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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023132507
(43)【公開日】2023-09-22
(54)【発明の名称】電気化学セルの製造方法及び電気化学セル
(51)【国際特許分類】
H01M 10/0585 20100101AFI20230914BHJP
H01M 10/0562 20100101ALI20230914BHJP
H01M 10/052 20100101ALI20230914BHJP
H01M 4/139 20100101ALI20230914BHJP
H01M 4/13 20100101ALI20230914BHJP
H01M 4/134 20100101ALI20230914BHJP
H01M 4/40 20060101ALI20230914BHJP
H01M 4/62 20060101ALI20230914BHJP
【ＦＩ】
H01M10/0585
H01M10/0562
H01M10/052
H01M4/139
H01M4/13
H01M4/134
H01M4/40
H01M4/62 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022037871
(22)【出願日】2022-03-11
(71)【出願人】
【識別番号】000002325
【氏名又は名称】セイコーインスツル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100126664
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 慎吾
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】牧島 聖弥
【テーマコード（参考）】
5H029
5H050
【Ｆターム（参考）】
5H029AJ14
5H029AL12
5H029AM12
5H029BJ03
5H029CJ02
5H029CJ08
5H029CJ13
5H029DJ08
5H029DJ13
5H029EJ05
5H029HJ02
5H050AA19
5H050BA16
5H050CA01
5H050CA07
5H050CA08
5H050CA09
5H050CB12
5H050DA09
5H050EA12
5H050FA13
5H050GA02
5H050GA10
5H050GA13
5H050HA02
(57)【要約】
【課題】本発明は、電池設計における材料選択の自由度をより高められる電気化学セル及び電気化学セルの製造方法を目的とする。
【解決手段】固体電解質層７と、固体電解質層７の一方の面に位置する正極層５と、固体電解質層７の他方の面に位置する負極層６とを有する電気化学セルの製造方法であって、正極活物質を含む正極スラリーを第一の多孔質体に含浸させた正極層前駆体と、固体電解質層７との積層体を焼成して、正極層５と固体電解質層７とが接合した第一の積層体とする、電気化学セル１の製造方法。
【選択図】図１
【解決手段】固体電解質層７と、固体電解質層７の一方の面に位置する正極層５と、固体電解質層７の他方の面に位置する負極層６とを有する電気化学セルの製造方法であって、正極活物質を含む正極スラリーを第一の多孔質体に含浸させた正極層前駆体と、固体電解質層７との積層体を焼成して、正極層５と固体電解質層７とが接合した第一の積層体とする、電気化学セル１の製造方法。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に位置する正極層と、前記固体電解質層の他方の面に位置する負極層とを有する電気化学セルの製造方法であって、
正極活物質を含む正極スラリーを第一の多孔質体に含浸させた正極層前駆体と、前記固体電解質層との積層体を焼成して、前記正極層と前記固体電解質層とが接合した第一の積層体とする、電気化学セルの製造方法。
正極活物質を含む正極スラリーを第一の多孔質体に含浸させた正極層前駆体と、前記固体電解質層との積層体を焼成して、前記正極層と前記固体電解質層とが接合した第一の積層体とする、電気化学セルの製造方法。
【請求項2】
前記負極層を構成する負極活物質が金属リチウムである、請求項１に記載の電気化学セルの製造方法。
【請求項3】
固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に位置する正極層と、前記固体電解質層の他方の面に位置する負極層とを有する電気化学セルの製造方法であって、
正極活物質を含む正極スラリーを第一の多孔質体に含浸させた正極層前駆体と、
負極活物質を含む負極スラリーを第二の多孔質体に含浸させた負極層前駆体と、
前記固体電解質層との積層体を焼成して、前記正極層と前記固体電解質層と前記負極層とが接合した第二の積層体とする、電気化学セルの製造方法。
正極活物質を含む正極スラリーを第一の多孔質体に含浸させた正極層前駆体と、
負極活物質を含む負極スラリーを第二の多孔質体に含浸させた負極層前駆体と、
前記固体電解質層との積層体を焼成して、前記正極層と前記固体電解質層と前記負極層とが接合した第二の積層体とする、電気化学セルの製造方法。
【請求項4】
前記固体電解質層が多孔質体ではない、請求項１～３のいずれか一項に記載の電気化学セルの製造方法。
【請求項5】
前記固体電解質層を構成する固体電解質が、下記式（１）で表されるガーネット型酸化物を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の電気化学セルの製造方法。
Ｌｉ－Ｌａ－Ｍ’－Ｍ”－Ｏ ・・・（１）
［式（１）中、Ｍ’及びＭ”は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｇａ及びＢａから選ばれる１種以上の元素を表す。］
Ｌｉ－Ｌａ－Ｍ’－Ｍ”－Ｏ ・・・（１）
［式（１）中、Ｍ’及びＭ”は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｇａ及びＢａから選ばれる１種以上の元素を表す。］
【請求項6】
前記第一の多孔質体が、下記式（２）で表されるナシコン型酸化物及び下記式（３）で表されるペロブスカイト型酸化物から選ばれる１種以上を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の電気化学セルの製造方法。
Ｌｉ１＋ｙＡｌｙＴｉ２－ｙ（ＰＯ４）３ ・・・（２）
Ｌｉ３ｘＬａ２／３－ｘＴｉＯ３ ・・・（３）
［式（２）中、ｙは０．０５～０．６の数である。式（３）中、ｘは０．０３３～０．１７の数である。］
Ｌｉ１＋ｙＡｌｙＴｉ２－ｙ（ＰＯ４）３ ・・・（２）
Ｌｉ３ｘＬａ２／３－ｘＴｉＯ３ ・・・（３）
［式（２）中、ｙは０．０５～０．６の数である。式（３）中、ｘは０．０３３～０．１７の数である。］
【請求項7】
