全固體電池的制造方法以及全固體電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及全固體電池的制造方法以及全固體電池。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，二次電池作為個(gè)人電腦、攝像機(jī)以及便攜電話等的電源、或者作為汽車(chē)、電力儲(chǔ)藏用的電源，而成為必不可少的重要的構(gòu)成要素。
[0003]在二次電池中特別是鋰離子二次電池具有相比于其他二次電池，容量密度更高、且能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓下的動(dòng)作這樣的特征。因此，作為易于實(shí)現(xiàn)小型輕量化的二次電池而用于信息關(guān)聯(lián)設(shè)備、通信設(shè)備，近年來(lái)，作為低排放車(chē)的電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)用的高輸出并且高容量的鋰離子二次電池的開(kāi)發(fā)得到了發(fā)展。
[0004]在鋰離子二次電池或者鋰二次電池中，具備正極層以及負(fù)極層、和在它們之間配置的包含鋰鹽的電解質(zhì)，電解質(zhì)由非水系的液體或者固體構(gòu)成。在電解質(zhì)中使用非水系的液體電解質(zhì)的情況下，電解液向正極層的內(nèi)部浸透，所以易于形成構(gòu)成正極層的正極活性物質(zhì)與電解質(zhì)的界面，易于提高性能。但是，廣泛使用的電解液是可燃性的，所以需要安裝抑制短路時(shí)的溫度上升的安全裝置、或搭載用于確保防止短路等的安全性的系統(tǒng)。相對(duì)于此，在將液體電解質(zhì)變更為固體電解質(zhì)而使電池全固體化了的全固體電池中，在電池內(nèi)未使用可燃性的有機(jī)溶劑，所以認(rèn)為實(shí)現(xiàn)安全裝置的簡(jiǎn)化，制造成本、生產(chǎn)性優(yōu)良，開(kāi)發(fā)得到發(fā)展。
[0005]作為全固體電池，提出了包括正極集電體/正極活性物質(zhì)層/固體電解質(zhì)層/負(fù)極活性物質(zhì)層/負(fù)極集電體的全固體電池，作為其制造方法，提出了組合正極集電體/正極活性物質(zhì)層/固體電解質(zhì)層并加壓而制作層疊體、或?qū)φ龢O集電體/正極活性物質(zhì)層/固體電解質(zhì)層/負(fù)極活性物質(zhì)層/負(fù)極集電體進(jìn)行加壓而制作層疊體(專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:國(guó)際公開(kāi)第2012/077197 (Al)號(hào)手冊(cè)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]但是，如專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載那樣，如果組合正極集電體/正極活性物質(zhì)層/固體電解質(zhì)層并加壓、或者組合正極集電體/正極活性物質(zhì)層/固體電解質(zhì)層/負(fù)極活性物質(zhì)層/負(fù)極集電體并加壓，則有時(shí)在加壓而制作出的層疊體中發(fā)生翹曲。在該情況下，需要用于抑制層疊體的翹曲的工序，具有在全固體電池的制造中需要大量的工時(shí)的問(wèn)題。因此，期望能夠比以往減少用于抑制翹曲的工序的全固體電池的制造方法。
[0008]本發(fā)明提供一種全固體電池的制造方法，包括:
[0009]工序(A)，在具有第一主表面以及第二主表面的第一集電體的兩面的各個(gè)面，配置含有第一電極活性物質(zhì)的第一電極活性物質(zhì)層，形成第一電極層；
[0010]工序(B)，在兩面所配置的各個(gè)第一電極活性物質(zhì)層上，配置含有固體電解質(zhì)的固體電解質(zhì)層；
[0011]工序(C)，在配置在各個(gè)第一電極活性物質(zhì)層上的固體電解質(zhì)層上，將含有第二電極活性物質(zhì)的第二電極活性物質(zhì)層以及第二集電體配置成使第二電極活性物質(zhì)層與固體電解質(zhì)層相接；
[0012]工序(D)，對(duì)通過(guò)工序㈧?(C)所制作的包括第二集電體、第二電極活性物質(zhì)層、固體電解質(zhì)層、第一電極活性物質(zhì)層、第一集電體、第一電極活性物質(zhì)層、固體電解質(zhì)層、第二電極活性物質(zhì)層以及第二集電體的層疊體進(jìn)行加壓，制作電池單元；
