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公開番号2025124556
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-26
出願番号2024020714
出願日2024-02-14
発明の名称固体二次電池の製造方法
出願人本田技研工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 10/0585 20100101AFI20250819BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】内部抵抗が低く、高い充放電容量を有する固体二次電池を工業的に有利に製造することができる方法を提供すること。
【解決手段】正極活物質層と固体電解質層とを加圧接合して正極層-固体電解質層接合体を得る第1接合工程と、前記正極層-固体電解質層接合体の前記固体電解質層と中間層とを加圧接合して正極層-固体電解質層-中間層接合体を得る第2接合工程と、前記正極層-固体電解質層-中間層接合体を厚さ方向に、前記正極活物質層及び前記固体電解質層の空隙率が5%以下となるように加圧成形する高密度化工程と、前記正極層-固体電解質層-中間層接合体の前記中間層と負極層とを、加圧接合して電極積層体を得る第3接合工程と、を含む、固体二次電池の製造方法。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
正極集電体及び正極活物質層を有する正極層と、前記正極活物質層に対向する負極集電体を有する負極層と、前記正極層と前記負極層との間に配置された固体電解質層と、前記負極層と前記固体電解質層との間に配置された中間層と、を有し、前記正極層、前記固体電解質層、前記中間層及び前記負極層はそれぞれ隣接する層と接合されている電極積層体を含む固体二次電池の製造方法であって、
前記正極活物質層と前記固体電解質層とを加圧接合して正極層－固体電解質層接合体を得る第１接合工程と、
前記正極層－固体電解質層接合体の前記固体電解質層と前記中間層とを加圧接合して正極層－固体電解質層－中間層接合体を得る第２接合工程と、
前記正極層－固体電解質層－中間層接合体を厚さ方向に加圧成形して高密度化する高密度化工程と、
前記正極層－固体電解質層－中間層接合体の前記中間層と前記負極層とを、加圧接合して前記電極積層体を得る第３接合工程と、を含み、
前記第３接合工程後の前記正極活物質層及び前記固体電解質層の空隙率が５％以下である、固体二次電池の製造方法。
続きを表示（約 800 文字）【請求項２】
前記高密度化工程における加圧成形の圧力は、前記第１接合工程、前記第２接合工程及び前記第３接合工程のいずれの加圧接合の圧力よりも高い、請求項１に記載の固体二次電池の製造方法。
【請求項３】
前記第２接合工程における加圧接合の圧力は、前記第１接合工程における加圧接合の圧力よりも高い、請求項１又は２に記載の固体二次電池の製造方法。
【請求項４】
前記第３接合工程における加圧接合の圧力は、前記第１接合工程における加圧接合の圧力よりも高く、前記第２接合工程における加圧接合の圧力よりも低い、請求項１又は２に記載の固体二次電池の製造方法。
【請求項５】
前記高密度化工程における加圧成形による前記正極活物質層の空隙率の低下率が７７％以上であって、加圧成形による前記固体電解質層の空隙率の低下率が８５％以上である、請求項１又は２に記載の固体二次電池の製造方法。
【請求項６】
前記高密度化工程における加圧成形の温度が６０℃以上２００℃以下の範囲内にある、請求項１又は２に記載の固体二次電池の製造方法。
【請求項７】
前記高密度化工程における加圧成形を等方圧プレス法により行う、請求項１又は２に記載の固体二次電池の製造方法。
【請求項８】
前記高密度化工程後の前記正極層－固体電解質層－中間層接合体の前記中間層の複合弾性率は１ＧＰａ未満である、請求項１又は２に記載の固体二次電池の製造方法。
【請求項９】
前記高密度化工程後の前記正極層－固体電解質層－中間層接合体の前記中間層の空隙率は４０％以上７０％以下の範囲内にある、請求項１又は２に記載の固体二次電池の製造方法。
【請求項１０】