固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に位置する正極層と、前記固体電解質層の他方の面に位置する負極層とを有する電気化学セルであって、
前記正極層は、第一の多孔質体の孔部に正極活物質が担持されてなり、
前記正極層と前記固体電解質層とが接合した第一の積層体を有する、電気化学セル。
前記正極層は、第一の多孔質体の孔部に正極活物質が担持されてなり、
前記正極層と前記固体電解質層とが接合した第一の積層体を有する、電気化学セル。
【請求項8】
前記負極層を構成する負極活物質が金属リチウムである、請求項７に記載の電気化学セル。
【請求項9】
固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に位置する正極層と、前記固体電解質層の他方の面に位置する負極層とを有する電気化学セルであって、
前記正極層は、第一の多孔質体の孔部に正極活物質が担持されてなり、
前記負極層は、第二の多孔質体の孔部に負極活物質が担持されてなり、
前記正極層と前記固体電解質層と前記負極層とが接合した第二の積層体を有する、電気化学セル。
前記正極層は、第一の多孔質体の孔部に正極活物質が担持されてなり、
前記負極層は、第二の多孔質体の孔部に負極活物質が担持されてなり、
前記正極層と前記固体電解質層と前記負極層とが接合した第二の積層体を有する、電気化学セル。
【請求項10】
前記固体電解質層が多孔質体ではない、請求項７～９のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項11】
前記固体電解質層を構成する固体電解質が、下記式（１）で表されるガーネット型酸化物を含む、請求項７～１０のいずれか一項に記載の電気化学セル。
Ｌｉ－Ｌａ－Ｍ’－Ｍ”－Ｏ ・・・（１）
［式（１）中、Ｍ’及びＭ”は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｇａ及びＢａから選ばれる１種以上の元素を表す。］
Ｌｉ－Ｌａ－Ｍ’－Ｍ”－Ｏ ・・・（１）
［式（１）中、Ｍ’及びＭ”は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｇａ及びＢａから選ばれる１種以上の元素を表す。］
【請求項12】
前記第一の多孔質体が、下記式（２）で表されるナシコン型酸化物及び下記式（３）で表されるペロブスカイト型酸化物から選ばれる１種以上を含む、請求項７～１１のいずれか一項に記載の電気化学セル。
Ｌｉ１＋ｙＡｌｙＴｉ２－ｙ（ＰＯ４）３ ・・・（２）
Ｌｉ３ｘＬａ２／３－ｘＴｉＯ３ ・・・（３）
［式（２）中、ｙは０．０５～０．６の数である。式（３）中、ｘは０．０３３～０．１７の数である。］
Ｌｉ１＋ｙＡｌｙＴｉ２－ｙ（ＰＯ４）３ ・・・（２）
Ｌｉ３ｘＬａ２／３－ｘＴｉＯ３ ・・・（３）
［式（２）中、ｙは０．０５～０．６の数である。式（３）中、ｘは０．０３３～０．１７の数である。］
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気化学セルの製造方法及び電気化学セルに関する。
【背景技術】
【0002】
リチウムイオン二次電池の電解液や、電解液を高分子ポリマーに保持させたゲル電解質に代えて、無機材料からなる固体電解質を用いる全固体電池（電気化学セル）が知られている。
全固体電池においては、無機材料間の接触抵抗に起因して、固体電解質内部の内部抵抗が高くなり、電池性能が低下する。
全固体電池においては、無機材料間の接触抵抗に起因して、固体電解質内部の内部抵抗が高くなり、電池性能が低下する。
【0003】
こうした問題に対して、例えば、特許文献１には、特定のリチウムイオン導電性を示す多孔質固体電解質と前記多孔質固体電解質の孔内部に充填される電池活物質との複合体から構成される全固体電池が提案されている。特許文献１の発明によれば、電池性能を高めることが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００６－２６０８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１の発明では、多孔質を有する固体電解質を用いており、材料の選択肢が限られてしまう問題があった。
【0006】
そこで、本発明は、電池設計における材料選択の自由度をより高められる電気化学セル及び電気化学セルの製造方法を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明は以下の態様を有する。
本発明に係る電気化学セルの製造方法は、固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に位置する正極層と、前記固体電解質層の他方の面に位置する負極層とを有する電気化学セルの製造方法であって、正極活物質を含む正極スラリーを第一の多孔質体に含浸させた正極層前駆体と、前記固体電解質層との積層体を焼成して、前記正極層と前記固体電解質層とが接合した第一の積層体とする。
本発明に係る電気化学セルの製造方法は、固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に位置する正極層と、前記固体電解質層の他方の面に位置する負極層とを有する電気化学セルの製造方法であって、正極活物質を含む正極スラリーを第一の多孔質体に含浸させた正極層前駆体と、前記固体電解質層との積層体を焼成して、前記正極層と前記固体電解質層とが接合した第一の積層体とする。
【0008】
この構成によれば、固体電解質層の種類によらず、正極層と、固体電解質層とを容易に接合できる。
加えて、この構成によれば、従来のゾルゲル法のようにゾルの調整やゾルをゲル化する工程といった作業を行う必要がないため、製造に要する時間及びコストを大きく削減することができる。
加えて、この構成によれば、従来のゾルゲル法のようにゾルの調整やゾルをゲル化する工程といった作業を行う必要がないため、製造に要する時間及びコストを大きく削減することができる。
【0009】
また、前記負極層を構成する負極活物質が金属リチウムであってもよい。
この構成によれば、電気化学セルのエネルギー密度をより高められる。
この構成によれば、電気化学セルのエネルギー密度をより高められる。
【0010】
また、本発明に係る電気化学セルの製造方法は、固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に位置する正極層と、前記固体電解質層の他方の面に位置する負極層とを有する電気化学セルの製造方法であって、正極活物質を含む正極スラリーを第一の多孔質体に含浸させた正極層前駆体と、負極活物質を含む負極スラリーを第二の多孔質体に含浸させた負極層前駆体と、前記固体電解質層との積層体を焼成して、前記正極層と前記固体電解質層と前記負極層とが接合した第二の積層体とする。
【0011】
この構成によれば、固体電解質層の種類によらず、正極層と、固体電解質層と、負極層とを一括して容易に接合できる。
