JP5540575B2 - Current collector for bipolar secondary battery, bipolar secondary battery, assembled battery, vehicle, control device for bipolar secondary battery, and control method for bipolar secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、双極型二次電池用の集電体に関する。   The present invention relates to a current collector for a bipolar secondary battery.

電池の高出力密度、高容量密度化が要求されており、電池の軽量化が必要である。例えば、双極型二次電池においても、軽量化の為に導電性を有する樹脂層を含む集電体を備える技術がある(特許文献1)。   There is a demand for higher output density and higher capacity density of the battery, and it is necessary to reduce the weight of the battery. For example, even in a bipolar secondary battery, there is a technique including a current collector including a conductive resin layer for weight reduction (Patent Document 1).

特開2006−190649号公報JP 2006-190649 A

しかしながら、集電体として導電性樹脂を用いると抵抗値が金属より高いため発熱しやすい。   However, when a conductive resin is used as the current collector, the resistance value is higher than that of the metal, so that heat is easily generated.

そこで本発明の目的は、温度上昇を抑制することのできる双極型二次電池用の集電体を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a current collector for a bipolar secondary battery that can suppress an increase in temperature.

また、本発明の他の目的は、電池の温度上昇を抑制することのできる双極型二次電池を提供することである。また、そのような双極型二次電池を用いた組電池、それらを用いた車両、それらの制御装置および制御方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a bipolar secondary battery that can suppress an increase in battery temperature. Moreover, it is providing the assembled battery using such a bipolar secondary battery, the vehicle using them, those control apparatuses, and a control method.

上記目的を達成するための本発明は、第1面に第1電極、前記第1面に対向する第2面に前記第1電極と極性の異なる第2電極が設けられた双極型二次電池用の集電体である。この集電体は、温度が上昇して所定温度に達した時に電気抵抗が増加する第1導電樹脂部と、前記所定温度まで温度が上昇しても電気抵抗の増加量が前記第1導電樹脂部と比べて少ない第2導電樹脂部と、を含み、前記第1導電樹脂部および前記第2導電樹脂部は、それぞれ、前記第1電極に臨む面から前記第2電極に臨む面まで連続的に延びて配置される
また、上記目的を達成するための本発明は、前記第1導電樹脂部および前記第2導電樹脂部は、前記第1電極と前記第2電極の間で、厚み方向と直交する方向に並ぶように配置される。
In order to achieve the above object, the present invention provides a bipolar secondary battery in which a first electrode is provided on a first surface and a second electrode having a polarity different from that of the first electrode is provided on a second surface opposite to the first surface. Current collector. The current collector includes a first conductive resin portion whose electrical resistance increases when the temperature rises and reaches a predetermined temperature, and an increase in electrical resistance even when the temperature rises to the predetermined temperature. seen containing a second conductive resin portion less than the part, a continuous first conductive resin portion and the second conductive resin portion, respectively, to a surface facing the second electrode from the surface facing the first electrode Extended .
Further, according to the present invention for achieving the above object, the first conductive resin portion and the second conductive resin portion are arranged in a direction perpendicular to the thickness direction between the first electrode and the second electrode. Placed in.

本発明の双極型二次電池の集電体は、所定温度で抵抗値が急増する第1導電樹脂部と、当該所定温度では抵抗値が急増しない第2導電樹脂部を有しており、所定温度まで電池内の温度が上昇しても電流を第2導電樹脂部に流すことができる。よって、抵抗が高い第1導電樹脂部に電流を流さないようにできるので、集電体での発熱を抑えることができる。   The current collector of the bipolar secondary battery of the present invention has a first conductive resin portion whose resistance value rapidly increases at a predetermined temperature and a second conductive resin portion whose resistance value does not increase rapidly at the predetermined temperature. Even if the temperature in the battery rises to the temperature, the current can be passed through the second conductive resin portion. Therefore, current can be prevented from flowing through the first conductive resin portion having a high resistance, so that heat generation at the current collector can be suppressed.

双極型二次電池の構造を示す断面概略図である。It is a section schematic diagram showing the structure of a bipolar secondary battery. 第1実施形態の集電体を模式的に表した概略図である。It is the schematic which represented the electrical power collector of 1st Embodiment typically. 第1実施形態の集電体の変形例を模式的に表した概略図である。It is the schematic which represented the modification of the electrical power collector of 1st Embodiment typically. 双極型二次電池に流れる電流の様子を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the mode of the electric current which flows into a bipolar secondary battery. 第1実施形態の集電体の温度と抵抗の関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the temperature of the electrical power collector of 1st Embodiment, and resistance. 第1実施形態の集電体の温度変化による樹脂と導電材と関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between resin and electrically conductive material by the temperature change of the electrical power collector of 1st Embodiment. 双極型二次電池の外観を表した斜視図である。It is a perspective view showing the appearance of a bipolar secondary battery. 組電池の外観図である。It is an external view of an assembled battery. 組電池を搭載した車両の概念図である。It is a conceptual diagram of the vehicle carrying an assembled battery. 双極型二次電池の温度を検出して電流制限を実施するシステムの構成図である。It is a block diagram of the system which detects the temperature of a bipolar secondary battery and implements current limitation. 双極型二次電池の温度を検出して電流制限を実施する方法のフローチャート図である。It is a flowchart figure of the method of detecting the temperature of a bipolar secondary battery and implementing current limiting. 双極型二次電池の温度を検出して電流制限を実施した電流と電池内温度の関係図である。FIG. 6 is a relationship diagram between a current in which the temperature of a bipolar secondary battery is detected and current limiting is performed and the temperature in the battery. 双極型二次電池からの電流を検出して電流制限を実施するシステムの構成図である。It is a block diagram of the system which detects the electric current from a bipolar secondary battery and implements current limitation. 双極型二次電池からの電流を検出して電流制限を実施する方法のフローチャート図である。It is a flowchart figure of the method of detecting the electric current from a bipolar type secondary battery, and implementing an electric current limitation. 双極型二次電池からの電流を検出して電流制限を実施した電流と電池内温度の関係図である。FIG. 6 is a relationship diagram between a current in which a current from a bipolar secondary battery is detected and current limiting is performed and a temperature in the battery. 第2実施形態の集電体を模式的に表した概略図である。It is the schematic which represented the electrical power collector of 2nd Embodiment typically. 第2実施形態における電流の流れ方を模式的に表した概略図である。It is the schematic which represented typically how the electric current flows in 2nd Embodiment. 第7実施形態の集電体を模式的に表した概略図である。It is the schematic which represented the electrical power collector of 7th Embodiment typically. 第8実施形態の集電体を模式的に表した概略図である。It is the schematic which represented the electrical power collector of 8th Embodiment typically.

まず、好ましい実施形態である双極型二次電池(双極型リチウムイオン二次電池)について説明するが、以下の実施形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   First, a bipolar secondary battery (bipolar lithium ion secondary battery), which is a preferred embodiment, will be described, but is not limited to the following embodiments. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

双極型二次電池の構造・形態で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など特に制限されず、従来公知のいずれの構造にも適用されうる。   When distinguished by the structure and form of the bipolar secondary battery, it is not particularly limited, such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery, and can be applied to any conventionally known structure.

同様に双極型二次電池の電解質の形態で区別した場合にも、特に制限はない。例えば、非水電解液をセパレータに含浸させた液体電解質型電池、ポリマー電池とも称される高分子ゲル電解質型電池および固体高分子電解質(全固体電解質)型電池のいずれにも適用されうる。高分子ゲル電解質および固体高分子電解質に関しては、これらを単独で使用することもできるし、これら高分子ゲル電解質や固体高分子電解質をセパレータに含浸させて使用することもできる。   Similarly, there is no particular limitation even when distinguished by the electrolyte form of the bipolar secondary battery. For example, the present invention can be applied to any of a liquid electrolyte type battery in which a separator is impregnated with a nonaqueous electrolytic solution, a polymer gel electrolyte type battery also called a polymer battery, and a solid polymer electrolyte (all solid electrolyte) type battery. With respect to the polymer gel electrolyte and the solid polymer electrolyte, these can be used alone, or the polymer gel electrolyte or the solid polymer electrolyte can be used by impregnating the separator.

また、電池の電極材料または電極間を移動する金属イオンで見た場合にも、特に制限されず、公知のいずれの電極材料等にも適用されうる。例えば、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、カリウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素電池などが挙げられ、好ましくは、リチウムイオン二次電池である。これは、リチウムイオン二次電池では、セル(単電池層)の電圧が大きく、高エネルギー密度、高出力密度が達成でき、車両の駆動電源用や補助電源用として優れているためである。   Moreover, when it sees in the electrode material of a battery, or the metal ion which moves between electrodes, it does not restrict | limit in particular, It can apply to any well-known electrode material. Examples include lithium ion secondary batteries, sodium ion secondary batteries, potassium ion secondary batteries, nickel metal hydride secondary batteries, nickel cadmium secondary batteries, nickel metal hydride batteries, and the like, preferably lithium ion secondary batteries. . This is because in the lithium ion secondary battery, the voltage of the cell (single cell layer) is large, high energy density and high output density can be achieved, and it is excellent as a vehicle driving power source or an auxiliary power source.

(第1実施形態)
図1は、双極型二次電池10の全体構造を模式的に表した断面概略図である。図1に示すように、双極型二次電池10は実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、電池外装材であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。双極型二次電池10の発電要素21は、集電体11の一方の面(第1面)に電気的に結合した第1電極が形成され、集電体11の反対側の面(第2面)に電気的に結合した第2電極が形成された複数の双極型電極23を有する。第1電極は、たとえば正極であり正極活物質層13を含み、第2電極は、たとえば負極であり負極活物質層15を含む。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of the bipolar secondary battery 10. As shown in FIG. 1, the bipolar secondary battery 10 has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate film 29 that is a battery exterior material. The power generation element 21 of the bipolar secondary battery 10 is formed with a first electrode electrically coupled to one surface (first surface) of the current collector 11, and a surface on the opposite side (second surface) of the current collector 11. A plurality of bipolar electrodes 23 having a second electrode electrically coupled to the surface. The first electrode is, for example, a positive electrode and includes a positive electrode active material layer 13, and the second electrode is, for example, a negative electrode and includes a negative electrode active material layer 15.

各双極型電極23は、電解質層17を介して積層されて発電要素21を形成する。なお、電解質層17は、基材としてのセパレータの面方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極23および電解質層17が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15との間に電解質層17が挟まれて配置されている。   Each bipolar electrode 23 is laminated via the electrolyte layer 17 to form the power generation element 21. The electrolyte layer 17 has a configuration in which an electrolyte is held at the center in the surface direction of a separator as a base material. At this time, the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23 face each other through the electrolyte layer 17. The bipolar electrodes 23 and the electrolyte layers 17 are alternately stacked. That is, the electrolyte layer 17 is interposed between the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23. ing.

隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。したがって、双極型二次電池10は、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止する目的で、単電池層19の外周部にはシール部(絶縁層)31が配置されている。なお、発電要素21の最外層に位置する正極側の最外層集電体11aには、片面のみに正極活物質層13が形成されている。また、発電要素21の最外層に位置する負極側の最外層集電体11bには、片面のみに負極活物質層15が形成されている。ただし、正極側の最外層集電体11aの両面に正極活物質層13が形成されてもよい。同様に、負極側の最外層集電体11bの両面に負極活物質層15が形成されてもよい。   The adjacent positive electrode active material layer 13, electrolyte layer 17, and negative electrode active material layer 15 constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the bipolar secondary battery 10 has a configuration in which the single battery layers 19 are stacked. Further, for the purpose of preventing liquid junction due to leakage of the electrolytic solution from the electrolyte layer 17, a seal portion (insulating layer) 31 is disposed on the outer peripheral portion of the unit cell layer 19. A positive electrode active material layer 13 is formed only on one side of the positive electrode outermost layer current collector 11 a located in the outermost layer of the power generation element 21. The negative electrode active material layer 15 is formed only on one surface of the outermost current collector 11b on the negative electrode side located in the outermost layer of the power generation element 21. However, the positive electrode active material layer 13 may be formed on both surfaces of the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side. Similarly, the negative electrode active material layer 15 may be formed on both surfaces of the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side.