[0013]工序(E)，重復(fù)工序㈧?(D)，來(lái)制作多個(gè)電池單元；以及
[0014]工序(F)，層疊多個(gè)電池單元。
[0015]另外，本發(fā)明提供一種全固體電池，包括2個(gè)以上的電池單元，該電池單元是將第二集電體、第二電極活性物質(zhì)層、固體電解質(zhì)層、第一電極活性物質(zhì)層、第一集電體、第一電極活性物質(zhì)層、固體電解質(zhì)層、第二電極活性物質(zhì)層以及第二集電體依次層疊而成的，其中，2個(gè)以上的電池單元被層疊成以使第二集電體彼此相接。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供比以往減少了用于抑制翹曲的工序的全固體電池的制造方法、以及翹曲少的全固體電池。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是說(shuō)明以往的全固體電池的制作方法的剖面示意圖。
[0018]圖2是在包括負(fù)極集電體以及負(fù)極活性物質(zhì)層的層疊體的負(fù)極活性物質(zhì)層上轉(zhuǎn)印了固體電解質(zhì)層之后的、層疊體翹曲了的狀態(tài)的外觀圖。
[0019]圖3是固定了負(fù)極層的層疊體的俯視示意圖。
[0020]圖4是固定了負(fù)極層的層疊體的剖面示意圖。
[0021]圖5是轉(zhuǎn)印了固體電解質(zhì)層之后的層疊體的剖面示意圖。
[0022]圖6是將透明帶52上的固體電解質(zhì)層剝下之后的層疊體的剖面示意圖。
[0023]圖7是固定了正極層的層疊體的剖面示意圖。
[0024]圖8是固定了正極層的層疊體的俯視示意圖。
[0025]圖9是針對(duì)加壓了的層疊體用虛線表示切除部分的俯視示意圖。
[0026]圖10是針對(duì)加壓了的層疊體用虛線表示切除部分的剖面示意圖。
[0027]圖11是包括第一集電體以及第一電極活性物質(zhì)層的層疊體的剖面示意圖。
[0028]圖12是配置了固體電解質(zhì)層的層疊體的剖面示意圖。
[0029]圖13是轉(zhuǎn)印固體電解質(zhì)膜時(shí)的層疊體的剖面示意圖。
[0030]圖14是將固體電解質(zhì)層各配置了 2層的層疊體的剖面示意圖。
[0031]圖15是配置了正極層的層疊體的剖面示意圖。
[0032]圖16是對(duì)層疊體加壓而制作的電池單元30的剖面示意圖。
[0033]圖17是層疊多個(gè)電池單元而制作的全固體電池的剖面示意圖。
[0034](符號(hào)說(shuō)明)
[0035]1:正極活性物質(zhì)層；2:固體電解質(zhì)層；3:負(fù)極活性物質(zhì)層；4:正極集電體；5:負(fù)極集電體；6:基材；7:層疊體；8:銷(xiāo)板；9:樹(shù)脂涂層；10:鋁層壓板；11:第一電極活性物質(zhì)層；12:第一集電體；121:第一集電體的第一主表面；122:第一集電體的第二主表面；13:固體電解質(zhì)層；14:基材；15:第一電極層；21:第二電極活性物質(zhì)層；22:第二集電體；30:電池單元；51:負(fù)極集電片；52:透明帶；53:正極集電片；54:透明帶；100:全固體電池。
【具體實(shí)施方式】
[0036]以往，通過(guò)圖1所示那樣的工序，制作了全固體電池。圖1是說(shuō)明以往的全固體電池的制作方法的剖面示意圖。首先，在圖1的工序(I)中，分別準(zhǔn)備在正極集電體4上形成了的正極活性物質(zhì)層1、在基材6上形成了的固體電解質(zhì)層2、以及在負(fù)極集電體5上形成了的負(fù)極活性物質(zhì)層3。
[0037]接下來(lái)，在工序(II)中，在負(fù)極活性物質(zhì)層3上轉(zhuǎn)印固體電解質(zhì)層2。然后，在工序(III)中，將在正極集電體4上形成了的正極活性物質(zhì)層I和固體電解質(zhì)層2進(jìn)行層疊并進(jìn)行加壓，從而制作包括負(fù)極集電體層、負(fù)極活性物質(zhì)層、固體電解質(zhì)層、正極活性物質(zhì)層、以及正極集電體層的電池單元。
[0038]同樣地制作多個(gè)電池單元，在工序(IV)中，以使正極集電體彼此以及負(fù)極集電體彼此分別相接的方式進(jìn)行層疊，制作全固體電池。在工序(IV)中，示出層疊了 3個(gè)電池單元的例子。