加えて、この構成によれば、従来のゾルゲル法のようにゾルの調整やゾルをゲル化する工程といった作業を行う必要がないため、製造に要する時間及びコストを大きく削減することができる。
加えて、この構成によれば、従来のゾルゲル法のようにゾルの調整やゾルをゲル化する工程といった作業を行う必要がないため、製造に要する時間及びコストを大きく削減することができる。
【0012】
また、前記固体電解質層が多孔質体ではなくてもよい。
この構成によれば、正極活物質と負極活物質との混合をより確実に抑制できる。このため、電気化学セルの電池性能をより高められる。
この構成によれば、正極活物質と負極活物質との混合をより確実に抑制できる。このため、電気化学セルの電池性能をより高められる。
【0013】
また、前記固体電解質層を構成する固体電解質が、下記式（１）で表されるガーネット型酸化物を含んでいてもよい。
Ｌｉ－Ｌａ－Ｍ’－Ｍ”－Ｏ ・・・（１）
［式（１）中、Ｍ’及びＭ”は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｇａ及びＢａから選ばれる１種以上の元素を表す。］
この構成によれば、電気化学セルのエネルギー密度をより高められ、加えて、電気化学セルの電気的特性の安定性をより高められる。
Ｌｉ－Ｌａ－Ｍ’－Ｍ”－Ｏ ・・・（１）
［式（１）中、Ｍ’及びＭ”は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｇａ及びＢａから選ばれる１種以上の元素を表す。］
この構成によれば、電気化学セルのエネルギー密度をより高められ、加えて、電気化学セルの電気的特性の安定性をより高められる。
【0014】
また、前記第一の多孔質体が、下記式（２）で表されるナシコン型酸化物及び下記式（３）で表されるペロブスカイト型酸化物から選ばれる１種以上を含んでいてもよい。
Ｌｉ１＋ｙＡｌｙＴｉ２－ｙ（ＰＯ４）３ ・・・（２）
Ｌｉ３ｘＬａ２／３－ｘＴｉＯ３ ・・・（３）
［式（２）中、ｙは０．０５～０．６の数である。式（３）中、ｘは０．０３３～０．１７の数である。］
この構成によれば、電気化学セルのエネルギー密度をより高められる。
Ｌｉ１＋ｙＡｌｙＴｉ２－ｙ（ＰＯ４）３ ・・・（２）
Ｌｉ３ｘＬａ２／３－ｘＴｉＯ３ ・・・（３）
［式（２）中、ｙは０．０５～０．６の数である。式（３）中、ｘは０．０３３～０．１７の数である。］
この構成によれば、電気化学セルのエネルギー密度をより高められる。
【0015】
本発明に係る電気化学セルは、固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に位置する正極層と、前記固体電解質層の他方の面に位置する負極層とを有する電気化学セルであって、前記正極層は、第一の多孔質体の孔部に正極活物質が担持されてなり、前記正極層と前記固体電解質層とが接合した第一の積層体を有する。
【0016】
この構成によれば、多孔質ではない固体電解質層を用いることができ、電池設計における材料選択の自由度をより高められる。
【0017】
また、前記負極層を構成する負極活物質が金属リチウムであってもよい。
この構成によれば、電気化学セルのエネルギー密度をより高められる。
この構成によれば、電気化学セルのエネルギー密度をより高められる。
【0018】
また、本発明に係る電気化学セルは、固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に位置する正極層と、前記固体電解質層の他方の面に位置する負極層とを有する電気化学セルであって、前記正極層は、第一の多孔質体の孔部に正極活物質が担持されてなり、前記負極層は、第二の多孔質体の孔部に負極活物質が担持されてなり、前記正極層と前記固体電解質層と前記負極層とが接合した第二の積層体を有する。
【0019】
この構成によれば、多孔質ではない固体電解質層を用いることができ、電池設計における材料選択の自由度をより高められる。
【0020】
また、前記固体電解質層が多孔質体ではなくてもよい。
この構成によれば、正極活物質と負極活物質との混合をより確実に抑制できる。このため、電気化学セルの電池性能をより高められる。
この構成によれば、正極活物質と負極活物質との混合をより確実に抑制できる。このため、電気化学セルの電池性能をより高められる。
【0021】
また、前記固体電解質層を構成する固体電解質が、下記式（１）で表されるガーネット型酸化物を含んでいてもよい。
Ｌｉ－Ｌａ－Ｍ’－Ｍ”－Ｏ ・・・（１）
［式（１）中、Ｍ’及びＭ”は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｇａ及びＢａから選ばれる１種以上の元素を表す。］
この構成によれば、電気化学セルのエネルギー密度をより高められ、加えて、電気化学セルの電気的特性の安定性をより高められる。
Ｌｉ－Ｌａ－Ｍ’－Ｍ”－Ｏ ・・・（１）
［式（１）中、Ｍ’及びＭ”は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｇａ及びＢａから選ばれる１種以上の元素を表す。］
この構成によれば、電気化学セルのエネルギー密度をより高められ、加えて、電気化学セルの電気的特性の安定性をより高められる。
【0022】
また、前記第一の多孔質体が、下記式（２）で表されるナシコン型酸化物及び下記式（３）で表されるペロブスカイト型酸化物から選ばれる１種以上を含んでいてもよい。
Ｌｉ１＋ｙＡｌｙＴｉ２－ｙ（ＰＯ４）３ ・・・（２）
Ｌｉ３ｘＬａ２／３－ｘＴｉＯ３ ・・・（３）
［式（２）中、ｙは０．０５～０．６の数である。式（３）中、ｘは０．０３３～０．１７の数である。］
この構成によれば、電気化学セルのエネルギー密度をより高められる。
Ｌｉ１＋ｙＡｌｙＴｉ２－ｙ（ＰＯ４）３ ・・・（２）
Ｌｉ３ｘＬａ２／３－ｘＴｉＯ３ ・・・（３）
［式（２）中、ｙは０．０５～０．６の数である。式（３）中、ｘは０．０３３～０．１７の数である。］
この構成によれば、電気化学セルのエネルギー密度をより高められる。
【発明の効果】
【0023】
本発明の電気化学セルの製造方法及び電気化学セルによれば、電池設計における材料選択の自由度をより高められる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の一実施形態に係る電気化学セルの断面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る多孔質体の模式図である。
【図3】本発明の第一実施形態に係る電気化学セルの製造方法のフローチャートの一例である。
【図4】本発明の第一実施形態に係る電気化学セルの製造方法のフローチャートの一例である。
【図5】本発明の第二実施形態に係る電気化学セルの製造方法のフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明に係る電気化学セルの実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態では、電気化学セルの一例として、コイン型の全固体電池（以下、単に「電池」ともいう。）を挙げ、この電池の構成について説明する。