さらに、図1に示す双極型二次電池10では、正極側の最外層集電体11aに隣接するように正極集電板25が配置され、これが延長されて電池外装材であるラミネートフィルム29から導出している。一方、負極側の最外層集電体11bに隣接するように負極集電板27が配置され、同様にこれが延長されて電池の外装であるラミネートフィルム29から導出している。   Further, in the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1, a positive electrode current collector plate 25 is disposed so as to be adjacent to the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side, and this is extended to form a laminate film 29 which is a battery exterior material. Derived. On the other hand, the negative electrode current collector plate 27 is disposed so as to be adjacent to the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side, and similarly, this is extended and led out from the laminate film 29 which is an exterior of the battery.

図1に示す双極型二次電池10においては、通常、各単電池層19の周囲に絶縁部31が設けられる。この絶縁部31は、電池内で隣り合う集電体11どうしが接触したり、発電要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。かような絶縁部31の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の双極型二次電池10が提供されうる。   In the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1, an insulating part 31 is usually provided around each single battery layer 19. The insulating part 31 prevents the adjacent current collectors 11 in the battery from coming into contact with each other and a short circuit caused by a slight irregularity at the end of the unit cell layer 19 in the power generation element 21. Provided. By installing such an insulating part 31, long-term reliability and safety are ensured, and a high-quality bipolar secondary battery 10 can be provided.

なお、単電池層19の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、双極型二次電池10では、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層19の積層回数を少なくしてもよい。双極型二次電池10でも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素21を電池外装材であるラミネートフィルム29に減圧封入し、正極集電板25および負極集電板27をラミネートフィルム29の外部に取り出した構造とするのがよい。   Note that the number of stacks of the unit cell layers 19 is adjusted according to a desired voltage. Further, in the bipolar secondary battery 10, the number of stacking of the single battery layers 19 may be reduced if a sufficient output can be secured even if the thickness of the battery is made as thin as possible. Even in the bipolar secondary battery 10, in order to prevent external impact and environmental degradation during use, the power generation element 21 is sealed under reduced pressure in a laminate film 29 that is a battery exterior material, and the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector 25. A structure in which the electric plate 27 is taken out of the laminate film 29 is preferable.

以下、本形態の双極型二次電池の主な構成要素について説明する。   Hereinafter, main components of the bipolar secondary battery of this embodiment will be described.

図2は、第1実施形態における双極型二次電池10の集電体11を模式的に表した概略図である。図3は、第1実施形態における双極型二次電池10の集電体11の変形例を模式的に表した概略図である。   FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing the current collector 11 of the bipolar secondary battery 10 according to the first embodiment. FIG. 3 is a schematic view schematically showing a modification of the current collector 11 of the bipolar secondary battery 10 in the first embodiment.

集電体は導電性を有する樹脂層を含む。図2に示すように、集電体11は、第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72を有する。図2において、第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72とが電極間に並べられて配置されているが、図3A、図3Bに示すように、第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72を満遍なく配置してもよい。第1導電樹脂部71は第1樹脂71aに第1導電材71bを混合して構成される。同様に、第2導電樹脂部72は第2樹脂72aに第2導電材72bを混合して構成される。   The current collector includes a conductive resin layer. As shown in FIG. 2, the current collector 11 has a first conductive resin portion 71 and a second conductive resin portion 72. In FIG. 2, the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72 are arranged side by side between the electrodes. However, as shown in FIGS. 3A and 3B, the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72 are arranged. The conductive resin portion 72 may be arranged evenly. The first conductive resin portion 71 is configured by mixing the first conductive material 71b with the first resin 71a. Similarly, the second conductive resin portion 72 is configured by mixing the second conductive material 72b with the second resin 72a.

図4は、双極型二次電池に流れる電流の様子を示した模式図である。図4に示すように、電流は、負極型活物質層15から電解質層17、正極型活物質層13、集電体11、負極型活物質層15と繰り返し順次流れる。そして、正極集電板25から電流が取り出される。集電体11は相異なる電極に介在するように配置されているため、電流は電極が積層される方向(電極面の鉛直方向)に流れやすい。ここで、主に金属から構成される金属集電体を使用した双極型二次電池では、電池構成要素(例えばセパレータ)の面内において電気抵抗にばらつきがあっても、金属集電体の面方向に電流が流れることによって、抵抗が高い部位を回避するように電流が流れ、局部的な発熱は生じない。しかしながら、樹脂と導電材を混合して構成された第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72からなる集電体11を使用した双極型二次電池10は、金属集電体に比べ面内方向の電気抵抗が高い。したがって、第1、2導電樹脂部71、72を双極型二次電池の集電体に使用した場合、電池構成要素の抵抗が高い部位に電流が流れ続け、局部的な発熱が生じうる。しかし、電流が流れる樹脂集電体中に抵抗の高い部位と低い部位があれば、電流は低い部位に流れ続け、低い部位が局部的に集合していたり、低い部位が多く備えられていたりすれば局部的な発熱は避けられる。   FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of current flowing in the bipolar secondary battery. As shown in FIG. 4, the current repeatedly and sequentially flows from the negative electrode active material layer 15 to the electrolyte layer 17, the positive electrode active material layer 13, the current collector 11, and the negative electrode active material layer 15. Then, current is taken out from the positive electrode current collector plate 25. Since the current collector 11 is disposed so as to be interposed between different electrodes, the current easily flows in the direction in which the electrodes are stacked (the vertical direction of the electrode surface). Here, in a bipolar secondary battery using a metal current collector mainly composed of a metal, even if there is a variation in electric resistance in the surface of a battery component (for example, a separator), the surface of the metal current collector When the current flows in the direction, the current flows so as to avoid a portion having high resistance, and local heat generation does not occur. However, the bipolar secondary battery 10 using the current collector 11 composed of the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72 configured by mixing a resin and a conductive material has a surface compared to a metal current collector. High inward electrical resistance. Therefore, when the first and second conductive resin portions 71 and 72 are used as a current collector of a bipolar secondary battery, current continues to flow to a portion where the resistance of the battery component is high, and local heat generation may occur. However, if there is a high resistance part and a low resistance part in the resin current collector through which the current flows, the current will continue to flow to the low part, and the low part may be gathered locally or many low parts may be provided. If this is the case, local heat generation is avoided.

図5は、第1実施形態における双極型二次電池10の集電体11が有する第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72の温度と抵抗の関係を表す図である。図5に示すように、それぞれの樹脂部の温度が上昇すると抵抗も徐々にではあるが上昇する。そして、ある所定温度まで樹脂部の温度が上昇すると第1導電樹脂部71の抵抗は急激に増加する。しかし、第1導電樹脂部71の抵抗が急激に上昇した所定温度では第2導電樹脂部72の抵抗は急激に増加しない。第2導電樹脂部72は、さらに温度が上昇した第2の所定温度において急激に抵抗が増加する。   FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the temperature and resistance of the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72 included in the current collector 11 of the bipolar secondary battery 10 according to the first embodiment. As shown in FIG. 5, when the temperature of each resin portion increases, the resistance gradually increases. When the temperature of the resin portion rises to a certain predetermined temperature, the resistance of the first conductive resin portion 71 increases rapidly. However, the resistance of the second conductive resin portion 72 does not increase rapidly at a predetermined temperature at which the resistance of the first conductive resin portion 71 has rapidly increased. The resistance of the second conductive resin portion 72 increases abruptly at a second predetermined temperature at which the temperature has further increased.

図6は、樹脂部の温度上昇した場合の樹脂と導電材の変化を模式的に示した図である。図6に示すように、温度が上昇する前は導電材が接触するなどしていたためパーコレーションパス通じており電流を流すことができていた。しかし、温度が上昇しある所定温度になると樹脂が膨張して、導電材と導電材の間の距離が離れることによって、パーコレーションパスdが切れてしまう(分離してしまう)。その結果、いままで電流が流れていたパーコレーションパスにおいては、そのパーコレーションパスdが切れてしまったことで電流は流れなくなってしまう。   FIG. 6 is a diagram schematically showing changes in the resin and the conductive material when the temperature of the resin portion rises. As shown in FIG. 6, since the conductive material was in contact before the temperature rose, the current passed through the percolation path. However, when the temperature rises to a predetermined temperature, the resin expands, and the percolation path d is cut (separated) as the distance between the conductive material increases. As a result, in the percolation path where current has flowed until now, the current does not flow because the percolation path d is cut off.

よって、樹脂部の温度が上昇し所定温度に達すると、多くのパーコレーションパスが切れてしまうことによって、電流が流れにくくなり抵抗が急増することになる。つまり、所定温度を超えると抵抗値が急激に増大する樹脂と導電材を混合した樹脂部を1つしか有していない集電体を含む双極型二次電池では、所定温度を越えると電池から電流を取り出せなくなる。しかしながら、図5に示すような抵抗値が急増するときの温度がそれぞれ異なる第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72を有する集電体11を備える双極型二次電池10では、第2導電樹脂部72から電流を取り出せ電池機能を保持することができる。これは、所定温度まで上昇した際に、第1導電樹脂部71の抵抗値が急増しパーコレーションパスが切れても、第2導電樹脂部72の抵抗値はそのままでパーコレーションパスも切れないため、第1導電樹脂部71では電流は流れないが、第2導電樹脂部72には電流が流れるからである。よって、抵抗値が急増するときの温度がそれぞれ異なる第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72を有する集電体11によって流す電流を抑制することができる。そして、電流の流れを抑制することができるので、電池の発熱が抑制される。   Therefore, when the temperature of the resin portion rises and reaches a predetermined temperature, many percolation paths are cut off, so that current hardly flows and resistance increases rapidly. In other words, in a bipolar secondary battery including a current collector that has only one resin portion in which a resistance value increases rapidly when the temperature exceeds a predetermined temperature and a conductive material mixed, the The current cannot be extracted. However, in the bipolar secondary battery 10 including the current collector 11 having the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72 having different temperatures when the resistance value rapidly increases as shown in FIG. The battery function can be maintained by taking out current from the conductive resin portion 72. This is because, when the temperature rises to a predetermined temperature, even if the resistance value of the first conductive resin portion 71 suddenly increases and the percolation path is cut off, the resistance value of the second conductive resin portion 72 remains unchanged and the percolation path is not cut off. This is because current does not flow in the first conductive resin portion 71, but current flows in the second conductive resin portion 72. Therefore, it is possible to suppress a current flowing through the current collector 11 having the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72 having different temperatures when the resistance value increases rapidly. And since the flow of an electric current can be suppressed, the heat_generation | fever of a battery is suppressed.

さらに、この集電体を構成する材料について、詳細に説明する。   Furthermore, the material which comprises this electrical power collector is demonstrated in detail.

(集電体)
集電体は導電性を有する樹脂層を含む。樹脂層が導電性を有するには、具体的な形態として、樹脂層が樹脂および導電材(導電性フィラー)を含む形態と、樹脂を構成する高分子材料が導電性高分子である形態が挙げられる。樹脂と導電材を選択できるという観点から樹脂層が樹脂および導電材を含む形態がより好ましい。
(Current collector)
The current collector includes a conductive resin layer. For the resin layer to have conductivity, specific forms include a form in which the resin layer includes a resin and a conductive material (conductive filler), and a form in which the polymer material constituting the resin is a conductive polymer. It is done. From the viewpoint that a resin and a conductive material can be selected, a form in which the resin layer includes a resin and a conductive material is more preferable.

まず、簡単に樹脂を構成する高分子材料が導電性高分子である形態を説明する。導電性高分子は、導電性を有し、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料から選択される。これらの導電性高分子は、共役したポリエン系がエネルギー帯を形成し伝導性を示すと考えられている。代表的な例としては電解コンデンサなどで実用化が進んでいるポリエン系導電性高分子を用いることができる。具体的には、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、ポリオキサジアゾール、またはこれらの混合物などが好ましい。電子伝導性および電池内で安定に使用できるという観点から、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、がより好ましい。   First, a mode in which the polymer material constituting the resin is a conductive polymer will be described. The conductive polymer is selected from materials that are conductive and have no conductivity with respect to ions used as charge transfer media. These conductive polymers are considered to be conductive because the conjugated polyene system forms an energy band. As a typical example, a polyene-based conductive polymer that has been put into practical use in an electrolytic capacitor or the like can be used. Specifically, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, polyoxadiazole, or a mixture thereof is preferable. Polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polyacetylene are more preferable from the viewpoints of electron conductivity and stable use in the battery.

