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公開番号2025132093
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-10
出願番号2024029431
出願日2024-02-29
発明の名称電気化学素子用電極の製造方法、電気化学素子用電極、電気化学素子、電気機器、及び移動体
出願人株式会社リコー
代理人個人,個人
主分類H01M 4/139 20100101AFI20250903BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】優れた電池特性を有する電気化学素子用電極を製造することができる、電気化学素子用電極の製造方法を提供する。
【解決手段】基体と、前記基体上に活物質を含む電極合材層と、前記電極合材層上に固体電解質を含む固体電解質層と、を有する電気化学素子用電極の製造方法であって、前記電極合材層は、凹凸構造を有し、前記電極合材層上に、インクジェット法を用いて、前記固体電解質及び分散媒を含む固体電解質層形成用液体組成物を一回の塗布量が0.34mg/cm²以上10mg/cm²以下となるように塗布して前記固体電解質層を形成する工程を備え、前記固体電解質層形成用液体組成物の粘度は、4mPa・s以上20mPa・s以下である電気化学素子用電極の製造方法である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
基体と、前記基体上に活物質を含む電極合材層と、前記電極合材層上に固体電解質を含む固体電解質層と、を有する電気化学素子用電極の製造方法であって、
前記電極合材層は、凹凸構造を有し、
前記電極合材層上に、インクジェット法を用いて、前記固体電解質及び分散媒を含む固体電解質層形成用液体組成物を一回の塗布量が０．３４ｍｇ／ｃｍ
２
以上１０ｍｇ／ｃｍ
２
以下となるように塗布して前記固体電解質層を形成する工程を備え、
前記固体電解質層形成用液体組成物の粘度は、４ｍＰａ・ｓ以上２０ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする電気化学素子用電極の製造方法。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
前記固体電解質層の平均膜厚が２μｍ以上４０μｍ以下である、請求項１に記載の電気化学素子用電極の製造方法。
【請求項３】
前記電極合材層の表面の凹凸差が５μｍ以上である、請求項１又は２に記載の電気化学素子用電極の製造方法。
【請求項４】
前記電極合材層の空隙率差が０％以上１０％以下である、請求項１又は２に記載の電気化学素子用電極の製造方法。
【請求項５】
前記電極合材層の外周部に絶縁層が配されている、請求項１又は２に記載の電気化学素子用電極の製造方法。
【請求項６】
インクジェット法を用いて、基体上に、活物質を含む電極合材層形成用組成物を塗布して電極合材層を形成する工程を有する、請求項１又は２に記載の電気化学素子用電極の製造方法。
【請求項７】
前記電極合材層上に、インクジェット法を用いて、前記固体電解質及び分散媒を含む固体電解質層形成用液体組成物を一回の塗布量が０．３４ｍｇ／ｃｍ
２
以上１０ｍｇ／ｃｍ
２
以下となるように繰り返し塗布して２層以上の前記固体電解質層を有する固体電解質積層体を形成する、請求項１又は２に記載の電気化学素子用電極の製造方法。
【請求項８】
前記固体電解質層上に、前記固体電解質とは異なる他の固体電解質を含有する固体電解質層形成用液体組成物を塗布して他の固体電解質層を形成する、請求項１又は２に記載の電気化学素子用電極の製造方法。
【請求項９】
基体及び前記基体上に活物質を含む電極合材層を有する電極と、
前記電極合材層上に固体電解質層と、有し、
前記電極合材層が５μｍ以上の凸部を有し、
前記固体電解質層における、凸部の平均膜厚（Ａ）及び凹部の平均膜厚（Ｂ）の比（Ａ／Ｂ）が、０．８以上１．２以下であることを特徴とする電気化学素子用電極。
【請求項１０】
前記電極合材層の空隙率差が０％以上１０％以下である、請求項９に記載の電気化学素子用電極。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学素子用電極の製造方法、電気化学素子用電極、電気化学素子、電気機器、及び移動体に関する。
続きを表示（約 3,900 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、レドックスキャパシタ等の電気化学素子は、電子機器、電気自動車等に搭載され、幅広く利用されている。とりわけ、車載向けの電気化学素子の需要は、近年の低環境負荷のニーズを背景に、拡大していくことが予想されている。その様な背景の中で、電気化学素子の安全性やエネルギー密度のさらなる向上が求められており、既存の電解液から固体電解質に代えた電気化学素子の実用化の取組が盛んである。
電気化学素子に用いられる電極の製造方法としては、スピンコート法を用いて、凹凸形状のある電極合材層上に固体電解質層を塗布する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の一実施形態は、優れた電池特性を有する電気化学素子用電極を製造することができる、電気化学素子用電極の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極の製造方法は、
基体と、前記基体上に活物質を含む電極合材層と、前記電極合材層上に固体電解質を含む固体電解質層と、を有する電気化学素子用電極の製造方法であって、
前記電極合材層は、凹凸構造を有し、
前記電極合材層上に、インクジェット法を用いて、前記固体電解質及び分散媒を含む固体電解質層形成用液体組成物を一回の塗布量が０．３４ｍｇ／ｃｍ
２
以上１０ｍｇ／ｃｍ
２
以下となるように塗布して前記固体電解質層を形成する工程を備え、
前記固体電解質層形成用液体組成物の粘度は、４ｍＰａ・ｓ以上２０ｍＰａ・ｓ以下である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の一実施形態によれば、優れた電池特性を有する電気化学素子用電極を製造することができる、電気化学素子用電極の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１Ａは、本発明の一実施形態に係る電極積層体を示す概略断面図である。
図１Ｂは、本発明の他の実施形態に係る電極積層体を示す概略断面図である。
図１Ｃは、本発明のさらに他の実施形態に係る電極積層体を示す概略断面図である。
図２Ａは、本発明の一実施形態に係る電極積層体を示す概略断面図である。
図２Ｂは、本発明の一実施形態に係る電極積層体を示す概略断面図である。
図３は、本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極を示す概略上面図である。