なお、本実施形態の全固体電池は、コイン型に限らず、チップ型、ラミネート型、角型、円筒型といった種々の容器態様とすることができる。また、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更し、表示している。
なお、本実施形態の全固体電池は、コイン型に限らず、チップ型、ラミネート型、角型、円筒型といった種々の容器態様とすることができる。また、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更し、表示している。
【0026】
≪電気化学セル≫
図１に示すように、本実施形態の電池（電気化学セル）１は、いわゆるコイン型の外装体２と、外装体２の内部に収容された電極体３と、外装体２を密封するためのガスケット３０とを備えている。
外装体２は、有底円筒状の正極缶１０と、正極缶１０の開口部にガスケット３０を介して固定され、正極缶１０との間に収容空間を形成する有蓋円筒状の負極缶２０とを有している。そして、正極缶１０の開口部の周縁を負極缶２０側にかしめて封止することで、外装体２が形成されている。
図１に示すように、本実施形態の電池（電気化学セル）１は、いわゆるコイン型の外装体２と、外装体２の内部に収容された電極体３と、外装体２を密封するためのガスケット３０とを備えている。
外装体２は、有底円筒状の正極缶１０と、正極缶１０の開口部にガスケット３０を介して固定され、正極缶１０との間に収容空間を形成する有蓋円筒状の負極缶２０とを有している。そして、正極缶１０の開口部の周縁を負極缶２０側にかしめて封止することで、外装体２が形成されている。
【0027】
正極缶１０及び負極缶２０は金属製であり、それぞれ電極体３と電気的に接続することで、正極端子及び負極端子として機能する。正極缶１０の材質としては従来公知のものを何ら制限なく用いることができ、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ等の公知のステンレス鋼、あるいはステンレス鋼以外の金属材料を採用できる。負極缶２０の材質としては正極缶１０の材質同様に、従来公知のものを何ら制限なく用いることができ、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ、ＳＵＳ３０４等の公知のステンレス鋼、あるいはステンレス鋼以外の金属材料を採用できる。また、負極缶２０の材質として、例えば、ステンレス鋼に銅やニッケル等が圧接されてなるクラッド材を用いてもよい。
【0028】
電極体３は、固体電解質層７の一方の面に位置する正極層５と、固体電解質層７の他方の面に位置する負極層６とを有する。固体電解質層７は、固体電解質を含む。正極層５は、正極活物質を含む。負極層６は、負極活物質を含む。
正極層５は正極缶１０と、負極層６は負極缶２０と、それぞれ電気的に接続している。正極層５と固体電解質層７とは後述のプロセスにより一体化され、外装体２の内部に収容されている。
正極層５は正極缶１０と、負極層６は負極缶２０と、それぞれ電気的に接続している。正極層５と固体電解質層７とは後述のプロセスにより一体化され、外装体２の内部に収容されている。
【0029】
ここで、図２に、本実施形態の正極層５の模式図を示す。正極層５は、偏平円柱状（ペレット形状）に形成された第一の多孔質体５１の孔部５１ａの内部に正極活物質５２が担持されている。
第一の多孔質体５１の厚さＴ５１は、例えば、１００～１０００μｍが好ましく、２００～９００μｍがより好ましく、３００～８００μｍがさらに好ましい。厚さＴ５１が上記下限値以上であると、電池１の電気容量をより高められる。厚さＴ５１が上記上限値以下であると、電池１の厚さをより薄くできる。
第一の多孔質体５１の厚さＴ５１は、例えば、１００～１０００μｍが好ましく、２００～９００μｍがより好ましく、３００～８００μｍがさらに好ましい。厚さＴ５１が上記下限値以上であると、電池１の電気容量をより高められる。厚さＴ５１が上記上限値以下であると、電池１の厚さをより薄くできる。
【0030】
第一の多孔質体５１の孔部５１ａの長径Ｄ５１ａは、例えば、０．０１～１０μｍが好ましく、０．１～８μｍがより好ましく、１～６μｍがさらに好ましい。孔部５１ａの長径Ｄ５１ａが上記下限値以上であると、正極スラリーをより含浸させやすい。孔部５１ａの長径Ｄ５１ａが上記上限値以下であると、第一の多孔質体５１の強度をより高められる。
第一の多孔質体５１の孔部５１ａの長径Ｄ５１ａは、例えば、顕微鏡等で観察することにより測定できる。ここで、「孔部５１ａの長径Ｄ５１ａ」とは、一つの孔部５１ａにおける開口部の最大径をいう。
第一の多孔質体５１の孔部５１ａの長径Ｄ５１ａは、例えば、顕微鏡等で観察することにより測定できる。ここで、「孔部５１ａの長径Ｄ５１ａ」とは、一つの孔部５１ａにおける開口部の最大径をいう。
【0031】
第一の多孔質体５１としては、例えば、下記式（２）で表されるナシコン型酸化物、下記式（３）で表されるペロブスカイト型酸化物等が挙げられる。
Ｌｉ１＋ｙＡｌｙＴｉ２－ｙ（ＰＯ４）３ ・・・（２）
Ｌｉ３ｘＬａ２／３－ｘＴｉＯ３ ・・・（３）
式（２）中、ｙは０．０５～０．６の数である。式（３）中、ｘは０．０３３～０．１７の数である。
第一の多孔質体５１が、上記酸化物であると、リチウムイオンの高い導電性を維持でき、正極活物質５２をより安定して担持できる。
第一の多孔質体５１は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
Ｌｉ１＋ｙＡｌｙＴｉ２－ｙ（ＰＯ４）３ ・・・（２）
Ｌｉ３ｘＬａ２／３－ｘＴｉＯ３ ・・・（３）
式（２）中、ｙは０．０５～０．６の数である。式（３）中、ｘは０．０３３～０．１７の数である。
第一の多孔質体５１が、上記酸化物であると、リチウムイオンの高い導電性を維持でき、正極活物質５２をより安定して担持できる。
第一の多孔質体５１は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【0032】
第一の多孔質体５１は、例えば、ゾルゲル法を用いて作製できる。具体的には、基板上にポリスチレンやポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂等の高分子の粒子を堆積させ、この堆積物中に第一の多孔質体５１の前駆体であるゾルを充填し、ゾルをゲル化した後、高分子の粒子を焼成して取り除くことにより第一の多孔質体５１を作製することができる。またゾルゲル法以外では、例えば、支持体上に造孔剤粒子及び電解質粒子を含む堆積物を形成した後、得られた堆積物を加熱して造孔剤粒子を除去することにより作製してもよい。
【0033】
正極活物質５２としては、全固体電池に用いられる公知のものを利用できる。正極活物質５２としては、例えば、一元系正極材、二元系正極材、三元系正極材等が挙げられる。