つぎに、好適な形態である樹脂層が樹脂および導電材を含む形態について詳細に説明する。導電材(導電性フィラー)は、導電性を有する材料から選択される。好ましくは、導電性を有する樹脂層内のイオン透過を抑制する観点から、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料を用いるのが望ましい。   Next, the form in which the resin layer, which is a preferred form, includes a resin and a conductive material will be described in detail. The conductive material (conductive filler) is selected from conductive materials. Preferably, from the viewpoint of suppressing ion permeation in the resin layer having conductivity, it is desirable to use a material that does not have conductivity with respect to ions used as the charge transfer medium.

導電材の具体例としては、アルミニウム材、ステンレス(SUS)材、グラファイトやカーボンブラックなどのカーボン材、銀材、金材、銅材、チタン材などが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの導電材は1種単独で用いられてもよいし、2種以上併用してもよい。また、これらの合金材が用いられてもよい。好ましくは銀材、金材、アルミニウム材、ステンレス材、カーボン材、さらに好ましくはカーボン材である。またこれらの導電材は、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料(上記導電材)をめっき等でコーティングしたものでもよい。   Specific examples of the conductive material include aluminum materials, stainless steel (SUS) materials, carbon materials such as graphite and carbon black, silver materials, gold materials, copper materials, and titanium materials, but are not limited thereto. Absent. These conductive materials may be used alone or in combination of two or more. Moreover, these alloy materials may be used. Silver material, gold material, aluminum material, stainless steel material, carbon material is preferable, and carbon material is more preferable. These conductive materials may be those obtained by coating a conductive material (the above-mentioned conductive material) with a plating or the like around a particulate ceramic material or resin material.

また、導電材の形状(形態)は、粒子形態で用いればよいが、粒子形態に限られず、カーボンナノチューブなど、いわゆるフィラー系導電性樹脂組成物として実用化されている粒子形態以外の形態であってもよい。   Further, the shape (form) of the conductive material may be used in the form of particles, but is not limited to the form of particles, and is a form other than the form of particles practically used as a so-called filler-based conductive resin composition such as carbon nanotube. May be.

カーボン材としては、カーボンブラックやグラファイトの他にも、炭素繊維やc/cコンポジット(グラファイトと炭素繊維の混合物)などが挙げられる。カーボンブラックやグラファイトなどのカーボン粒子は電位窓が非常に広く、正極電位および負極電位の双方に対して幅広い範囲で安定であり、さらに導電性に優れている。また、カーボン粒子は非常に軽量なため、質量の増加が最小限になる。さらに、カーボン粒子は、電極の導電助剤として用いられることが多いため、これらの導電助剤と接触しても、同材料であるがゆえに接触抵抗が非常に低くなる。なお、カーボン粒子を導電性粒子として用いる場合には、カーボンの表面に疎水性処理を施すことにより電解質のなじみ性を下げ、集電体の空孔に電解質が染み込みにくい状況を作ることも可能である。   Examples of the carbon material include carbon fiber and c / c composite (mixture of graphite and carbon fiber) in addition to carbon black and graphite. Carbon particles such as carbon black and graphite have a very wide potential window, are stable in a wide range with respect to both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and are excellent in conductivity. Also, since the carbon particles are very light, the increase in mass is minimized. Furthermore, since carbon particles are often used as a conductive aid for electrodes, even if they come into contact with these conductive aids, the contact resistance is very low because of the same material. When carbon particles are used as conductive particles, it is possible to reduce the compatibility of the electrolyte by applying a hydrophobic treatment to the surface of the carbon, making it difficult for the electrolyte to penetrate into the pores of the current collector. is there.

導電材の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、0.01〜10μm程度であることが望ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電材の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。後述する活物質粒子などの粒子径や平均粒子径も同様に定義することができる。   The average particle diameter of the conductive material is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 10 μm. In the present specification, the “particle diameter” means the maximum distance L among the distances between any two points on the contour line of the conductive material. As the value of “average particle diameter”, the average particle diameter of particles observed in several to several tens of fields using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). The calculated value shall be adopted. Particle diameters and average particle diameters of active material particles to be described later can be defined similarly.

また、樹脂層が導電材を含む形態の場合、樹脂層を形成する樹脂は、上導電材に加えて、当該導電材を結着させる導電性のない高分子材料を含んでいてもよい。樹脂層の構成材料として高分子材料を用いることで、導電材の結着性を高め、電池の信頼性を高めることができる。高分子材料は、印加される正極電位および負極電位に耐えうる材料から選択される。   In the case where the resin layer includes a conductive material, the resin forming the resin layer may include a non-conductive polymer material that binds the conductive material in addition to the upper conductive material. By using a polymer material as the constituent material of the resin layer, the binding property of the conductive material can be improved and the reliability of the battery can be improved. The polymer material is selected from materials that can withstand the applied positive electrode potential and negative electrode potential.

樹脂である高分子材料の例としては、好ましくは、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エポキシ樹脂、またはこれらの混合物が挙げられる。これらの材料は電位窓が非常に広く正極電位、負極電位のいずれに対しても安定である。また軽量であるため、電池の高出力密度化が可能となる。   Examples of polymer materials that are resins are preferably polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamide (PA), polytetrafluoro Ethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), epoxy resin, or These mixtures are mentioned. These materials have a very wide potential window and are stable to both positive and negative electrode potentials. In addition, since it is lightweight, it is possible to increase the output density of the battery.

樹脂層における、導電材の比率は、特に限定されないが、好ましくは、高分子材料および導電材の合計に対して、1〜30質量%の導電材が存在する。十分な量の導電材を存在させることにより、樹脂層における導電性を十分に確保できる。   The ratio of the conductive material in the resin layer is not particularly limited, but preferably 1 to 30% by mass of the conductive material is present with respect to the total of the polymer material and the conductive material. By having a sufficient amount of the conductive material present, sufficient conductivity in the resin layer can be secured.

集電体の導電樹脂部における抵抗値は、樹脂に対する導電材の割合に依存するが、体積抵抗率が1〜10Ωcmである。   Although the resistance value in the conductive resin portion of the current collector depends on the ratio of the conductive material to the resin, the volume resistivity is 1 to 10 Ωcm.

上記樹脂層には、導電材および樹脂の他、他の添加剤を含んでいてもよいが、好ましくは、導電材および樹脂からなる。   The resin layer may contain other additives in addition to the conductive material and the resin, but preferably includes the conductive material and the resin.

樹脂層は、従来公知の手法により製造できる。例えば、スプレー法またはコーティング法を用いることにより製造可能である。具体的には、高分子材料を含むスラリーを調製し、これを塗布し硬化させる手法が挙げられる。スラリーの調製に用いられる高分子材料の具体的な形態については上述した通りであるため、ここでは説明を省略する。前記スラリーに含まれる他の成分としては、導電材が挙げられる。導電性粒子の具体例については上述の通りであるために、ここでは説明を省略する。あるいは、高分子材料および導電性粒子、その他の添加剤を従来公知の混合方法にて混合し、得られた混合物をフィルム状に成形することで得られる。また、例えば、特開2006−190649号に記載の方法のように、インクジェット方式により樹脂層を作製してもよい。   The resin layer can be manufactured by a conventionally known method. For example, it can be manufactured by using a spray method or a coating method. Specifically, there is a technique in which a slurry containing a polymer material is prepared, applied and cured. Since the specific form of the polymer material used for the preparation of the slurry is as described above, the description thereof is omitted here. Examples of other components contained in the slurry include a conductive material. Since specific examples of the conductive particles are as described above, description thereof is omitted here. Alternatively, the polymer material, conductive particles and other additives are mixed by a conventionally known mixing method, and the obtained mixture is formed into a film. Further, for example, as in the method described in JP-A-2006-190649, the resin layer may be produced by an inkjet method.

集電体の厚さは、特に限定されるものではないが、電池の出力密度を高める上では、薄いほど好ましい。双極型二次電池においては、正極および負極の間に存在する樹脂集電体は、積層方向に水平な方向の電気抵抗が高くてもよいため、集電体の厚さを薄くすることが可能である。具体的には、集電体の厚さは、0.1〜150μmであることが好ましく、10〜100μmであることがより好ましい。   The thickness of the current collector is not particularly limited, but it is preferably as thin as possible to increase the output density of the battery. In a bipolar secondary battery, the resin current collector that exists between the positive electrode and the negative electrode may have a high electrical resistance in the direction parallel to the stacking direction, so the thickness of the current collector can be reduced. It is. Specifically, the thickness of the current collector is preferably 0.1 to 150 μm, and more preferably 10 to 100 μm.

表1と表2に代表的な樹脂と導電材の線膨張係数を例示する。表1,2に示すように、上記で説明した樹脂の高分子材料と導電材の線膨張係数はそれぞれ異なった数値を有する。たとえば、表1に示すように、樹脂のポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)は線膨張係数が11〜13×10−5/Kと大きいのに対して、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリ塩化ビニル(PVC)は線膨張係数が小さいことがわかる。つまり、温度が上昇すると線膨張係数の大きな樹脂を含む樹脂部ではパーコレーションパスが切れ、抵抗が急増する割合が多い。同様に、表2に示すように、ステンレスやアルミは非常に線膨張係数が大きく、チタンやグラファイトも同様に大きいのに対し、炭素繊維やc/cコンポジットは非常に線膨張係数が小さい。 Tables 1 and 2 exemplify linear expansion coefficients of typical resins and conductive materials. As shown in Tables 1 and 2, the linear expansion coefficients of the polymer material and the conductive material described above have different values. For example, as shown in Table 1, resin polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyethylene terephthalate (PET) have large linear expansion coefficients of 11 to 13 × 10 −5 / K, whereas polyimide (PI ), Polyamideimide (PAI), and polyvinyl chloride (PVC) have a small coefficient of linear expansion. In other words, when the temperature rises, the resin portion containing a resin having a large linear expansion coefficient has a high rate of resistance increase rapidly because the percolation path is cut off. Similarly, as shown in Table 2, stainless steel and aluminum have a very large linear expansion coefficient, and titanium and graphite have a similar large coefficient, whereas carbon fiber and c / c composite have a very small linear expansion coefficient.

よって、これらの樹脂と導電材を適宜組み合わせて抵抗値が急増するときの温度がそれぞれ異なる第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72を作成することができる。これらの導電樹脂部を有する集電体11は、電池機能を保持したまま電流を抑制することができ、電池の発熱を抑制することができる。   Therefore, the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72 having different temperatures when the resistance value rapidly increases can be created by appropriately combining these resins and conductive materials. The current collector 11 having these conductive resin portions can suppress the current while maintaining the battery function, and can suppress the heat generation of the battery.

上記で説明した双極型二次電池は、第1導電樹脂部と第2導電樹脂部からなる集電体の構成に特徴を有する。以下、その他の主要な構成部材について説明する。   The bipolar secondary battery described above is characterized by the structure of the current collector composed of the first conductive resin portion and the second conductive resin portion. Hereinafter, other main components will be described.

(活物質層)
[正極(正極活物質層)および負極(負極活物質層)]
活物質層13または15は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
(Active material layer)
[Positive electrode (positive electrode active material layer) and negative electrode (negative electrode active material layer)]
The active material layer 13 or 15 contains an active material, and further contains other additives as necessary.

正極活物質層13は、正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、Li(Ni−Co−Mn)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。 The positive electrode active material layer 13 includes a positive electrode active material. As the positive electrode active material, for example, LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni—Co—Mn) O 2, and lithium-such as those in which a part of these transition metals are substituted with other elements Examples include transition metal composite oxides, lithium-transition metal phosphate compounds, and lithium-transition metal sulfate compounds. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material from the viewpoint of capacity and output characteristics. Of course, positive electrode active materials other than those described above may be used.

負極活物質層15は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物(例えば、LiTi12)、金属材料、リチウム合金系負極材料などが挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、炭素材料またはリチウム−遷移金属複合酸化物が、負極活物質として用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。 The negative electrode active material layer 15 includes a negative electrode active material. Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite, soft carbon, and hard carbon, lithium-transition metal composite oxides (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ), metal materials, lithium alloy negative electrode materials, and the like. . In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination. Preferably, from the viewpoint of capacity and output characteristics, a carbon material or a lithium-transition metal composite oxide is used as the negative electrode active material. Of course, negative electrode active materials other than those described above may be used.

各活物質層13、15に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1〜20μmである。   The average particle diameter of each active material contained in each active material layer 13, 15 is not particularly limited, but is preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output.

正極活物質層13および負極活物質層15は、バインダを含む。   The positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 include a binder.