前記中間層は無定形炭素粒子を含む、請求項１又は２に記載の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、固体二次電池の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する二次電池に関する研究開発が行われている。二次電池の中でも正極層と負極層との間に固体電解質層を配置した電極積層体を有する固体二次電池は、固体電解質が不燃性であるために安全性が向上する点や、より高いエネルギー密度を有する点において優れており、特に注目を集めている。固体二次電池の特性を改善するために、固体電解質層と負極層との間に中間層を設けることが検討されている。例えば、中間層として、還元分解について固体電解質よりも安定で、せん断弾性率が２ＧＰａ以上で、固体電解質層のせん断弾性率との差が５０ＧＰａ以下である保護層を配置することが検討されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特願２０２２－０５５３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、固体二次電池では、充放電容量を増加させることが課題である。充放電容量増加のために、固体二次電池では、負極活物質としてリチウムを用いること、電極積層体の正極層の正極活物質層や固体電解質層を高密度化することが検討されている。しかしながら、正極活物質層や固体電解質層が高密度化されていても、正極層の正極活物質層と固体電解質層の接合力が低い、あるいは接合面積が狭いと、電極積層体の内部抵抗の増加や電流集中による短絡が起こることより、充放電容量が低下することがある。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、内部抵抗が低く、高い充放電容量を有する固体二次電池を工業的に有利に製造することができる方法を提供することを目的とする。そして、延いてはエネルギーの効率化に寄与するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、負極層と固体電解質層との間に中間層を有する電極積層体の製造において、正極層と負極層と中間層とを加圧接合して得た接合体を厚さ方向に加圧成形して正極層及び固体電解質層を高密度化した後、中間層と負極層とを接合することによって、上記の課題を解決することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。したがって、本発明は、次のものを提供する。
【０００７】
（１）正極集電体及び正極活物質層を有する正極層と、前記正極活物質層に対向する負極集電体を有する負極層と、前記正極層と前記負極層との間に配置された固体電解質層と、前記負極層と前記固体電解質層との間に配置された中間層と、を有し、前記正極層、前記固体電解質層、前記中間層及び前記負極層はそれぞれ隣接する層と接合されている電極積層体を含む固体二次電池の製造方法であって、前記正極活物質層と前記固体電解質層とを加圧接合して正極層－固体電解質層接合体を得る第１接合工程と、前記正極層－固体電解質層接合体の前記固体電解質層と前記中間層とを加圧接合して正極層－固体電解質層－中間層接合体を得る第２接合工程と、前記正極層－固体電解質層－中間層接合体を厚さ方向に加圧成形して高密度化する高密度化工程と、前記正極層－固体電解質層－中間層接合体の前記中間層と前記負極層とを、加圧接合して前記電極積層体を得る第３接合工程と、を含み、前記第３接合工程後の前記正極活物質層及び前記固体電解質層の空隙率が５％以下である、固体二次電池の製造方法。
【０００８】
（１）の固体二次電池の製造方法は、第２接合工程で得られた正極層－固体電解質層－中間層接合体を、高密度化工程にて厚さ方向に加圧成形するので、高密度化するとともに、正極活物質層、固体電解質層及び中間層の各層の接合界面の密着性が向上する。また、第３接合工程後の正極活物質層は空隙率が上記の範囲にあって高密度であるので、電気容量が高くなる。さらに、第３接合工程後の固体電解質層は空隙率が上記の範囲にあって高密度であるので、電荷移動媒体の伝導性が向上する。よって、得られる固体二次電池は内部抵抗が低くなり、高い充放電容量を有する。
【０００９】
（２）前記高密度化工程における加圧成形の圧力は、前記第１接合工程、前記第２接合工程及び前記第３接合工程のいずれの加圧接合の圧力よりも高い、（１）に記載の固体二次電池の製造方法。
【００１０】
（２）の固体二次電池の製造方法によれば、高密度化工程での加圧成形の圧力が高いので、高密度化工程にて、正極活物質層、固体電解質層及び中間層の各層の空隙率がより低減するとともに、各層の接合界面の密着性がより向上する。よって、得られる固体二次電池は内部抵抗がより低くなり、より高い充放電容量を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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