一元系正極材としては、例えば、ＬｉＭＯ２（Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属元素を表す）が挙げられる。
二元系正極材としては、例えば、Ｌｉ１－ｘＣｏＭｎＯ４（ｘは、０＜ｘ＜１を満たす数）、ＬｉｘＦｅＰＯ４（ｘは、０＜ｘ≦１を満たす数）、ＬｉｘＶ６Ｏ１３（ｘは、０＜ｘ≦１を満たす数）、Ｌｉ１－ｘＭｎ２Ｏ４（ｘは、０＜ｘ＜１を満たす数）、Ｌｉ１－ｘＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４（ｘは、０＜ｘ＜１を満たす数）等が挙げられる。
三元系正極材としては、例えば、ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２等が挙げられる。
これらの正極活物質５２は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
これらの正極活物質５２は、第一の多孔質体５１の孔部５１ａの内部に担持されている。
一元系正極材としては、例えば、ＬｉＭＯ２（Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属元素を表す）が挙げられる。
二元系正極材としては、例えば、Ｌｉ１－ｘＣｏＭｎＯ４（ｘは、０＜ｘ＜１を満たす数）、ＬｉｘＦｅＰＯ４（ｘは、０＜ｘ≦１を満たす数）、ＬｉｘＶ６Ｏ１３（ｘは、０＜ｘ≦１を満たす数）、Ｌｉ１－ｘＭｎ２Ｏ４（ｘは、０＜ｘ＜１を満たす数）、Ｌｉ１－ｘＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４（ｘは、０＜ｘ＜１を満たす数）等が挙げられる。
三元系正極材としては、例えば、ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２等が挙げられる。
これらの正極活物質５２は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
これらの正極活物質５２は、第一の多孔質体５１の孔部５１ａの内部に担持されている。
【0034】
第一の多孔質体５１の孔部５１ａの内部には、正極活物質５２のほか、必要に応じて導電助剤、もしくは結着剤が配置されていてもよい。
導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブ等の炭素材料を用いることができる。
結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のゴム系樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。
導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブ等の炭素材料を用いることができる。
結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のゴム系樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。
【0035】
本実施形態では、上述したような第一の多孔質体５１と正極活物質５２とを備えた正極層５とすることで、活物質と多孔質体との接触面積を高め、正極層５の内部抵抗を低減することができる。
【0036】
図２は、本実施形態の負極層６の模式図に読み替えることができる。図２に示すように、負極層６は、負極活物質６２を含む。
負極活物質６２としては、全固体電池に用いられる公知のものを利用できる。負極活物質６２としては、例えば、黒鉛等の炭素材料、ＳｉやＳｎ等の金属もしくはその酸化物、金属リチウムといった種々の材料を用いることができる。
負極活物質６２としては、全固体電池に用いられる公知のものを利用できる。負極活物質６２としては、例えば、黒鉛等の炭素材料、ＳｉやＳｎ等の金属もしくはその酸化物、金属リチウムといった種々の材料を用いることができる。
【0037】
負極活物質６２が炭素材料もしくは金属酸化物といった粉末状で用いられる材料の場合、正極層５と同様に、ペレット状の第二の多孔質体６１の孔部６１ａの内部に担持される。このとき必要に応じて、上述した導電助剤や結着剤も孔部６１ａの内部に配置されていてもよい。第二の多孔質体６１の材質としては、上述の第一の多孔質体５１と同様の材料を用いることができる。
【0038】
負極活物質６２が金属である場合、円形に打ち抜かれたシート状、円板状、もしくはペレット状で用いられる。特に、負極層６（負極活物質６２）が金属リチウムである場合、電池のエネルギー密度を向上させることができる。
【0039】
固体電解質層７に含まれる固体電解質としては、例えば、下記式（１）で表されるガーネット型酸化物等が挙げられる。
Ｌｉ－Ｌａ－Ｍ’－Ｍ”－Ｏ ・・・（１）
式（１）中、Ｍ’及びＭ”は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｇａ及びＢａから選ばれる１種以上の元素を表す。
これらの中でも特に、ランタンジルコン酸リチウム（ＬＬＺ、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２）が好ましい。固体電解質としてＬＬＺを用いると、リチウムイオンの高い導電性を維持でき、負極層６に含まれる金属リチウムに対する化学的な安定性をより高められる。
Ｌｉ－Ｌａ－Ｍ’－Ｍ”－Ｏ ・・・（１）
式（１）中、Ｍ’及びＭ”は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｇａ及びＢａから選ばれる１種以上の元素を表す。
これらの中でも特に、ランタンジルコン酸リチウム（ＬＬＺ、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２）が好ましい。固体電解質としてＬＬＺを用いると、リチウムイオンの高い導電性を維持でき、負極層６に含まれる金属リチウムに対する化学的な安定性をより高められる。
【0040】
固体電解質層７は、多孔質体でないこと（非多孔質体）が好ましい。固体電解質層７が多孔質体でないと、正極活物質５２と負極活物質６２との混合をより確実に抑制できる。このため、電気化学セル１の電池性能をより高められる。
本明細書において、「多孔質」とは、多数の細孔を有する性質をいう。「多孔質でない」とは、細孔を有しない性質、すなわち、緻密質であることをいう。
本明細書において、「多孔質」とは、多数の細孔を有する性質をいう。「多孔質でない」とは、細孔を有しない性質、すなわち、緻密質であることをいう。
【0041】
固体電解質層７は、多孔質体であってもよい。固体電解質層７が多孔質体の場合、多孔質体としては、例えば、上述した第一の多孔質体５１や第二の多孔質体６１と同様の材料を用いることができる。
本実施形態の固体電解質層７は、多孔質体に加えて、非多孔質体を適用できる。このため、電池設計における材料選択の自由度をより高められる。