活物質層に用いられるバインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、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体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く正極電位、負極電位双方に安定であり活物質層に使用が可能となる。これらのバインダは、1種単独で用いてもよいし、2種併用してもよい。   Although it does not specifically limit as a binder used for an active material layer, For example, the following materials are mentioned. Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC), ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR) ), Isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, ethylene / propylene / diene copolymer, styrene / butadiene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof, styrene / isoprene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof Thermoplastic polymers such as products, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FE) ), Tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE) , Fluororesin such as polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-) TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluorine rubber (VDF-PFP fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene Fluoro rubber (VDF-PFP-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluoro rubber (VDF-PFMVE-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluoro rubber Examples thereof include vinylidene fluoride-based fluororubber such as (VDF-CTFE-based fluororubber), an epoxy resin, and the like. Among these, polyvinylidene fluoride, polyimide, styrene / butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, and polyamide are more preferable. These suitable binders are excellent in heat resistance, have a very wide potential window, are stable at both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and can be used for the active material layer. These binders may be used alone or in combination of two.

活物質層中に含まれるバインダ量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質層に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%である。   The amount of the binder contained in the active material layer is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the active material, but is preferably 0.5 to 15% by mass with respect to the active material layer. Yes, more preferably 1 to 10% by mass.

活物質層に含まれうるその他の添加剤としては、例えば、導電助剤、電解質塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー等が挙げられる。   Examples of other additives that can be included in the active material layer include a conductive additive, an electrolyte salt (lithium salt), and an ion conductive polymer.

導電助剤とは、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。   The conductive assistant refers to an additive that is blended in order to improve the conductivity of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. Examples of the conductive assistant include carbon materials such as carbon black such as acetylene black, graphite, and vapor grown carbon fiber. When the active material layer contains a conductive additive, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.

電解質塩(リチウム塩)としては、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。 Examples of the electrolyte salt (lithium salt) include Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like.

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers.

正極活物質層および負極活物質層中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、非水溶媒二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。各活物質層の厚さについても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、各活物質層の厚さは、2〜100μm程度である。   The compounding ratio of the components contained in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is not particularly limited. The mixing ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about the non-aqueous solvent secondary battery. The thickness of each active material layer is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the battery can be appropriately referred to. For example, the thickness of each active material layer is about 2 to 100 μm.

正極活物質層および負極活物質層における抵抗値は、それぞれ活物質の配合比に依存するが、たとえば、0.02〜0.3Ωcmであり、集電体の導電樹脂部の抵抗値よりも小さい。   The resistance values in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer depend on the mixing ratio of the active materials, but are, for example, 0.02 to 0.3 Ωcm, which is smaller than the resistance value of the conductive resin portion of the current collector. .

(電解質層)
電解質層13を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。
(Electrolyte layer)
As the electrolyte constituting the electrolyte layer 13, a liquid electrolyte or a polymer electrolyte can be used.

液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)等のカーボネート類が例示される。また、支持塩(リチウム塩)としては、LiBETI等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。   The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent that can be used as the plasticizer include carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). Further, as the supporting salt (lithium salt), a compound that can be added to the active material layer of the electrode, such as LiBETI, can be similarly employed.

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真性ポリマー電解質に分類される。   On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel electrolyte containing an electrolytic solution and an intrinsic polymer electrolyte containing no electrolytic solution.

ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。   The gel electrolyte has a configuration in which the above liquid electrolyte is injected into a matrix polymer made of an ion conductive polymer. Examples of the ion conductive polymer used as the matrix polymer include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. In such polyalkylene oxide polymers, electrolyte salts such as lithium salts can be well dissolved.

なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。   In addition, when an electrolyte layer is comprised from a liquid electrolyte or a gel electrolyte, you may use a separator for an electrolyte layer. Specific examples of the separator include a microporous film made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene.

真性ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩(リチウム塩)が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が真性ポリマー電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。   The intrinsic polymer electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the matrix polymer, and does not include an organic solvent that is a plasticizer. Therefore, when the electrolyte layer is composed of an intrinsic polymer electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the reliability of the battery can be improved.

ゲル電解質や真性ポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。   The matrix polymer of the gel electrolyte or the intrinsic polymer electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed.

(最外層集電体)
最外層集電体の材質としては、例えば、金属や導電性高分子が採用されうる。電気の取り出しやすさの観点からは、好適には金属材料が用いられる。具体的には、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などの金属材料が挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。他にも、所定温度を越えると急激に抵抗が増加するPTC素子(Positive Temperature Coefficient素子)であってもよい。これらのなかでも、電子伝導性、電池作動電位という観点からは、アルミニウム、銅が好ましい。
(Outermost layer current collector)
As the material of the outermost layer current collector, for example, a metal or a conductive polymer can be adopted. From the viewpoint of ease of taking out electricity, a metal material is preferably used. Specifically, metal materials, such as aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, copper, are mentioned, for example. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. In addition, a PTC element (Positive Temperature Coefficient element) whose resistance rapidly increases when a predetermined temperature is exceeded may be used. Among these, aluminum and copper are preferable from the viewpoints of electron conductivity and battery operating potential.

(タブおよびリード)
電池外部に電流を取り出す目的で、タブを用いてもよい。タブは最外層集電体や集電板に電気的に接続され、電池外装材であるラミネートシートの外部に取り出される。
(Tabs and leads)
A tab may be used for the purpose of taking out the current outside the battery. The tab is electrically connected to the outermost layer current collector or current collector plate, and is taken out of the laminate sheet which is a battery exterior material.

タブを構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用のタブとして従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが好ましい。なお、正極タブと負極タブとでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。   The material which comprises a tab in particular is not restrict | limited, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a tab for lithium ion secondary batteries can be used. As a constituent material of the tab, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable, and aluminum, copper, and the like are more preferable from the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity. Is preferred. Note that the same material may be used for the positive electrode tab and the negative electrode tab, or different materials may be used.

正極端子リードおよび負極端子リードに関しても、必要に応じて使用する。正極端子リードおよび負極端子リードの材料は、公知のリチウムイオン二次電池で用いられる端子リードを用いることができる。なお、電池外装材29から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。   The positive terminal lead and the negative terminal lead are also used as necessary. As the material of the positive terminal lead and the negative terminal lead, a terminal lead used in a known lithium ion secondary battery can be used. It should be noted that the part taken out from the battery outer packaging material 29 has a heat insulating property so as not to affect the product (for example, automobile parts, particularly electronic devices) by contacting with peripheral devices or wiring and causing leakage. It is preferable to coat with a heat shrinkable tube or the like.

(電池外装材)
電池外装材29としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素(電池要素)を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。
(Battery exterior material)
As the battery exterior material 29, a known metal can case can be used, and a bag-like case using a laminate film containing aluminum that can cover a power generation element (battery element) can be used. For example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used as the laminate film, but the laminate film is not limited thereto. A laminate film is desirable from the viewpoint that it is excellent in high output and cooling performance, and can be suitably used for a battery for large equipment for EV and HEV.

(絶縁部)
絶縁部31は、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止する。また、絶縁部31は、電池内で隣り合う集電体どうしが接触したり、発電要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。
(Insulation part)
The insulating part 31 prevents a liquid junction due to leakage of the electrolytic solution from the electrolyte layer 17. In addition, the insulating part 31 prevents the adjacent current collectors in the battery from coming into contact with each other or the occurrence of a short circuit due to a slight irregularity at the end of the unit cell layer 19 in the power generation element 21. Is provided.

絶縁部31を構成する材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよい。例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が、絶縁部31の構成材料として好ましく用いられる。   As a material constituting the insulating portion 31, it should have insulating properties, sealing properties against falling off of the solid electrolyte, sealing properties against moisture permeation from the outside (sealing properties), heat resistance at the battery operating temperature, and the like. That's fine. For example, urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber and the like can be used. Among these, polyethylene resin and polypropylene resin are preferably used as the constituent material of the insulating portion 31 from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming property), economy, and the like.

なお、上記の双極型二次電池は、従来公知の製造方法により製造することができる。   In addition, said bipolar secondary battery can be manufactured by a conventionally well-known manufacturing method.

<双極型二次電池の外観構成>
図7は、双極型二次電池の代表的な実施形態である積層型の扁平な双極型のリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。図7に示すように、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素(電池要素)57は、双極型リチウムイオン二次電池50の電池外装材52によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素(電池要素)57は、正極タブ58および負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素(電池要素)57は、先に説明した図1に示す双極型のリチウムイオン二次電池10の発電要素(電池要素)21に相当するものであり、正極(正極活物質層)13、電解質層17および負極(負極活物質層)15で構成される単電池層(単セル)19が複数積層されたものである。
<Appearance structure of bipolar secondary battery>
FIG. 7 is a perspective view showing the appearance of a laminated flat bipolar lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of a bipolar secondary battery. As shown in FIG. 7, the laminated flat lithium ion secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59 for taking out electric power from both sides thereof. Has been pulled out. The power generation element (battery element) 57 is encased in the battery exterior material 52 of the bipolar lithium ion secondary battery 50, and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element (battery element) 57 includes a positive electrode tab 58 and a negative electrode. The tab 59 is sealed while being pulled out. Here, the power generation element (battery element) 57 corresponds to the power generation element (battery element) 21 of the bipolar lithium ion secondary battery 10 shown in FIG. 1 described above, and is a positive electrode (positive electrode active material layer). ) 13, a plurality of single battery layers (single cells) 19 composed of the electrolyte layer 17 and the negative electrode (negative electrode active material layer) 15 are laminated.

なお、上記双極型リチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではなく、巻回型の双極型リチウムイオン二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素(電池要素)がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。   The bipolar lithium ion secondary battery is not limited to a stacked flat shape, and the wound bipolar lithium ion secondary battery may be of a cylindrical shape. The cylindrical shape may be deformed into a rectangular flat shape, and is not particularly limited. In the said cylindrical shape thing, a laminate film may be used for the exterior material, and the conventional cylindrical can (metal can) may be used, for example, It does not restrict | limit. Preferably, the power generation element (battery element) is covered with an aluminum laminate film. With this configuration, weight reduction can be achieved.

また、図7に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではなく、正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図7に示すものに制限されるものではない。また、巻回型の双極型二次電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。   7 is not particularly limited, and the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be pulled out from the same side, or the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be pulled out. However, the present invention is not limited to the one shown in FIG. 7, for example. In addition, in a wound bipolar secondary battery, a terminal may be formed using, for example, a cylindrical can (metal can) instead of a tab.

上記双極型リチウムイオン二次電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。   The above-mentioned bipolar lithium ion secondary battery is a power source for driving a vehicle or an auxiliary device that requires a high volume energy density and a high volume output density as a large capacity power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, and a hybrid fuel cell vehicle. It can utilize suitably for a power supply.

<組電池>
組電池は、上記双極型二次電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
<Battery assembly>
The assembled battery is formed by connecting a plurality of the bipolar secondary batteries. Specifically, at least two or more are used, and are configured by serialization, parallelization, or both. Capacitance and voltage can be freely adjusted by paralleling in series.

図8は、組電池の代表的な実施形態の外観図であって、図8Aは組電池の平面図であり、図8Bは組電池の正面図であり、図8Cは組電池の側面図である。図8に示すように、本実施形態の組電池300は、双極型二次電池が複数、直列に又は並列に接続して装脱着可能な小型の組電池250を形成し、この装脱着可能な小型の組電池250をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池300を形成することもできる。図8Aは、組電池の平面図、図8Bは正面図、図8Cは側面図を示しているが、作成した装脱着可能な小型の組電池250は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池250は接続治具310を用いて複数段積層される。何個の双極型二次電池を接続して組電池250を作製するか、また、何段の組電池250を積層して組電池300を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。   FIG. 8 is an external view of a typical embodiment of the assembled battery, FIG. 8A is a plan view of the assembled battery, FIG. 8B is a front view of the assembled battery, and FIG. 8C is a side view of the assembled battery. is there. As shown in FIG. 8, the assembled battery 300 of this embodiment forms a small assembled battery 250 that can be attached / detached by connecting a plurality of bipolar secondary batteries in series or in parallel. A plurality of small assembled batteries 250 are connected in series or in parallel, and the assembled battery 300 has a large capacity and a large output suitable for a vehicle driving power source and an auxiliary power source that require high volume energy density and high volume output density. Can also be formed. 8A is a plan view of the assembled battery, FIG. 8B is a front view, and FIG. 8C is a side view. The small assembled battery 250 that can be attached / detached has an electrical connection means such as a bus bar. The assembled battery 250 is stacked in a plurality of stages using the connection jig 310. How many bipolar secondary batteries are connected to produce the assembled battery 250, and how many assembled batteries 250 are laminated to produce the assembled battery 300 depends on the vehicle (electric vehicle) to be mounted. It may be determined according to the battery capacity and output.

