｉ１＋ｘ＋ｙＡｌｘＴｉ２−ｘＳｉｙＰ３−ｙＯ１２（０≦ｘ≦０．４、０＜ｙ≦０．６）であることが確認され、インピーダンス測定を行いイオン伝導度を求めたところ、２．７×１０−４Scm-1であり、薄板状の固体電解質が得られたことが確認された。また、得られた固体電解質の空孔率を測定したところ２．５容積％だった。
【０１１１】
正極の作製
前記フレーク状のガラスを１０００℃で５ｈ熱処理し、主結晶相がＬｉ１＋ｘ＋ｚＡｌｘＴｉ２−ｘＳｉｚＰ３−ｚＯ１２（０≦ｘ≦０．４、ｙ＝０、０＜ｚ≦０．６）で、イオン伝導度が６．８×１０−４Scm-1のフレーク状固体電解質を得た。得られたフレーク状固体電解質をジェットミルと湿式ボールミルを用いて、平均粒径０．２μｍの粉末状固体電解質を得た。得られた粉末状固体電解質と市販の平均５μｍのLiCoO2を、重量比で粉末状固体電解質： LiCoO2＝２：９となるようにボールミルで混合した。ここで得られた複合体と水に分散させたアクリル樹脂に分散剤を添加してボールミルにて４８ｈ攪拌してスラリーを調製した。このときのスラリーに含まれる複合体は６５．４重量％で、アクリル樹脂は１２．５重量％とした。ドクターブレード法にて離型処理を施したＰＥＴフィルム上に厚み４５μｍにて正極グリーンシートを成形、８０℃にて一次乾燥させ、更に９５℃で二次乾燥を行った。ここで得られた正極グリーンシートをＰＥＴフィルムを剥離して２枚重ね、CIP(等方加圧装置)を用いて１９６．１MPaで１０分間加圧し緻密な正極グリーンシート積層体を得た。ここで得られた正極グリーンシート積層体を７８０℃で熱処理し、薄板状の正極を得た。
【０１１２】
負極の作製
市販の平均７．５μｍのＬｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４を、前記粉末状固体電解質と重量比で粉末状固体電解質：Li4/3Ti5/3O4＝１：４となるようにボールミルで混合した。ここで得られた複合体と水に分散させたアクリル樹脂に分散剤を添加してボールミルにて４８ｈ攪拌してスラリーを調製した。このときのスラリーに含まれる複合体は６３．８重量％で、アクリル樹脂は１３．４重量％とした。ドクターブレード法にて離型処理を施したＰＥＴフィルム上に厚み４８μｍにて成形、８０℃にて一次乾燥させ、更に９５℃で二次乾燥を行った。ここで得られた負極グリーンシートをＰＥＴフィルムを剥離して２枚重ね、CIP(等方加圧装置)を用いて１９６．１MPaで１０分間加圧し緻密な負極グリーンシート積層体を得た。ここで得られた負極グリーンシート積層体を６５０℃で熱処理し、薄板状の負極を得た。
【０１１３】
接着性固体電解質の作製
アセトニトリルにポリエチレンオキサイドとポリプロピレンオキサイドの重合体とLiTFSIを加え二軸ミキサーを用いて２４時間溶解・攪拌した。ドクターブレード法にて離型処理を施したＰＥＴフィルム上に厚み７μｍにて成形、７０℃にて一次乾燥させ、更に８０℃で二次乾燥を行い、更に露点-６０℃の雰囲気にて２５℃で三次乾燥を行った。ここで得られたシートのインピーダンス測定を行いイオン伝導度を求めたところ、１．２×１０−５Scm-1であり、イオン伝導性と接着性を有する固体電解質が得られたことが確認された。
【０１１４】
全固体リチウムイオン二次電池の作製
上記のようにして得られた、薄板状の固体電解質、接着性固体電解質、正極、負極を図１に示すように重ねて積層体とし、０．２５ＭＰａで加圧しながら露点-６０℃の雰囲気にて９０℃で１２時間保持した。ここで作製した積層体の正極側に、アルミをスパッタで蒸着して正極集電体を作製した。負極側には銅をスパッタで蒸着して負極集電体を作製した。更に、正極側にアルミニウム箔を正極リードとして接続し、負極側に銅箔を負極リードとして接続し、内側を絶縁コートしたアルミ製のラミネートフィルムに封入し、リチウムイオン二次電池を作製した。作製した電池は、平均電圧2.5Vで放電し、充放電可能な電池であった。
【実施例２】
【０１１５】
接着性固体電解質の作製
アセトニトリルにPEOとPPOの重合体とLiTFSIを加え二軸ミキサーを用いて２４時間溶解・攪拌し、更に前記粉末状固体電解質を添加して２４ｈ攪拌した。ドクターブレード法にて離型処理を施したＰＥＴフィルム上に厚み１０μｍにて成形、７０℃にて一次乾燥させ、更に８０℃で二次乾燥を行い、更に露点-６０℃の雰囲気にて２５℃で三次乾燥を行った。ここで得られたシートのインピーダンス測定を行いイオン伝導度を求めたところ、７．５×１０−５Scm-1であり、イオン伝導性と接着性を有する固体電解質が得られたことが確認された。
【０１１６】
全固体リチウムイオン二次電池の作製
前記の、薄板状の固体電解質、接着性固体電解質、正極、負極を重ね、０．１ＭＰａで加圧しながら露点-６０℃の雰囲気にて９０℃で１２時間保持した。ここで作製した積層体の正極側に、アルミをスパッタで蒸着して正極集電体を作製した。負極側には銅をスパッタで蒸着して負極集電体を作製した。更に、正極側にアルミニウム箔を正極リードとして接続し、負極側に胴箔を負極リードとして接続し、内側を絶縁コートしたアルミ製のラミネートフィルムに封入し、リチウムイオン電池を作製した。作製した電池は、平均電圧2.5Vで放電し、充放電可能な電池であった。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】リチウムイオン二次電池用積層体の１例を示す断面図である。
【図１】
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