本実施形態の固体電解質層７は、多孔質体に加えて、非多孔質体を適用できる。このため、電池設計における材料選択の自由度をより高められる。
【0042】
本実施形態の電極体３は、一対の正極層５と負極層６とが固体電解質層７を介して積層された構造を有する。
しかし、電極体は、上述した構造に限られない。例えば、金属箔上に形成された正極層５と金属箔上に形成された負極層６とが固体電解質層７を介して対向した状態で、積層、折畳、巻回といった方法により一体化され、外装体２の内部に収容された構成の電極体であってもよい。
しかし、電極体は、上述した構造に限られない。例えば、金属箔上に形成された正極層５と金属箔上に形成された負極層６とが固体電解質層７を介して対向した状態で、積層、折畳、巻回といった方法により一体化され、外装体２の内部に収容された構成の電極体であってもよい。
【0043】
≪電気化学セルの製造方法≫
本発明の電気化学セルの製造方法は、正極活物質を含む正極スラリーを第一の多孔質体に接触させて正極層前駆体を得、前記正極層前駆体と、前記固体電解質層とを焼成して接合し、前記正極層を形成する工程、を有する。
以下に、本実施形態の電気化学セルの製造方法について、図面を参照して、詳細に説明する。
本発明の電気化学セルの製造方法は、正極活物質を含む正極スラリーを第一の多孔質体に接触させて正極層前駆体を得、前記正極層前駆体と、前記固体電解質層とを焼成して接合し、前記正極層を形成する工程、を有する。
以下に、本実施形態の電気化学セルの製造方法について、図面を参照して、詳細に説明する。
【0044】
図３に示すように、本実施形態の電気化学セルの製造方法は、正極スラリーを作製する工程（Ｓ１１）と、正極スラリーを第一の多孔質体５１に含浸させて正極層前駆体を作製する工程（Ｓ１２）と、正極層前駆体を固体電解質層７の一方の面に積層する工程（Ｓ１３）と、正極層前駆体と固体電解質層７との積層体を焼成する工程（Ｓ１４）とを有する。Ｓ１１～Ｓ１４の各工程を経て、正極層５と固体電解質層７とが接合した第一の積層体が得られる。
【0045】
正極スラリーを作製する工程（Ｓ１１）では、正極活物質５２と結着剤と有機溶剤とを混合することにより正極スラリーを作製する。このとき必要に応じて導電助剤をさらに混合してもよい。
正極活物質５２、結着剤及び導電助剤としては上述した各材料を用いることができる。
正極活物質５２、結着剤及び導電助剤としては上述した各材料を用いることができる。
【0046】
有機溶剤としては、例えば、アルコール類、ケトン類等が挙げられる。
アルコール類としては、例えば、１－プロパノール、２－プロパノール、１－ブタノール、２－ブタノール、２－メチル－１－プロパノール、２－メチル－２－プロパノール等が挙げられる。
ケトン類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン等が挙げられる。
アルコール類としては、例えば、１－プロパノール、２－プロパノール、１－ブタノール、２－ブタノール、２－メチル－１－プロパノール、２－メチル－２－プロパノール等が挙げられる。
ケトン類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン等が挙げられる。
【0047】
正極活物質５２と結着剤と有機溶剤とを混合する際に使用する混合機としては、例えば、混成機や攪拌機等を使用でき、これらの混合機を用いて各材料を均一に混合することができる。
混合する際の時間（混合時間）は、例えば、１０～２４時間が好ましく、１２～１８時間がより好ましい。混合時間が上記下限値以上であると、充分に均一な正極スラリーが得られる。混合時間が上記上限値以下であると、生産性をより高められる。
混合する際の時間（混合時間）は、例えば、１０～２４時間が好ましく、１２～１８時間がより好ましい。混合時間が上記下限値以上であると、充分に均一な正極スラリーが得られる。混合時間が上記上限値以下であると、生産性をより高められる。
【0048】
正極スラリーの２５℃における粘度は、例えば、１０００～１００００ｍＰａ・ｓが好ましく、３０００～９０００ｍＰａ・ｓがより好ましく、４０００～８０００ｍＰａ・ｓがさらに好ましい。正極スラリーの２５℃における粘度が上記下限値以上であると、正極スラリーをより容易に固化できる。正極スラリーの２５℃における粘度が上記上限値以下であると、第一の多孔質体５１により含浸しやすくなる。
正極スラリーの２５℃における粘度は、例えば、測定対象を２５℃に調整し、Ｂ型粘度計を用い、回転数２０００ｒｐｍで、ローターの回転開始から６０秒後の値を読み取ることによって求められる。
正極スラリーの２５℃における粘度は、例えば、測定対象を２５℃に調整し、Ｂ型粘度計を用い、回転数２０００ｒｐｍで、ローターの回転開始から６０秒後の値を読み取ることによって求められる。
【0049】
正極スラリーにおける正極活物質５２の含有量は、正極スラリーの総質量に対して、例えば、１０～５０質量％が好ましく、１５～４０質量％がより好ましく、２０～３０質量％がさらに好ましい。正極活物質５２の含有量が上記下限値以上であると、電気容量をより高められる。正極活物質５２の含有量が上記上限値以下であると、正極スラリーの粘度を低減でき、第一の多孔質体５１により含浸しやすくなる。
【0050】
正極スラリーにおける結着剤の含有量は、正極スラリーの総質量に対して、例えば、５～３０質量％が好ましく、１０～２５質量％がより好ましく、１５～２０質量％がさらに好ましい。結着剤の含有量が上記下限値以上であると、第一の多孔質体５１に正極活物質５２をより担持させやすい。結着剤の含有量が上記上限値以下であると、正極スラリーの粘度を低減でき、第一の多孔質体５１により含浸しやすくなる。
【0051】
正極スラリーにおける有機溶剤の含有量は、正極スラリーの総質量に対して、例えば、１０～９０質量％が好ましく、２０～８０質量％がより好ましく、３０～６５質量％がさらに好ましい。有機溶剤の含有量が上記下限値以上であると、各材料を均一に混合しやすい。有機溶剤の含有量が上記上限値以下であると、電気容量をより高められる。
【0052】
次に、正極スラリーを第一の多孔質体５１に含浸させて正極層前駆体を作製する（工程Ｓ１２）。正極スラリーを第一の多孔質体５１に含浸させることにより、第一の多孔質体５１の孔部５１ａの内部に正極スラリーが侵入して、正極活物質５２が担持される。加えて、第一の多孔質体５１の表面に正極スラリーが付着した状態となる。
正極スラリーを第一の多孔質体５１に含浸させる方法としては、例えば、正極スラリーが収容された容器内に第一の多孔質体５１を浸漬する方法が挙げられる。
浸漬する際の温度は、常温（例えば、５～３０℃）でよい。
浸漬する際の圧力は、常圧（例えば、０．１ＭＰａ）でよい。
浸漬する際の時間（浸漬時間）は、例えば、１０～６０秒間が好ましく、２０～５０秒間がより好ましい。浸漬時間が上記下限値以上であると、正極スラリーを第一の多孔質体５１に充分含浸できる。浸漬時間が上記上限値以下であると、生産性をより高められる。
正極スラリーを第一の多孔質体５１に含浸させる方法としては、例えば、正極スラリーが収容された容器内に第一の多孔質体５１を浸漬する方法が挙げられる。