<車両>
本実施形態の車両は、上記双極型二次電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を搭載したことを特徴とするものである。長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。言い換えれば、双極型二次電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池は、車両の駆動用電源として用いられうる。双極型二次電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
<Vehicle>
The vehicle of this embodiment is equipped with the bipolar secondary battery or an assembled battery formed by combining a plurality of these. Since a long-life battery excellent in long-term reliability and output characteristics can be configured, it is possible to configure a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV mileage and an electric vehicle having a long charge mileage when such a battery is mounted. In other words, a bipolar secondary battery or an assembled battery formed by combining a plurality of these can be used as a power source for driving a vehicle. Bipolar secondary batteries or battery packs made by combining a plurality of these batteries, such as hybrid cars, fuel cell cars, and electric cars (for example, automobiles, passenger cars, trucks, buses, etc. Etc.), and motorcycles (including motorcycles and tricycles) can be used to provide a long-life and highly reliable automobile. However, the application is not limited to automobiles. For example, it can be applied to various power sources for moving vehicles such as other vehicles, for example, trains, and power sources for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use as.

図9は、組電池を搭載した車両の概念図である。図9に示すように、組電池300を電気自動車400のような車両に搭載するには、電気自動車400の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池300を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池300を用いた電気自動車400は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、環境保護のための二酸化炭素排出量の低減、燃費、走行性能などに優れた電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)を提供できる。   FIG. 9 is a conceptual diagram of a vehicle equipped with an assembled battery. As shown in FIG. 9, in order to mount the assembled battery 300 on a vehicle such as the electric vehicle 400, the battery pack 300 is mounted under the seat at the center of the vehicle body of the electric vehicle 400. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery 300 is mounted is not limited to the position under the seat, but may be a lower part of the rear trunk room or an engine room in front of the vehicle. The electric vehicle 400 using the assembled battery 300 as described above has high durability and can provide sufficient output even when used for a long period of time. Furthermore, it is possible to provide an electric vehicle (EV) and a hybrid vehicle (HEV) that are excellent in reduction of carbon dioxide emission for environmental protection, fuel consumption, driving performance, and the like.

車両に搭載される双極型二次電池の制御について詳細に説明する。   The control of the bipolar secondary battery mounted on the vehicle will be described in detail.

例示として車両に搭載される双極型二次電池の制御を挙げるが、他にも双極型二次電池を用いる機器にも適用することができる。また、車両に搭載される双極型二次電池の制御として2つ挙げるが、これらに特定されるものではない。   As an example, control of a bipolar secondary battery mounted on a vehicle is exemplified, but the present invention can also be applied to a device using a bipolar secondary battery. Two examples of the control of the bipolar secondary battery mounted on the vehicle are listed below, but the control is not limited to these.

第1の制御は、双極型二次電池内部の温度を検出し、その検出した温度が所定温度を超えた時に、電池から取り出す電流を制限する制御である。この所定温度は、双極型二次電池の集電体11が含む第1導電樹脂71の抵抗が急増し、第1導電樹脂71に流れる電流を遮断する温度である。その際、第2導電樹脂部72には電流を流すことができる。第2の制御は、双極型二次電池から取り出す目標電流を設定しておき、電池から取り出せる電流が目標電流から一定値以上少なくなったときに、電池から取り出す電流を制限する制御である。取り出せる電流が目標電流から一定値以上少なった時は、双極型二次電池の集電体11が含む第1導電樹脂部71の抵抗が急増し、電流が流れにくくなった時を示す。そして、第2導電樹脂部72に流せる量の電流値に目標電流値を設定する制御をすることができる。   The first control is a control for detecting the temperature inside the bipolar secondary battery and limiting the current taken out from the battery when the detected temperature exceeds a predetermined temperature. This predetermined temperature is a temperature at which the resistance of the first conductive resin 71 included in the current collector 11 of the bipolar secondary battery increases rapidly and interrupts the current flowing through the first conductive resin 71. At that time, a current can be passed through the second conductive resin portion 72. The second control is a control for setting a target current to be extracted from the bipolar secondary battery, and limiting the current to be extracted from the battery when the current that can be extracted from the battery is less than a certain value from the target current. When the current that can be taken out is smaller than the target current by a certain value or more, the resistance of the first conductive resin portion 71 included in the current collector 11 of the bipolar secondary battery suddenly increases, and the current does not flow easily. And control which sets a target electric current value to the electric current value of the quantity which can be sent through the 2nd conductive resin part 72 can be performed.

それぞれの制御について詳細に説明する。   Each control will be described in detail.

まず、第1の制御について詳細に説明する。   First, the first control will be described in detail.

図10は、双極型二次電池の温度を検出して電流制限を実施する制御装置の構成図である。図10に示すように、双極型二次電池10の電流制限を実施する制御装置500は、双極型二次電池10を有する車両400において、電池内部温度検出手段501と、温度判定手段502と、電池内部状態制御手段505と、車両制御手段506を含む。また、それぞれの手段は、図10に示すように、信号配線で連結されているそれぞれの手段では信号の送受信が行われ、双極型二次電池10から電気配線を通じて車両400と充放電による電流が流れる。   FIG. 10 is a configuration diagram of a control device that detects the temperature of the bipolar secondary battery and performs current limiting. As shown in FIG. 10, a control device 500 that performs current limitation of the bipolar secondary battery 10 includes a battery internal temperature detection unit 501, a temperature determination unit 502, and a vehicle 400 having the bipolar secondary battery 10. Battery internal state control means 505 and vehicle control means 506 are included. Further, as shown in FIG. 10, each means transmits and receives signals in each means connected by signal wiring, and the electric current generated by charging / discharging between the bipolar secondary battery 10 and the vehicle 400 through the electric wiring is obtained. Flowing.

電池内部温度検出手段501は、双極型二次電池内の温度を測定し、温度結果を温度判定手段に502に送信する。電池内部温度検出手段501は、双極型二次電池10の内部温度が検出することができる装置であって、たとえば電池内部に設置した温度センサーからの信号を読み取り、その温度情報を送信することができる装置である。温度判定手段502は、送信された温度が所定温度以上か否かを判定し、その温度状態の結果を電池内部状態制御手段504に送信する。温度判定手段502は、一般的な計算機であって、予め入力されている所定温度との比較を行え、その比較結果を出力できるような計算機である。電池内部状態制御手段505は、送信された比較結果に基づいて双極型二次電池10から取り出す電流を調整するなどの制御を行うと共に、車両制御手段506にその制御に関する情報を送信する。車両制御手段506は、送信された制御に関する情報に基づいて双極型二次電池10から取り出した電流で車両400を制御する。   The battery internal temperature detection unit 501 measures the temperature in the bipolar secondary battery, and transmits the temperature result to the temperature determination unit 502. The battery internal temperature detection means 501 is a device that can detect the internal temperature of the bipolar secondary battery 10, and for example, reads a signal from a temperature sensor installed inside the battery and transmits the temperature information. It is a device that can. The temperature determination unit 502 determines whether or not the transmitted temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, and transmits the result of the temperature state to the battery internal state control unit 504. The temperature determination unit 502 is a general computer that can compare with a predetermined temperature input in advance and output the comparison result. The battery internal state control means 505 performs control such as adjusting the current extracted from the bipolar secondary battery 10 based on the transmitted comparison result, and transmits information related to the control to the vehicle control means 506. The vehicle control means 506 controls the vehicle 400 with the current taken out from the bipolar secondary battery 10 based on the transmitted information related to control.

図11は、双極型二次電池の温度を検出して電流制限を実施する方法のフローチャート図である。図11に示すように、まず、車両400を起動し、双極型二次電池10から電流を取り出せる状態にする(ステップS100)。次に、双極型二次電池10の電池内温度を電池内部温度検出手段500で検出を開始し、電池内温度を検出できる状態にする(ステップS101)。ここで、双極型二次電池10の電流制限制御を開始し、電池から取り出す電流の目標電流を決定する(ステップS102)。次に、双極型二次電池10から電流の取り出しを開始する(ステップS103)。次に、電池内温度を検出し、検出した温度が所定温度以上か否かを判定する(ステップS104)。もし、所定温度には達していなければステップ104を繰り返す。電池内温度が所定温度以上であれば、双極型二次電池10から取り出す電流の目標電流を制限し、時間と共に取り出す電流を減らす(ステップS105)。そして、電池内温度を検出し、検出した温度がある特定の温度か否かを判定する(ステップ106)。もし、ある特定の温度に達していなければステップ105を繰り返す。電池内温度がある特定の温度以上になった際には、双極型二次電池10から取り出す電流の制限制御を終了する(ステップ107)。   FIG. 11 is a flowchart of a method for performing current limiting by detecting the temperature of the bipolar secondary battery. As shown in FIG. 11, first, the vehicle 400 is activated, and a current can be taken out from the bipolar secondary battery 10 (step S100). Next, detection of the internal temperature of the bipolar secondary battery 10 is started by the internal battery temperature detecting means 500 so that the internal temperature can be detected (step S101). Here, the current limiting control of the bipolar secondary battery 10 is started, and the target current of the current taken out from the battery is determined (step S102). Next, extraction of current from the bipolar secondary battery 10 is started (step S103). Next, the battery internal temperature is detected, and it is determined whether or not the detected temperature is equal to or higher than a predetermined temperature (step S104). If the predetermined temperature has not been reached, step 104 is repeated. If the temperature in the battery is equal to or higher than the predetermined temperature, the target current of the current extracted from the bipolar secondary battery 10 is limited, and the current extracted with time is reduced (step S105). Then, the battery internal temperature is detected, and it is determined whether or not the detected temperature is a specific temperature (step 106). If a specific temperature has not been reached, step 105 is repeated. When the internal temperature of the battery becomes equal to or higher than a specific temperature, the control for limiting the current taken out from the bipolar secondary battery 10 is terminated (step 107).

図12は、双極型二次電池の温度を検出して電流制限を実施した際の電流と電池内温度の関係図である。図12に示すように、電池内の温度が上昇し所定温度まで達すると、電流制限がかかり目標電流を制限し、時間と共に取り出す電流を減らす。そして、電池内の温度が特定の温度以上にならないように制限する。このように、双極型二次電池10内の温度が所定温度以上に達すると集電体11に含まれる第2導電樹脂部72だけに電流が流れるようになり、第1導電樹脂部71への電流集中による温度上昇を防止することができる。また、第2導電樹脂部72だけに電流が流れているため電池機能は保持でき、車両を移動することができる。   FIG. 12 is a relationship diagram between the current and the temperature in the battery when the current of the bipolar secondary battery is detected and the current is limited. As shown in FIG. 12, when the temperature in the battery rises and reaches a predetermined temperature, the current is limited, the target current is limited, and the current taken out with time is reduced. And it restrict | limits so that the temperature in a battery may not become more than specific temperature. As described above, when the temperature in the bipolar secondary battery 10 reaches a predetermined temperature or higher, a current flows only in the second conductive resin portion 72 included in the current collector 11, and the first conductive resin portion 71 is connected to the first conductive resin portion 71. Temperature rise due to current concentration can be prevented. Further, since the current flows only in the second conductive resin portion 72, the battery function can be maintained and the vehicle can be moved.

次に、第2の制御について詳細に説明する。   Next, the second control will be described in detail.

図13は、双極型二次電池からの電流を検出して電流制限を実施する制御装置の構成図である。図13に示すように、双極型二次電池10の電流制限を実施する制御装置500は、たとえば双極型二次電池10を有する車両400において、電流検出手段503と、電流判定手段504と、電池内部状態制御手段504と、車両制御手段506を含む。また、それぞれの手段は、図13に示すように、信号配線で連結されているそれぞれの手段では信号の送受信が行われ、双極型二次電池10から電気配線を通じて車両400と充放電による電流が流れる。第1の制御と同じ手段については説明を省略する。   FIG. 13 is a configuration diagram of a control device that detects a current from the bipolar secondary battery and performs current limitation. As shown in FIG. 13, a control device 500 that limits the current of the bipolar secondary battery 10 includes, for example, a current detection unit 503, a current determination unit 504, and a battery in a vehicle 400 having the bipolar secondary battery 10. Internal state control means 504 and vehicle control means 506 are included. Further, as shown in FIG. 13, each means transmits / receives a signal in each means connected by signal wiring, and current from charging / discharging with the vehicle 400 through electric wiring from the bipolar secondary battery 10 is transmitted. Flowing. Explanation of the same means as in the first control is omitted.