[0039]在工序(II)中，在負(fù)極活性物質(zhì)層3上轉(zhuǎn)印固體電解質(zhì)層2時(shí)，進(jìn)行加壓來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)印，所以在包括負(fù)極集電體5、負(fù)極活性物質(zhì)層3以及固體電解質(zhì)層2的層疊體7中發(fā)生應(yīng)力，有時(shí)在層疊體7中發(fā)生圖2所示那樣的翹曲。
[0040]圖2是在包括負(fù)極集電體以及負(fù)極活性物質(zhì)層的層疊體的負(fù)極活性物質(zhì)層上轉(zhuǎn)印了固體電解質(zhì)層之后的、包括負(fù)極集電體、負(fù)極活性物質(zhì)層以及固體電解質(zhì)層的層疊體翹曲了的狀態(tài)的外觀圖。層疊體7的翹曲大，所以在負(fù)極活性物質(zhì)層以及固體電解質(zhì)層中也發(fā)生裂紋。
[0041]這樣，如果層疊體7翹曲，則無(wú)法在之后的工序中層疊正極活性物質(zhì)層I以及正極集電體4，而無(wú)法制作電池單元。
[0042]關(guān)于全固體電池的制造工序中的上述那樣的層疊體的翹曲，在負(fù)極集電體的單面上配置的負(fù)極活性物質(zhì)層上轉(zhuǎn)印固體電解質(zhì)層的情況下最顯著，但即使在將固體電解質(zhì)層通過(guò)涂覆等而配置在負(fù)極活性物質(zhì)層上，并配置正極活性物質(zhì)層以及正極集電體而實(shí)施了加壓的情況下，由于電池單元構(gòu)造的非對(duì)稱性，也易于在電池單元中發(fā)生翹曲。在層疊多個(gè)電池單元來(lái)制作全固體電池時(shí)，存在如下問(wèn)題:電池單元的層疊數(shù)越多，翹曲的影響越大。
[0043]這樣，以往在全固體電池的制造工序中，層疊體以及電池單元的翹曲有時(shí)成為問(wèn)題，需要抑制翹曲的工序。在以往進(jìn)行的翹曲抑制工序中，包括以下那樣的作業(yè)。
[0044]首先，如圖3以及圖4所示，在具有剛性的鋁板8上，配置涂層了樹(shù)脂的鋁層壓板10，將鋁層壓板10的4邊以密封方式固定于鋁板8。然后，在鋁層壓板10的樹(shù)脂涂層9上，配置包含具有負(fù)極集電片51的負(fù)極集電體5以及負(fù)極活性物質(zhì)層3的負(fù)極層，用透明帶52將負(fù)極層的4邊固定到鋁層壓板的樹(shù)脂涂層9，制作層疊體。使用具有樹(shù)脂涂層9的鋁層壓板10的原因在于，在電池的制作工序中防止正極層和負(fù)極層短路。圖3是固定了負(fù)極層的層疊體的俯視示意圖，圖4是固定了負(fù)極層的層疊體的剖面示意圖。該貼帶作業(yè)針對(duì)每個(gè)單元需要15分鐘左右，在制作例如20個(gè)單元時(shí)，花費(fèi)約300分鐘。
[0045]接下來(lái)，如圖5所示，在固定了的負(fù)極活性物質(zhì)層3上轉(zhuǎn)印固體電解質(zhì)層2。此時(shí)，在透明帶52上也轉(zhuǎn)印固體電解質(zhì)2，所以如圖6所示，剝下透明帶52上的固體電解質(zhì)層2。圖5是轉(zhuǎn)印了固體電解質(zhì)層2之后的層疊體的剖面示意圖，圖6是將透明帶52上的固體電解質(zhì)層剝下之后的層疊體的剖面示意圖。該固體電解質(zhì)層的剝下作業(yè)針對(duì)每個(gè)單元花費(fèi)10分鐘左右，在制作例如20個(gè)單元時(shí)，花費(fèi)約200分鐘。
[0046]接下來(lái)，如圖7以及8所示，將包括正極活性物質(zhì)層I以及具有正極集電片53的正極集電體4的正極層進(jìn)行層疊，將正極層的具有正極集電片53的邊用透明帶54進(jìn)行固定并加壓。圖7是固定了正極層的層疊體的剖面示意圖，圖8是固定了正極層的層疊體的俯視示意圖。在加壓后，將透明帶54剝下。
[0047]為了層疊如上述那樣制作了的電池單元來(lái)制作全固體電池，而從具有樹(shù)脂涂層9的鋁層壓板10分離電池單元。如圖9以及10所示，以沿著負(fù)極集電體5以及負(fù)極集電片51的外形的方式，沿著虛線部來(lái)切除透明帶52。圖9是針對(duì)加壓了的層疊體利用虛線來(lái)表示切除部分的俯視示意圖，圖10是針對(duì)加壓了的層疊體利用虛線來(lái)表示切除部分的剖面示意圖。
[0048]關(guān)于具有正極集電片53的邊，以不使正極集電片53損傷的方式，將正極集電片53揭起來(lái)而切除透明帶52。然后，將電池單元從具有樹(shù)脂涂層9的鋁層壓板10分離。該電池單元的分離作業(yè)針對(duì)每個(gè)單元花費(fèi)10