浸漬する際の温度は、常温（例えば、５～３０℃）でよい。
浸漬する際の圧力は、常圧（例えば、０．１ＭＰａ）でよい。
浸漬する際の時間（浸漬時間）は、例えば、１０～６０秒間が好ましく、２０～５０秒間がより好ましい。浸漬時間が上記下限値以上であると、正極スラリーを第一の多孔質体５１に充分含浸できる。浸漬時間が上記上限値以下であると、生産性をより高められる。
【0053】
次に、正極層前駆体を固体電解質層７の一方の面に積層する（Ｓ１３）。正極層前駆体は、表面に正極スラリーが付着した状態となるため、正極層前駆体を固体電解質層７の一方の面に積層することで、正極層前駆体と固体電解質層７との密着性をより高められる。
【0054】
次に、正極層前駆体と固体電解質層７との積層体を焼成する（Ｓ１４）。正極層前駆体と固体電解質層７との積層体を一括して焼成することにより、正極スラリーに含まれる有機溶剤が除去され、正極層５と固体電解質層７とが接合した第一の積層体が得られる。
正極層前駆体と固体電解質層７との積層体を一括して焼成することにより、正極層前駆体及び固体電解質層７の双方が緻密質であり、加圧によっても充分に接合できない材料同士であっても、正極層５と固体電解質層７とを接合できる。このため、固体電解質層７の種類によらず、正極層５と固体電解質層７とを容易に接合でき、電池設計における材料選択の自由度をより高められる。
正極層前駆体と固体電解質層７との積層体を一括して焼成することにより、正極層前駆体及び固体電解質層７の双方が緻密質であり、加圧によっても充分に接合できない材料同士であっても、正極層５と固体電解質層７とを接合できる。このため、固体電解質層７の種類によらず、正極層５と固体電解質層７とを容易に接合でき、電池設計における材料選択の自由度をより高められる。
【0055】
工程Ｓ１４では、正極層前駆体と固体電解質層７との積層体を焼成炉等の内部に配置させて加熱処理を行う。
焼成炉としては、例えば、ランプ炉やマッフル炉等が挙げられる。
加熱処理における温度（焼成温度）は、例えば、１００～１５００℃が好ましく、２００～１３００℃がより好ましく、３００～１１００℃がさらに好ましい。焼成温度が上記下限値以上であると、有機溶剤を充分に除去できる。焼成温度が上記上限値以下であると、環境負荷を低減できる。
なお、焼成温度を３００℃以上とすることで、有機溶剤に加えて、結着剤を除去できる。結着剤を除去することで、正極活物質５２と固体電解質層７との接触抵抗をより低減できる。
焼成温度は、電池１の電気的特性や正極活物質５２と固体電解質層７との接触抵抗に応じて適宜調整できる。
焼成炉としては、例えば、ランプ炉やマッフル炉等が挙げられる。
加熱処理における温度（焼成温度）は、例えば、１００～１５００℃が好ましく、２００～１３００℃がより好ましく、３００～１１００℃がさらに好ましい。焼成温度が上記下限値以上であると、有機溶剤を充分に除去できる。焼成温度が上記上限値以下であると、環境負荷を低減できる。
なお、焼成温度を３００℃以上とすることで、有機溶剤に加えて、結着剤を除去できる。結着剤を除去することで、正極活物質５２と固体電解質層７との接触抵抗をより低減できる。
焼成温度は、電池１の電気的特性や正極活物質５２と固体電解質層７との接触抵抗に応じて適宜調整できる。
【0056】
本実施形態の電気化学セル（全固体電池）は、上述した工程Ｓ１１～Ｓ１４により作製された第一の積層体を用いて製造することができる。本実施形態の電気化学セルの製造方法のフローチャートの一例を図４に示す。図４において、工程Ｓ１１～Ｓ１４は、上述した図３のフローチャートと共通するため、その説明を省略する。
【0057】
図４に示す方法では、作製した第一の積層体と、負極層６とを接合する（Ｓ１５）。第一の積層体と、負極層６との接合は、加圧して行うことが好ましい。このとき、固体電解質層７の他方の面に負極層６を積層し、固体電解質層７の厚さ方向に圧力を加える。圧力を加えることで、正極層５、固体電解質層７、負極層６がこの順に積層された電極体３が得られる。
【0058】
圧力を加える際は、公知の加圧手段を用いることができる。加圧手段としては、例えば、機械加圧、ガス加圧等が挙げられる。機械加圧としては、例えば、ボールネジや油圧等を介して加圧するものが挙げられる。ガス加圧としては、例えば、空気を介して加圧するものが挙げられる。
接合する際の圧力（加圧圧力）は、例えば、１００～２０００ＭＰａが好ましく、２００～１５００ＭＰａがより好ましく、３００～１０００ＭＰａがさらに好ましい。加圧圧力が上記下限値以上であると、各層が充分に密着した電極体３が得られる。加圧圧力が上記上限値以下であると、各層、特に正極層５の劣化を抑制できる。
接合する際の圧力（加圧圧力）は、例えば、１００～２０００ＭＰａが好ましく、２００～１５００ＭＰａがより好ましく、３００～１０００ＭＰａがさらに好ましい。加圧圧力が上記下限値以上であると、各層が充分に密着した電極体３が得られる。加圧圧力が上記上限値以下であると、各層、特に正極層５の劣化を抑制できる。
【0059】
負極層６としては、加圧して接合することにより固体電解質層７と密着可能な材料が好ましい。このような材料としては、例えば、金属リチウムが挙げられる。
【0060】
得られた電極体３を正極缶１０と負極缶２０との間に配置し、正極缶１０と負極缶２０とを、ガスケット３０を介してかしめ封止をして組立てる（Ｓ１６）。工程Ｓ１６により、外装体２の内部に電極体３が収容された全固体電池１が得られる。
【0061】
ガスケット３０としては、例えば、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルニトリル樹脂（ＰＥＮ）、ポリエーテルケトン樹脂（ＰＥＫ）、ポリアリレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）、ポリアミノビスマレイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フッ素樹脂等のプラスチック樹脂が挙げられる。これらの中でも、ガスケット３０にポリプロピレン樹脂を用いることが、高温環境下における使用や保管時にガスケットが大きく変形することを防止でき、全固体電池の封止性がさらに向上する観点から好ましい。
ガスケット３０を構成するプラスチック樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
ガスケット３０を構成するプラスチック樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【0062】
ガスケット３０は、正極缶１０と負極缶２０との間に挟まれ、その少なくとも一部が圧縮された状態となる。この際の圧縮率は特に限定されず、電池１の内部を確実に封止でき、かつ、ガスケット３０に破断が生じない範囲とすればよい。
【0063】
次に、電気化学セルの製造方法の第二実施形態について、図５に基づいて説明する。