電流検出手段503は、双極電流から流れ出る電流の実電流量を検出する。電流検出手段は、たとえば、一般的な電流計測器であり、計測した電流値を電流判定手段504として送信することができればよい。電流判定手段504は、送信された実電流値と目標電流値とが所定電流値以上少ないか否かを判定し、その判定結果を電池内部状態制御手段504に送信する。電流判定手段504は、一般的な計算機を使用すればよく、所定電流値が予め入力されていればよい。電池内部状態制御手段504は、送信された結果に基づいて双極型二次電池10から取り出す電流を調整するなどの制御を行うと共に、車両制御手段506にその制御に関する情報を送信する。   The current detection means 503 detects the actual amount of current flowing out of the bipolar current. The current detection means is, for example, a general current measuring instrument, and it is sufficient that the measured current value can be transmitted as the current determination means 504. The current determination unit 504 determines whether or not the transmitted actual current value and target current value are smaller than a predetermined current value, and transmits the determination result to the battery internal state control unit 504. The current determination unit 504 may use a general computer, and a predetermined current value may be input in advance. The battery internal state control unit 504 performs control such as adjusting the current taken out from the bipolar secondary battery 10 based on the transmitted result, and transmits information related to the control to the vehicle control unit 506.

図14は、双極型二次電池からの電流を検出して電流制限を実施する方法のフローチャート図である。図14に示すように、まず、車両400を起動し、双極型二次電池10から電流を取り出せる状態にする(ステップS100)。次に、双極型二次電池10から取り出す電流を電流検出手段502で検出を開始し、電流を検出できる状態にする(ステップS201)。ここで、双極型二次電池10の電流制限制御を開始し、電池から取り出す電流の目標電流を決定する(ステップS102)。次に、双極型二次電池10から電流の取り出しを開始する(ステップS103)。次に、電池から流れる実電流を検出し、検出した実電流値が目標電流値より所定の電流値以上少ないか否かを判定する(ステップS204)。ここで、所定の電流値以上少ない状態が所定時間継続したか否かで判定してもよい。そして、もし、所定の電流値以上でない状態であればステップS204を繰り返す。実電流値が目標電流値よりも所定の電流値以上少なければ、双極型二次電池10から取り出す電流の目標電流を制限し、所定の目標電流値まで徐々に目標電流値を減らしていく(ステップS205)。   FIG. 14 is a flowchart of a method for performing current limiting by detecting current from a bipolar secondary battery. As shown in FIG. 14, first, the vehicle 400 is activated, and a current can be taken out from the bipolar secondary battery 10 (step S100). Next, detection of the current taken out from the bipolar secondary battery 10 is started by the current detection means 502, and the current can be detected (step S201). Here, the current limiting control of the bipolar secondary battery 10 is started, and the target current of the current taken out from the battery is determined (step S102). Next, extraction of current from the bipolar secondary battery 10 is started (step S103). Next, the actual current flowing from the battery is detected, and it is determined whether or not the detected actual current value is smaller than the target current value by a predetermined current value or more (step S204). Here, the determination may be made based on whether or not a state where the current value is smaller than a predetermined current value continues for a predetermined time. If the current value is not equal to or greater than the predetermined current value, step S204 is repeated. If the actual current value is smaller than the target current value by a predetermined current value or more, the target current of the current extracted from the bipolar secondary battery 10 is limited, and the target current value is gradually reduced to the predetermined target current value (step S205).

図15は、双極型二次電池の電流制限を実施した際の電流と電池内温度の関係図である。図15に示すように、電池から取り出される実電流が目標電流値より所定の電流値以上少ない状態になると、電流制限をかけて目標電流を制限し、時間と共に徐々に所定の目標電流値まで取り出す電流を減らす。そして、所定の目標電流値に達するとその状態を継続させる。これにより、双極型二次電池10内の集電体11に含まれる第1導電樹脂部71の抵抗が増大して電流が取り出せない状態になると、第2導電樹脂部72の分の電流だけを取り出すように電流を制御する。電流を制御することにより、第1導電樹脂部71への電流集中による温度上昇を防止することができる。また、第2導電樹脂部72だけに電流が流れているため電池機能は保持でき、車両を移動することができる。   FIG. 15 is a graph showing the relationship between the current and the temperature in the battery when current limiting is performed for the bipolar secondary battery. As shown in FIG. 15, when the actual current extracted from the battery is smaller than the target current value by a predetermined current value or more, the target current is limited by limiting the current, and is gradually extracted to the predetermined target current value with time. Reduce current. Then, when a predetermined target current value is reached, the state is continued. As a result, when the resistance of the first conductive resin portion 71 included in the current collector 11 in the bipolar secondary battery 10 increases and the current cannot be taken out, only the current corresponding to the second conductive resin portion 72 is obtained. Control the current to take out. By controlling the current, temperature rise due to current concentration on the first conductive resin portion 71 can be prevented. Further, since the current flows only in the second conductive resin portion 72, the battery function can be maintained and the vehicle can be moved.

以上説明した第1実施形態は、以下の効果を奏する。   The first embodiment described above has the following effects.

第1実施形態は、抵抗値が急増するときの温度がそれぞれ異なる第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72を有する集電体11を双極型二次電池10に備えることによって、所定温度まで電池内の温度が上昇しても電流を第2導電樹脂部に流すことができる。よって、抵抗が高い第1導電樹脂部に電流を流さないようにできるので、集電体での発熱を抑えることができ、電池の発熱を抑制することができる。つまり、所定温度まで上昇した際に、第1導電樹脂部71の抵抗値が急増し、パーコレーションパスが切れ電流が遮断されても、第2導電樹脂部72の抵抗値はそのままでパーコレーションパスも切れないため電流を流すことができる。   In the first embodiment, the bipolar secondary battery 10 includes a current collector 11 having a first conductive resin portion 71 and a second conductive resin portion 72 that have different temperatures when the resistance value rapidly increases. Even if the temperature in the battery rises, current can be passed through the second conductive resin portion. Therefore, current can be prevented from flowing through the first conductive resin portion having high resistance, so that heat generation at the current collector can be suppressed and heat generation of the battery can be suppressed. That is, when the temperature rises to a predetermined temperature, the resistance value of the first conductive resin portion 71 rapidly increases, and even if the percolation path is cut off and the current is cut off, the resistance value of the second conductive resin portion 72 remains unchanged and the percolation path is cut off. Since there is no current, it can flow.

また、抵抗値が急増するときの温度がそれぞれ異なる第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72を有する集電体11を備える双極型二次電池10は、所定温度を超えても電流を抑制して取り出すことができ、かつ、電池機能を保持したまま温度上昇を抑制することができる。そのような双極型二次電池を複数個直列および/または並列に接続して組電池とすることができる。さらに、そのような双極型二次電池、または組電池をモータの電源として車両に搭載することができる。そして、双極型二次電池からの電流または電池内部の温度を検出して、第1導電樹脂部71の抵抗が急増した際に、電流制限を行い、第1導電樹脂部71への電流集中による温度上昇を防止することができる。電流制限を行った際には、第2導電樹脂部72だけに電流が流れているため電池機能は保持でき、車両を移動することができる。   In addition, the bipolar secondary battery 10 including the current collector 11 having the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72 that have different temperatures when the resistance value rapidly increases is capable of supplying current even when the temperature exceeds a predetermined temperature. It can be taken out while being suppressed, and temperature rise can be suppressed while maintaining the battery function. A plurality of such bipolar secondary batteries can be connected in series and / or in parallel to form an assembled battery. Furthermore, such a bipolar secondary battery or an assembled battery can be mounted on a vehicle as a motor power source. Then, when the current from the bipolar secondary battery or the temperature inside the battery is detected and the resistance of the first conductive resin portion 71 increases rapidly, the current is limited, and the current is concentrated on the first conductive resin portion 71. Temperature rise can be prevented. When the current is limited, the battery function can be maintained because the current flows only in the second conductive resin portion 72, and the vehicle can be moved.

(第2実施形態)
図16は、第2実施形態の集電体を模式的に表した概略図である。双極型二次電池全体の構成は第1実施形態と同じであるので、以下第1実施形態と異なる集電体についてのみ説明する。図16に示すように、第2実施形態の集電体11においては、双極型二次電池の電極が積層されている方向(厚み方向)に、正極と負極の間に連続して第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部が形成される。図16Aは第2導電樹脂部72が円柱形状をしており、図16Bは四角柱形状をしている。図16Aでは第1導電樹脂部71が円柱形状に連続して形成されていても良い。このように、第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72が電極間において連続的に形成されることによって、電池における発熱を抑制することができる。
(Second Embodiment)
FIG. 16 is a schematic view schematically showing the current collector of the second embodiment. Since the configuration of the entire bipolar secondary battery is the same as that of the first embodiment, only the current collector different from that of the first embodiment will be described below. As shown in FIG. 16, in the current collector 11 of the second embodiment, the first conductive material is continuously provided between the positive electrode and the negative electrode in the direction (thickness direction) in which the electrodes of the bipolar secondary battery are stacked. A resin portion 71 and a second conductive resin portion are formed. 16A, the second conductive resin portion 72 has a cylindrical shape, and FIG. 16B has a quadrangular prism shape. In FIG. 16A, the first conductive resin portion 71 may be continuously formed in a cylindrical shape. As described above, the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72 are continuously formed between the electrodes, whereby heat generation in the battery can be suppressed.

図17は、第2実施形態における電流の流れ方を模式的に表した概略図である。図17Aに示すように、正極活物質層13と負極活物質層15の間に、第1導電樹脂部71および第2導電樹脂部72が共に、連続的に形成されている。好ましくは、第1導電樹脂部71が、正極活物質層13と負極活物質層15に接し、第2導電樹脂部72の中を厚み方向に貫通するように形成されるのが好ましい。   FIG. 17 is a schematic diagram schematically showing how the current flows in the second embodiment. As shown in FIG. 17A, the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72 are continuously formed between the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15. Preferably, the first conductive resin portion 71 is formed so as to be in contact with the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 and penetrate through the second conductive resin portion 72 in the thickness direction.

所定温度に達すると、第1導電樹脂部71の抵抗が増大するため、図17Aに示すように、電流は正極活物質層13において迂回して第2導電樹脂部72に流れ込む。しかしながら、図17Bに示すように、第1導電樹脂部71が正極活物質層13と負極活物質層15の間に連続的に形成されていない場合、つまり正極活物質層13に第1導電樹脂部71が接していない場合、電流は第1導電樹脂部71を避けるように第2導電樹脂部72において迂回して流れる。   When the temperature reaches a predetermined temperature, the resistance of the first conductive resin portion 71 increases, so that the current flows around the positive electrode active material layer 13 and flows into the second conductive resin portion 72 as shown in FIG. 17A. However, as shown in FIG. 17B, when the first conductive resin portion 71 is not continuously formed between the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15, that is, in the positive electrode active material layer 13, the first conductive resin portion 71 is not formed. When the part 71 is not in contact, the current flows around the second conductive resin part 72 so as to avoid the first conductive resin part 71.

ここで、第2導電樹脂部72と正極活物質層13の抵抗値を比較すると、正極活物質層13の方が小さい。よって、電流が所定温度に達し抵抗が増大した第1導電樹脂部71を流れにくくなった場合、図17Bに示すような第2導電樹脂部72の面方向に流れるよりも、図17Aに示すように正極活物質層13を流れた方が発熱量は小さくなる。   Here, when the resistance values of the second conductive resin portion 72 and the positive electrode active material layer 13 are compared, the positive electrode active material layer 13 is smaller. Therefore, when it becomes difficult to flow through the first conductive resin portion 71 where the current reaches a predetermined temperature and the resistance is increased, the current flows in the surface direction of the second conductive resin portion 72 as shown in FIG. 17B as shown in FIG. 17A. The amount of heat generated is smaller when the positive electrode active material layer 13 is passed through.