図４は、本発明の他の実施形態に係る電気化学素子用電極を示す概略上面図である。
図５は、本発明のさらに他の実施形態に係る電気化学素子用電極を示す概略上面図である。
図６Ａは、本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極における絶縁性樹脂層と電極合材層との位置関係を示す概略断面図（その１）である。
図６Ｂは、本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極における絶縁性樹脂層と電極合材層との位置関係を示す概略断面図（その２）である。
図６Ｃは、本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極における絶縁性樹脂層と電極合材層との位置関係を示す概略断面図（その３）である。
図６Ｄは、本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極における絶縁性樹脂層と電極合材層との位置関係を示す概略断面図（その４）である。
図７は、本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極における絶縁性樹脂層と電極合材層との位置関係を示す概略上面図である。
図８Ａは、本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極における絶縁性樹脂層と電極合材層との平均厚みの関係を示す概略断面図（その１）である。
図８Ｂは、本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極における絶縁性樹脂層と電極合材層との平均厚みの関係を示す概略断面図（その２）である。
図８Ｃは、本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極における絶縁性樹脂層と電極合材層との平均厚みの関係を示す概略断面図（その３）である。
図９は、本発明の一実施形態に係る電極積層体の製造方法を実施するための、絶縁性樹脂層の製造装置（液体吐出装置）の一例を示す概略図である。
図１０は、本発明の一実施形態に係る電極積層体の製造方法を実施するための、絶縁性樹脂層の製造装置（液体吐出装置）における他の一例を示す概略図である。
図１１は、本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極の製造方法を説明するための概略図（その１）である。
図１２は、本発明の一実施形態に係る電極積層体の製造方法を実施するための、絶縁性樹脂層の製造装置（液体吐出装置）におけるさらに他の一例を示す概略図である。
図１３は、本発明の一実施形態に係る絶縁性樹脂層の製造装置における液体組成物付与手段としてインクジェット方式、及び転写方式を採用した印刷部の一例を示す構成図（その１）である。
図１４は、本発明の一実施形態に係る絶縁性樹脂層の製造装置における液体組成物付与手段としてインクジェット方式、及び転写方式を採用した印刷部の一例を示す構成図（その２）である。
図１５は、本発明の一実施形態に係る電気化学素子を示す概略断面図である。
図１６は、本発明の一実施形態に係る電気化学素子である全固体電池の一例を示す概略断面図である。
図１７は、本発明の一実施形態に係る電気化学素子である移動体の一例を示す概略図である。
図１８は、本発明の一実施形態に係る電極合材層のＳＥＭ写真を二値化処理した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極の製造方法は、基体と、前記基体上に活物質を含む電極合材層と、前記電極合材層上に固体電解質を含む固体電解質層と、を有する電気化学素子用電極の製造方法であって、
前記電極合材層は、凹凸構造を有し、
前記電極合材層上に、インクジェット法を用いて、前記固体電解質及び分散媒を含む固体電解質層形成用液体組成物を一回の塗布量が０．３４ｍｇ／ｃｍ
２
以上１０ｍｇ／ｃｍ
２
以下となるように塗布して前記固体電解質層を形成する工程を備え、
前記固体電解質層形成用液体組成物の粘度は、４ｍＰａ・ｓ以上２０ｍＰａ・ｓ以下である。このような構成により、優れた電池特性を有する電気化学素子用電極を製造することができる。
【０００８】
従来、平らな電極層ではなく、凹凸形状ある電極合材層上に固体電解質層を形成し、電極合材層と固体電解質層との表面積を増加させることで電池特性が向上することが知られている。特許文献１に記載の方法では、スピンコート法を用いて、凹凸形状のある電極合材層上に固体電解質層を塗布しているが、この方法では、電極合材層の凹部に液体組成物が滞留するため膜厚が均一な固体電解質層が形成されにくく、膜厚が薄い凸部では短絡が生じるという問題がある。
また、インクジェット法を用いて、凹凸形状ある電極合材層上に固体電解質層を形成した場合であっても一回の塗布量が適切な量でないときは、電極合材層の凹部に液体組成物が流れ込み、上記と同様に均一な膜が形成されにくく、短絡が生じるという問題がある。
【０００９】
本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極の製造方法は、前記電極合材層上に、インクジェット法を用いて、前記固体電解質及び分散媒を含む液体組成物を一回の塗布量が０．３４ｍｇ／ｃｍ
２
以上１０ｍｇ／ｃｍ
２
以下となるように塗布して前記固体電解質層を形成することにより、膜厚が均一な固体電解質層を形成することができるため、製造される電気化学素子用電極は、短絡が生じることなく、入出力特性などの電池特性に優れる。
【００１０】
（電気化学素子用電極の製造方法、及び電気化学素子用電極の製造装置）
本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極の製造方法は、固体電解質層形成工程を有し、電極合材層形成工程及び絶縁層形成工程を有することが好ましく、必要に応じて、その他の工程を有していてもよい。
本発明の一実施形態に係る電気化学素子用電極の製造装置は、固体電解質層形成手段を有し、電極合材層形成手段及び絶縁層形成工程を有することが好ましく、必要に応じて、その他の手段を有していてもよい。
電気化学素子用電極の製造方法は、電気化学素子用電極の製造装置によって好適に実施することができ、固体電解質層形成工程は、固体電解質層形成手段によって好適に実施することができ、電極合材層形成工程は、電極合材層形成手段によって好適に実施することができ、絶縁層形成工程は、絶縁層形成手段によって好適に実施することができ、その他の工程は、その他の手段によって好適に実施することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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