本実施形態では、上述した実施形態の正極層前駆体に加えて、負極側でも負極層前駆体を作製し、正極層前駆体と固体電解質層７と負極層前駆体との積層体を焼成して、正極層５と固体電解質層７と負極層６とが接合した第二の積層体を作製することを特徴とする。
本実施形態の電気化学セルの製造方法によれば、負極層６が第二の多孔質体６１を有する材料であっても、固体電解質層７との密着性をより高められる。このため、電池設計における材料選択の自由度をより一層高められる。
本実施形態では、上述した実施形態の正極層前駆体に加えて、負極側でも負極層前駆体を作製し、正極層前駆体と固体電解質層７と負極層前駆体との積層体を焼成して、正極層５と固体電解質層７と負極層６とが接合した第二の積層体を作製することを特徴とする。
本実施形態の電気化学セルの製造方法によれば、負極層６が第二の多孔質体６１を有する材料であっても、固体電解質層７との密着性をより高められる。このため、電池設計における材料選択の自由度をより一層高められる。
【0064】
本実施形態は、上述した工程Ｓ１１、工程Ｓ１１に加えて、負極スラリーを作製する工程（Ｓ２１）と、負極スラリーを第二の多孔質体６１に含浸させて負極層前駆体を作製する工程（Ｓ２２）と、正極層前駆体を固体電解質層７の一方の面に積層し、負極層前駆体を固体電解質層７の他方の面に積層する工程（Ｓ２３）と、正極層前駆体と固体電解質層７と負極層前駆体との積層体を焼成する工程（Ｓ２４）と、得られた第二の積層体（電極体３）を正極缶１０と負極缶２０との間に配置し、正極缶１０と負極缶２０とを、ガスケット３０を介してかしめ封止をして組立てる工程（Ｓ２５）と、を有する。
【0065】
本実施形態において、負極層前駆体を作製する、工程Ｓ２１、工程Ｓ２２は、正極層前駆体を作製する、工程Ｓ１１、工程Ｓ１２と共通するため、その説明を省略する。
工程Ｓ２３では、板状（シート状又は円板状）の固体電解質層７の一方の面に正極層前駆体を、他方の面に負極層前駆体を、それぞれ積層する。正極層前駆体は第一の多孔質体５１の表面に正極スラリーが、負極層前駆体は第二の多孔質体６１の表面に負極スラリーがそれぞれ付着しており、固体電解質層７との密着性をより高められる。
工程Ｓ２３では、板状（シート状又は円板状）の固体電解質層７の一方の面に正極層前駆体を、他方の面に負極層前駆体を、それぞれ積層する。正極層前駆体は第一の多孔質体５１の表面に正極スラリーが、負極層前駆体は第二の多孔質体６１の表面に負極スラリーがそれぞれ付着しており、固体電解質層７との密着性をより高められる。
【0066】
次いで、正極層前駆体と固体電解質層７と負極層前駆体との積層体を一括して焼成することで、正極層５と固体電解質層７と負極層６とが接合された第二の積層体が得られる（Ｓ２４）。
焼成する際の焼成温度は、上述した工程Ｓ１４における焼成温度と同様である。
焼成する際の焼成温度は、上述した工程Ｓ１４における焼成温度と同様である。
【0067】
得られた第二の積層体（電極体３）を正極缶１０と負極缶２０との間に配置し、正極缶１０と負極缶２０とを、ガスケット３０を介してかしめ封止をして組立てることにより、外装体２の内部に電極体３が収容された電池１を作製することができる（Ｓ２５）。
【0068】
本発明の電気化学セルの製造方法は、正極活物質を含む正極スラリーを第一の多孔質体に含浸させた正極層前駆体と、固体電解質層との積層体を焼成して、正極層と固体電解質層とが接合した第一の積層体とするため、固体電解質層の種類によらず、正極層と、固体電解質層とを容易に接合できる。このため、電池設計における材料選択の自由度をより高められる。加えて、従来のゾルゲル法のようにゾルの調整やゾルをゲル化する工程といった作業を行う必要がないため、製造に要する時間及びコストを大きく削減することができる。
本発明の電気化学セルは、正極層は、第一の多孔質体の孔部に正極活物質が担持されてなり、正極層と固体電解質層とが接合した第一の積層体を有する。このため、活物質と多孔質体との接触面積を高め、正極層の内部抵抗を低減することができる。
本発明の電気化学セルは、内部抵抗を低減した正極層を有するため、種々の固体電解質層を利用できる。このため、電池設計における材料選択の自由度をより高められる。加えて、多孔質の固体電解質層を作製するためのゾルゲル法のようにゾルの調整やゾルをゲル化する工程といった作業を行う必要がないため、製造に要する時間及びコストを大きく削減することができる。
本発明の電気化学セルは、正極層は、第一の多孔質体の孔部に正極活物質が担持されてなり、正極層と固体電解質層とが接合した第一の積層体を有する。このため、活物質と多孔質体との接触面積を高め、正極層の内部抵抗を低減することができる。
本発明の電気化学セルは、内部抵抗を低減した正極層を有するため、種々の固体電解質層を利用できる。このため、電池設計における材料選択の自由度をより高められる。加えて、多孔質の固体電解質層を作製するためのゾルゲル法のようにゾルの調整やゾルをゲル化する工程といった作業を行う必要がないため、製造に要する時間及びコストを大きく削減することができる。
【0069】
以上、本発明の電気化学セル及び電気化学セルの製造方法について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述の実施形態では、正極スラリーを第一の多孔質体５１に含浸させて正極層前駆体を作製した。しかし、あらかじめ用意された正極層前駆体を用いて第一の積層体を作製してもよい。
例えば、上述の実施形態では、第一の積層体に負極層を接合した。しかし、固体電解質層と負極層とを接合した後に、正極層と固体電解質層とを接合してもよい。
上述の実施形態では、電極体３は一つであるが、電極体の数は二つ以上でもよい。電極体の数を二つ以上とすることで、電気化学セルの電気容量をより高められる。
本発明の電気化学セルの製造方法によれば、電極体を容易にかつ、大量に作製できる。このため、電極体を二つ以上有する電気化学セルを容易に作製できる。
例えば、上述の実施形態では、正極スラリーを第一の多孔質体５１に含浸させて正極層前駆体を作製した。しかし、あらかじめ用意された正極層前駆体を用いて第一の積層体を作製してもよい。
例えば、上述の実施形態では、第一の積層体に負極層を接合した。しかし、固体電解質層と負極層とを接合した後に、正極層と固体電解質層とを接合してもよい。
上述の実施形態では、電極体３は一つであるが、電極体の数は二つ以上でもよい。電極体の数を二つ以上とすることで、電気化学セルの電気容量をより高められる。
本発明の電気化学セルの製造方法によれば、電極体を容易にかつ、大量に作製できる。このため、電極体を二つ以上有する電気化学セルを容易に作製できる。
【符号の説明】
【0070】
１…電気化学セル、２…外装体、３…電極体、５…正極層、６…負極層、７…固体電解質層、１０…正極缶、２０…負極缶、３０…ガスケット、５１…第一の多孔質体、５１ａ，６１ａ…孔部、５２…正極活物質、６１…第二の多孔質体、６２…負極活物質
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】