本第2実施形態では、第1実施形態の効果に加え、以下のような効果を奏する。正極と負極の間に連続して第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部が形成されるため、電池内部の温度が所定温度まで上昇し第1導電樹脂部71に電流が流れにくくなった際、第1導電樹脂部71に流れていた電流は第2導電樹脂部72に流れるため正極活物質層13において方向を変え流れる。よって、第2導電樹脂部72の面方向に電流が流れるよりも、発熱量を少なくすることができ、電池の温度上昇を抑制できる。   The second embodiment has the following effects in addition to the effects of the first embodiment. Since the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion are continuously formed between the positive electrode and the negative electrode, the temperature inside the battery rises to a predetermined temperature, and current does not easily flow to the first conductive resin portion 71. At this time, since the current flowing in the first conductive resin portion 71 flows in the second conductive resin portion 72, the direction of the current flows in the positive electrode active material layer 13. Therefore, the amount of generated heat can be reduced and the temperature rise of the battery can be suppressed as compared with the case where current flows in the surface direction of the second conductive resin portion 72.

(第3実施形態)
第3実施形態の集電体11は、第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72の構成に特徴を有しており、構造についてはたとえば図2に示したような第1実施例と同様の形態をとることができる。第3実施形態の集電体11においては、第1導電樹脂部71を構成する導電材71bの混合量が第2導電樹脂部72を構成する導電材72bの混合量よりも少ない。導電材の混合量が少ない第1導電樹脂部71は、所定温度まで電池内部の温度が上昇すると電流が流れることを防止することができる。反対に、導電材の混合量が多い第2導電樹脂部72は、パーコレーションパスが切れにくく、大きな抵抗の変化はないので、電流を流すことができる。
(Third embodiment)
The current collector 11 of the third embodiment is characterized by the configuration of the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72, and the structure is the same as that of the first example as shown in FIG. Similar forms can be taken. In the current collector 11 of the third embodiment, the mixing amount of the conductive material 71b constituting the first conductive resin portion 71 is smaller than the mixing amount of the conductive material 72b constituting the second conductive resin portion 72. The first conductive resin portion 71 with a small amount of conductive material can prevent a current from flowing when the temperature inside the battery rises to a predetermined temperature. On the other hand, the second conductive resin portion 72 with a large amount of conductive material is less likely to break the percolation path and does not have a large change in resistance, so that a current can flow.

本第3実施形態では、第1実施形態の効果に加え以下のような効果を奏する。それぞれ導電材の混合量が異なる導電樹脂部を備えることで、導電材の量によってパーコレーションパスを調整することができ、電流抑制効果を上げることができる。さらに、電池の温度上昇も制御できる。   The third embodiment has the following effects in addition to the effects of the first embodiment. By providing the conductive resin portions with different amounts of mixed conductive materials, the percolation path can be adjusted according to the amount of conductive material, and the current suppression effect can be increased. Furthermore, the temperature rise of the battery can be controlled.

(第4実施形態)
第4実施形態の集電体11は、第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72の構成に特徴を有しており、構造についてはたとえば図2に示したような第1実施例と同様の形態をとることができる。第4実施形態の集電体11においては、第1導電樹脂部71を構成する導電材71bの混合量が第2導電樹脂部72を構成する導電材72bの混合量よりも少なく、さらに、導電材71bの線膨張係数が導電材72bの線膨張係数よりも小さい。混合量が少なく、線膨張係数が小さい導電材から構成される第1導電樹脂部71は、所定温度まで電池内部の温度が上昇すると電流が流れることを防止することができる。反対に、混合量が多く、線膨張係数が大きい導電材から構成される第2導電樹脂部72は、パーコレーションパスがきれにくく、大きな抵抗の変化ははいので、電流を流すことができる。
(Fourth embodiment)
The current collector 11 of the fourth embodiment is characterized by the configuration of the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72, and the structure is the same as that of the first example as shown in FIG. Similar forms can be taken. In the current collector 11 of the fourth embodiment, the mixed amount of the conductive material 71b constituting the first conductive resin portion 71 is smaller than the mixed amount of the conductive material 72b constituting the second conductive resin portion 72, and further the conductive material The linear expansion coefficient of the material 71b is smaller than the linear expansion coefficient of the conductive material 72b. The first conductive resin portion 71 made of a conductive material having a small mixing amount and a small linear expansion coefficient can prevent a current from flowing when the temperature inside the battery rises to a predetermined temperature. On the other hand, the second conductive resin portion 72 made of a conductive material having a large amount of mixing and a large linear expansion coefficient is less likely to have a percolation path and has a large resistance change, so that a current can flow.

本第4実施形態では、第3実施形態の効果に加え以下のような効果を奏する。それぞれ導電材の混合量および導電材の線膨張係数が異なる導電樹脂部を備えることで、導電材の量と膨張によってパーコレーションパスを調整することができ、電流抑制効果をさらに上げることができる。さらに、電池の温度上昇も制御できる。   The fourth embodiment has the following effects in addition to the effects of the third embodiment. By providing the conductive resin portions in which the mixed amount of the conductive material and the linear expansion coefficient of the conductive material are different, the percolation path can be adjusted by the amount and expansion of the conductive material, and the current suppression effect can be further increased. Furthermore, the temperature rise of the battery can be controlled.

(第5実施形態)
第5実施形態の集電体11は、第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72の構成に特徴を有しており、構造についてはたとえば図2に示したような第1実施例と同様の形態をとることができる。第5実施形態の集電体11においては、第1導電樹脂部71を構成する樹脂71aの線膨張係数が第2導電樹脂部72を構成する樹脂72aの線膨張係数よりも大きい。樹脂の線膨張係数が大きい第1導電樹脂部71は、所定温度まで電池内部の温度が上昇すると電流が流れることを防止することができる。反対に、導電材の線膨張係数が小さい第2導電樹脂部72は、パーコレーションパスが切れにくく、大きな抵抗の変化はないので、電流を流すことができる。
(Fifth embodiment)
The current collector 11 of the fifth embodiment is characterized by the configuration of the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72, and the structure is the same as that of the first example as shown in FIG. Similar forms can be taken. In the current collector 11 of the fifth embodiment, the linear expansion coefficient of the resin 71 a constituting the first conductive resin portion 71 is larger than the linear expansion coefficient of the resin 72 a constituting the second conductive resin portion 72. The first conductive resin portion 71 having a large resin linear expansion coefficient can prevent a current from flowing when the temperature inside the battery rises to a predetermined temperature. On the other hand, the second conductive resin portion 72 having a small coefficient of linear expansion of the conductive material is less likely to break the percolation path and does not have a large resistance change, so that a current can flow.

本第5実施形態では、第1実施形態の効果に加え以下のような効果を奏する。それぞれ樹脂の線膨張係数が異なる導電樹脂部を備えることで、樹脂の膨張によってパーコレーションパスを調整することができ、電流抑制効果を上げることができる。さらに、電池の温度上昇も制御できる。   The fifth embodiment has the following effects in addition to the effects of the first embodiment. By providing the conductive resin portions having different linear expansion coefficients of the resins, the percolation path can be adjusted by the expansion of the resin, and the current suppression effect can be increased. Furthermore, the temperature rise of the battery can be controlled.

(第6実施形態)
第6実施形態の集電体11は、第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72の構成に特徴を有しており、構造についてはたとえば図2に示したような第1実施例と同様の形態をとることができる。第6実施形態の集電体11においては、第1導電樹脂部71を構成する樹脂71aの線膨張係数が第2導電樹脂部72を構成する樹脂72bの線膨張係数よりも大きく、さらに、導電材71bの混合量が導電材72bの混合量よりも少ない。線膨張係数が大きい樹脂と混合量が少ない導電材とから構成される第1導電樹脂部71は、所定温度まで電池内部の温度が上昇すると電流が流れることを防止することができる。反対に、線膨張係数が小さい樹脂と混合量が多い導電材とから構成される第2導電樹脂部72は、パーコレーションパスがきれにくく、大きな抵抗の変化ははいので、電流を流すことができる。
(Sixth embodiment)
The current collector 11 of the sixth embodiment is characterized by the configuration of the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72, and the structure thereof is the same as that of the first example as shown in FIG. Similar forms can be taken. In the current collector 11 of the sixth embodiment, the linear expansion coefficient of the resin 71a constituting the first conductive resin portion 71 is larger than the linear expansion coefficient of the resin 72b constituting the second conductive resin portion 72. The mixing amount of the material 71b is smaller than the mixing amount of the conductive material 72b. The first conductive resin portion 71 composed of a resin having a large linear expansion coefficient and a conductive material having a small mixing amount can prevent a current from flowing when the temperature inside the battery rises to a predetermined temperature. On the other hand, the second conductive resin portion 72 composed of a resin having a small linear expansion coefficient and a conductive material having a large amount of mixing is hard to break a percolation path, and since a large resistance change is yes, a current can flow.

本第6実施形態では、第5実施形態の効果に加え以下のような効果を奏する。それぞれ樹脂の線膨張係数および導電材の混合量が異なる導電樹脂部を備えることで、導電材の量と樹脂の膨張によってパーコレーションパスを調整することができ、電流抑制効果をさらに上げることができる。さらに、電池の温度上昇も制御できる。   The sixth embodiment has the following effects in addition to the effects of the fifth embodiment. By providing the conductive resin portions in which the linear expansion coefficient of the resin and the mixing amount of the conductive material are different, the percolation path can be adjusted by the amount of the conductive material and the expansion of the resin, and the current suppressing effect can be further increased. Furthermore, the temperature rise of the battery can be controlled.

(第7実施形態)
図18は、第7実施形態の集電体を模式的に現した概略図である。図18に示すように、第7実施形態の集電体11においては、双極型二次電池の電極(不図示)が積層されている方向に貫通し、さらに、第2導電樹脂部72が第1導電樹脂部71の外側に設置されている。図18Aは円筒形をした第1導電樹脂部の外側に第2導電樹脂部72が供えられ、図18Bは四角柱形をした第2導電樹脂部の外側に第2導電樹脂部72が備えられる。このように、第1導電樹脂部71はどのような形状をしていてもよく、第2導電樹脂部72が第1導電樹脂部71の外側、つまり集電体11の外周部に設置されていればよい。電池内部の温度が所定温度まで上昇し第1導電樹脂部71で電流が流れなくなり、第2導電樹脂部72に電流が流れるので、電流は集電体11の外周部を流れることになる。
(Seventh embodiment)
FIG. 18 is a schematic view schematically showing the current collector of the seventh embodiment. As shown in FIG. 18, the current collector 11 of the seventh embodiment penetrates in the direction in which the electrodes (not shown) of the bipolar secondary battery are stacked, and further, the second conductive resin portion 72 It is installed outside the one conductive resin portion 71. 18A, the second conductive resin portion 72 is provided outside the first conductive resin portion having a cylindrical shape, and FIG. 18B is the second conductive resin portion 72 provided outside the second conductive resin portion having a quadrangular prism shape. . As described above, the first conductive resin portion 71 may have any shape, and the second conductive resin portion 72 is installed outside the first conductive resin portion 71, that is, on the outer peripheral portion of the current collector 11. Just do it. Since the temperature inside the battery rises to a predetermined temperature and no current flows in the first conductive resin portion 71 and current flows in the second conductive resin portion 72, the current flows in the outer peripheral portion of the current collector 11.

本第7実施形態では、第1実施形態の効果に加え以下のような効果を奏する。所定温度以上に電池内部の温度が上昇した場合、集電体の外周部に備えられた第2導電樹脂部72を電流が流れるため、電流が流れることで発生する熱の放熱を促進することができる。そして、電池の温度上昇も制御できる。   The seventh embodiment has the following effects in addition to the effects of the first embodiment. When the temperature inside the battery rises above a predetermined temperature, a current flows through the second conductive resin portion 72 provided on the outer peripheral portion of the current collector, so that heat dissipation generated by the current flowing can be promoted. it can. And the temperature rise of a battery can also be controlled.

(第8実施形態)
図19は、第8実施形態の集電体を模式的に現した概略図である。隣接する導電性樹脂の溶解性パラメータが2以内の場合、集電体11が有する第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72は安定して接続する。しかしながら、図19に示すように、2以上の場合、第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72は相分離し、クリアランスcが形成される。
(Eighth embodiment)
FIG. 19 is a schematic view schematically showing the current collector of the eighth embodiment. When the solubility parameter of the adjacent conductive resin is within 2, the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72 included in the current collector 11 are stably connected. However, as shown in FIG. 19, in the case of two or more, the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72 are phase-separated and a clearance c is formed.

本第8実施形態では、第1実施形態の効果に加え以下のような効果を奏する。樹脂の溶解性パラメータを2以内にした複数の導電性樹脂部を備えることによって、隣接する導電性樹脂の相分離を防止することができ、電流抑制効果をさらに上げることができ、電池の温度上昇も制御できる。   The eighth embodiment has the following effects in addition to the effects of the first embodiment. By providing a plurality of conductive resin portions having a resin solubility parameter within two, phase separation of adjacent conductive resins can be prevented, current suppression effect can be further increased, and battery temperature rise Can also be controlled.

(第9実施形態)
第9実施形態の集電体11は、第1導電樹脂部71と第2導電樹脂部72の構成に特徴を有しており、構造についてはたとえば図2に示したような第1実施例と同様の形態をとることができる。第9実施形態の集電体11においては、第1導電樹脂部71を構成する樹脂71aの線膨張係数が導電材71bの線膨張係数よりも大きい。このような第1導電樹脂部71は、所定温度まで電池内部の温度が上昇すると、樹脂の方が導電材より大きく膨張し、パーコレーションパスが切れやすくなり、電流が流れることを防止することができる。
(Ninth embodiment)
The current collector 11 of the ninth embodiment is characterized by the configuration of the first conductive resin portion 71 and the second conductive resin portion 72, and the structure is the same as that of the first example as shown in FIG. Similar forms can be taken. In the current collector 11 of the ninth embodiment, the linear expansion coefficient of the resin 71a constituting the first conductive resin portion 71 is larger than the linear expansion coefficient of the conductive material 71b. In such a first conductive resin portion 71, when the temperature inside the battery rises to a predetermined temperature, the resin expands more than the conductive material, the percolation path is easily cut off, and current can be prevented from flowing. .

本第9実施形態では、第1実施形態の効果に加え以下のような効果を奏する。導電材より樹脂の線膨張係数が大きな導電樹脂部を備えることで、樹脂を導電材より大きく膨張させてパーコレーションパスを調整することができ、電流抑制効果をさらに上げることができる。さらに、電池の温度上昇も制御できる。   The ninth embodiment provides the following effects in addition to the effects of the first embodiment. By providing a conductive resin portion having a resin linear expansion coefficient larger than that of the conductive material, the percolation path can be adjusted by expanding the resin larger than the conductive material, and the current suppression effect can be further increased. Furthermore, the temperature rise of the battery can be controlled.

10、50 双極型二次電池(双極型リチウムイオン二次電池)、
11 集電体、
13 正極型活物質層、
15 負極型活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 発電要素、
23 双極型電極、
25 正極集電板、
27、57 負極集電板、
29 ラミネートフィルム、
31 シール部(絶縁部)、
58 正極タブ、
59 負極タブ、
71 第1導電樹脂部、
71a 第1樹脂、
71b 第1導電材、
72 第2導電樹脂部、
72a 第2樹脂、
72b 第2導電材、
250 小型の組電池、
300 組電池、
310 接続治具、
400 電気自動車、
500 制御装置、
501 電池内部温度検出手段、
502 温度判定手段、
503 電流検出手段、
504 電流判定手段、
505 電池内部状態制御手段、
506 車両制御手段。
10, 50 Bipolar secondary battery (bipolar lithium ion secondary battery),
11 Current collector,
13 Positive active material layer,
15 negative active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21 power generation elements,
23 Bipolar electrode,
25 positive current collector,
27, 57 negative electrode current collector,
29 Laminated film,
31 Sealing part (insulating part),
58 positive electrode tab,
59 Negative electrode tab,
71 first conductive resin part,
71a first resin,
71b first conductive material,
72 second conductive resin portion,
72a second resin,
72b second conductive material,
250 small battery pack,
300 battery packs,
310 connection jig,
400 electric car,
500 controller,
501 battery internal temperature detection means,
502 temperature determination means,
503 current detection means;
504 current determination means,
505 battery internal state control means,
506 Vehicle control means.

Claims (14)

第1面に第1電極、前記第1面に対向する第2面に前記第1電極と極性の異なる第2電極が設けられた双極型二次電池用の集電体であって、
前記集電体は、温度が上昇して所定温度に達した時に電気抵抗が増加する第1導電樹脂部と、前記所定温度まで温度が上昇しても電気抵抗の増加量が前記第1導電樹脂部と比べて少ない第2導電樹脂部と、を含み、
前記第1導電樹脂部および前記第2導電樹脂部は、それぞれ、前記第1電極に臨む面から前記第2電極に臨む面まで連続的に延びて配置される、ことを特徴とする双極型二次電池用の集電体。
A current collector for a bipolar secondary battery in which a first electrode is provided on a first surface and a second electrode having a polarity different from that of the first electrode is provided on a second surface opposite to the first surface;
The current collector includes a first conductive resin portion that increases in electrical resistance when the temperature rises and reaches a predetermined temperature, and an increase in electrical resistance when the temperature rises to the predetermined temperature. A second conductive resin portion less than the portion,
Each of the first conductive resin portion and the second conductive resin portion is disposed so as to continuously extend from a surface facing the first electrode to a surface facing the second electrode. Current collector for the next battery.
前記第1導電樹脂部および前記第2導電樹脂部は、前記第1電極と前記第2電極の間で、厚み方向と直交する方向に並ぶように配置される、ことを特徴とする請求項1に記載の双極型二次電池用の集電体。 The first conductive resin portion and the second conductive resin portion are arranged between the first electrode and the second electrode so as to be aligned in a direction orthogonal to the thickness direction. A current collector for a bipolar secondary battery described in 1. 前記第1導電樹脂部は、第1樹脂に第1導電材を混合して構成され、
前記第2導電樹脂部は、第2樹脂に第2導電材を混合して構成され、
前記第2導電材の混合量は、前記第1導電材の混合量よりも多いことを特徴とする請求項1または2に記載の双極型二次電池用の集電体。
The first conductive resin portion is configured by mixing a first conductive material with a first resin,
The second conductive resin portion is configured by mixing a second conductive material with a second resin,
The current collector for a bipolar secondary battery according to claim 1 or 2 , wherein the mixing amount of the second conductive material is larger than the mixing amount of the first conductive material.
前記第2導電材の線膨張係数は、前記第1導電材の線膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項に記載の双極型二次電池用の集電体。 4. The current collector for a bipolar secondary battery according to claim 3 , wherein a linear expansion coefficient of the second conductive material is larger than a linear expansion coefficient of the first conductive material. 5. 前記第1導電樹脂部は、第1樹脂に第1導電材を混合して構成され、
前記第2導電樹脂部は、第2樹脂に第2導電材を混合して構成され、
前記第2樹脂の線膨張係数は、前記第1樹脂の線膨張係数よりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の双極型二次電池用の集電体。
The first conductive resin portion is configured by mixing a first conductive material with a first resin,
The second conductive resin portion is configured by mixing a second conductive material with a second resin,
The current collector for a bipolar secondary battery according to claim 1 or 2 , wherein the linear expansion coefficient of the second resin is smaller than the linear expansion coefficient of the first resin.
前記第2導電材の混合量は、前記第1導電材の混合量よりも多いことを特徴とする請求項に記載の双極型二次電池用の集電体。 The current collector for a bipolar secondary battery according to claim 5 , wherein the mixing amount of the second conductive material is larger than the mixing amount of the first conductive material. 前記第2導電樹脂部は、厚み方向と直交する方向に向かって前記第1導電樹脂部の外側に配置される、ことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の双極型二次電池用の集電体。 The bipolar type according to any one of claims 1 to 6 , wherein the second conductive resin portion is disposed outside the first conductive resin portion in a direction orthogonal to a thickness direction. Current collector for secondary battery. 前記第1導電樹脂部の溶解性パラメータと前記第2導電樹脂部の溶解性パラメータは、2以上離れていないことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の双極型二次電池用の集電体。 The bipolar secondary according to any one of claims 1 to 7 , wherein the solubility parameter of the first conductive resin portion and the solubility parameter of the second conductive resin portion are not separated by two or more. Current collector for batteries. 前記第1樹脂の線膨張係数は、前記第1導電材の線膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の双極型二次電池用の集電体。 The current collector for a bipolar secondary battery according to any one of claims 1 to 8 , wherein the linear expansion coefficient of the first resin is larger than the linear expansion coefficient of the first conductive material. . 請求項1からのいずれか1項に記載の双極型二次電池用の集電体と、前記第1電極と、前記第2電極と、電解質層を含んだセパレータと、を複数積層して構成される双極型二次電池であって、
前記セパレータは、前記第1電極と前記第2電極の間に介在されることを特徴とする双極型二次電池。
A current collector for a bipolar secondary battery according to any one of claims 1 to 9 , a plurality of the first electrode, the second electrode, and a separator including an electrolyte layer are stacked. A bipolar secondary battery comprising:
The bipolar secondary battery, wherein the separator is interposed between the first electrode and the second electrode.
請求項10に記載の双極型二次電池を制御する双極型二次電池の制御装置であって、
前記双極型二次電池内部の温度を測定する電池内部温度測定手段と、
前記双極型二次電池内部の温度が前記所定温度以上であるか否かを判定する温度判定手段と、
前記双極型二次電池内部の温度が前記所定温度以上と判定された場合に、前記双極型二次電池から取り出す電流を制限する電池内部状態制御手段と、を含むことを特徴とする双極型二次電池の制御装置。
A control device for a bipolar secondary battery for controlling the bipolar secondary battery according to claim 10 ,
Battery internal temperature measuring means for measuring the temperature inside the bipolar secondary battery;
Temperature determining means for determining whether the temperature inside the bipolar secondary battery is equal to or higher than the predetermined temperature;
Battery internal state control means for limiting a current taken out from the bipolar secondary battery when the temperature inside the bipolar secondary battery is determined to be equal to or higher than the predetermined temperature. Secondary battery control device.
請求項10に記載の双極型二次電池を制御する双極型二次電池の制御装置であって、
前記双極型二次電池内部から取り出した実電流値を測定する電池内部電流測定手段と、
前記実電流値が所定電流値以上であるか否かを判定する電流値判定手段と、
前記実電流値が所定電流値以上と判定された場合に、前記双極型二次電池から取り出す電流を制限する電池内部状態制御手段と、を含むことを特徴とする双極型二次電池の制御装置。
A control device for a bipolar secondary battery for controlling the bipolar secondary battery according to claim 10 ,
A battery internal current measuring means for measuring an actual current value taken out from the bipolar secondary battery;
Current value determination means for determining whether or not the actual current value is equal to or greater than a predetermined current value;
A control apparatus for a bipolar secondary battery, comprising: battery internal state control means for limiting a current taken out from the bipolar secondary battery when the actual current value is determined to be equal to or greater than a predetermined current value. .
請求項10に記載の双極型二次電池を制御する双極型二次電池の制御方法であって、
前記双極型二次電池内部の温度を測定する電池内部温度測定段階と、
前記双極型二次電池内部の温度が前記所定温度以上であるか否かを判定する温度判定段階と、
前記双極型二次電池内部の温度が前記所定温度以上と判定された場合に、前記双極型二次電池から取り出す電流を制限する電池内部状態制御段階と、を含むことを特徴とする双極型二次電池の制御方法。
A bipolar secondary battery control method for controlling the bipolar secondary battery according to claim 10 , comprising:
A battery internal temperature measurement step for measuring the temperature inside the bipolar secondary battery;
A temperature determination step of determining whether the temperature inside the bipolar secondary battery is equal to or higher than the predetermined temperature;
A battery internal state control step of limiting a current taken out from the bipolar secondary battery when the temperature inside the bipolar secondary battery is determined to be equal to or higher than the predetermined temperature. Secondary battery control method.
請求項10に記載の双極型二次電池を制御する双極型二次電池の制御方法であって、
前記双極型二次電池内部から取り出した実電流値を測定する電池内部電流測定段階と、
前記実電流値が所定電流値以上であるか否かを判定する電流値判定段階と、
前記実電流値が所定電流値以上と判定された場合に、前記双極型二次電池から取り出す電流を制限する電池内部状態制御段階と、を含むことを特徴とする双極型二次電池の制御方法。
A bipolar secondary battery control method for controlling the bipolar secondary battery according to claim 10 , comprising:
A battery internal current measuring step for measuring an actual current value taken out from the bipolar secondary battery;
A current value determination step of determining whether or not the actual current value is equal to or greater than a predetermined current value;
A control method for a bipolar secondary battery, comprising: a battery internal state control step for limiting a current taken out from the bipolar secondary battery when the actual current value is determined to be equal to or greater than a predetermined current value. .
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