CN106663839B - 非水电解质电池和电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明实施形态的课题在于，提供一种能够使分别在集电体的一方板面上形成正极活性物质层、在该集电体的另一方板面上形成负极活性物质的双极型电池有望实现高能量密度化和低电阻化的非水电解质电池和电池组。非水电解质电池60具备双极性电极11和非水电解质层7。双极性电极11具有集电体3、形成于集电体3的一面上的正极活性物质层4和形成于集电体3的另一面上的负极活性物质层5。双极性电极11沿着一个方向以规定的长度划分为多个区段，在各分段部分8之间依次交错地分别弯折而折叠重合。

Description

非水电解质电池和电池组
技术领域
本发明的实施方式涉及非水电解质电池和电池组。
背景技术
近年来，对于作为高能量密度电池的像锂离子二次电池那样的非水电解质电池的研究正积极进行。非水电解质电池有望成为混合动力汽车、电动汽车、手机基站的不间断供电电源用等的电源。然而，即使将锂离子二次电池的单电池制成大型，由单电池得到的电压也只是3.7V左右的低电压。因此，为了得到高输出，必需要从大型化了的单电池输出大电流，于是就存在装置整体大型化的问题。
作为解决这些问题的电池，提出了双极型电池。双极型电池是具有夹着双极性电极与电解质层并以多枚串联的方式层叠而成的结构的电池，其中双极性电极在集电体的一方板面上形成正极活性物质层、同时在该集电体的另一方板面上形成负极活性物质层。在该双极型电池中，由于在单电池内部以串联方式层叠，因此即使在单电池中也能够得到高电压。藉此，在得到高输出之际也能够以高电压、恒定电流来输出，进而能够大幅降低电池连接部的电阻。
在锂离子二次电池中，现采用使用液态电解质的结构。然而，双极型电池的单电池中正极和负极反复排布，因此无法将锂离子二次电池的使用液态电解质的结构适用于双极型电池。即，由于双极型电池结构上电极层之间所存在的电解液相互接触而引起离子传导、从而导致短路(液接(日文：液絡))，为了不引起这种短路，必需具有使各电极之间相互独立的结构。
迄今，提出了不含液态电解质而使用高分子固体电解质的双极型电池。如果使用这种方法，则由于电池内不含液态电解质，由电极层之间的离子传导而引起短路(液接)的可能性降低。但是，通常固体电解质的离子传导率与液态电解质相比，为后者的1/10～1/100左右，是非常低的值。因此，产生了电池的输出功率密度变低的问题，尚未达到实用化。
鉴于这些情况，提出了使用液态电解质半固化而成的凝胶电解质的双极型电池。凝胶电解质是将电解液浸渍于聚环氧乙烷(PEO)、聚偏氟乙烯(PVdF)等高分子中而成的凝胶状电解质。这种凝胶电解质因离子传导率高、且能够充分获得电池的输出功率密度而受到期待。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特表2012-521624号公报
专利文献2：日本专利特表2012-516542号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题
为了使双极型电池大型化(高能量密度化)，仍有技术问题尚未解决。作为使双极型电池高能量密度化的方法，考虑了增加正负极的电极面积的方法、将小面积的双极型单电池以并联方式连接的方法等。具有以往的电极结构的锂离子二次电池是通过将正负极的电极与间隔物无间隙地卷绕成漩涡状、以高密度填充在电池外装内来企图实现高能量密度化的。但由于在双极型电池中其结构上正极和负极形成为一体，因此对电极会因漩涡状的卷绕而相互接触。所以，存在只要不在双极性电极层之间采取夹带间隔物或者聚合物等绝缘层等措施就会发生短路的问题。
然而，在这种情况下，电极体的厚度会因为夹带间隔物或聚合物而增厚，导致电极的填充率降低。所以，一直以来都难以用这种方法来实现高能量密度化。而且，在利用漩涡状卷绕来扩大电极面积的场合下，也难以将用于连接电池的电流输出端子部的电极极耳(日文：集電タブ)从多个位置中引出。因此，电极面积越大，电池的内部电阻也越大，这会成为双极型电池高输出化的阻碍。所以，需要能够解决双极型电池存在的这些问题、并且兼具高输出输入和高能量密度的技术。
本发明实施形态的课题在于，提供一种能够使分别在集电体的一方板面上形成正极活性物质层、在该集电体的另一方板面上形成负极活性物质的双极型电池有望实现高能量密度化和低电阻化的非水电解质电池和电池组。
解决技术问题所采用的技术方案
根据这种实施方式，非水电解质电池具备双极性电极和非水电解质。双极性电极具有集电体、形成于所述集电体的一面上的正极活性物质层、和形成于所述集电体的另一面上的负极活性物质层。所述双极性电极沿着一个方向以规定的长度划分为多个区段，在各分段部分之间依次交错地分别弯折而折叠重合。
附图的简要说明
[图1]图1是显示第1实施方式的非水电解质电池的简略结构的纵剖视图。
[图2]图2是显示第1实施方式的非水电解质电池的双极性电极的简略结构的立体图。
[图3]图3是显示双极性电极的实施例1的简略结构的纵剖视图。
[图4]图4是显示双极性电极的实施例2的电极层叠体的简略结构的纵剖视图。
[图5]图5是图1的区段A的放大剖视图。
[图6]图6是显示第1实施方式的非水电解质电池的电池组的简略结构的分解立体图。
[图7]图7是显示图6的电池组的电路的框图。
[图8]图8是显示第1实施方式的非水电解质电池的变形例的简略结构的关键部位的侧视图。
[图9]图9是显示第1实施方式的非水电解质电池的极耳的安装状态的简略结构图。
[图10]图10是显示第1实施方式的非水电解质电池的极耳的安装状态的变形例的简略结构图。
[图11]图11是显示图10的非水电解质电池的简略结构的纵剖视图。
[图12]图12是显示图9和图10的非水电解质电池的集电体的电阻试验结果的图表。
[图13A]图13A是显示比较例1的两面都是正极的电极的简略结构的纵剖视图。
[图13B]图13B是显示比较例1的两面都是负极的电极的简略结构的纵剖视图。
[图13C]图13C是显示比较例1的层叠型电池的简略结构的纵剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图对第1实施方式的非水电解质电池和电池组进行说明。另外，对整个实施方式中共通的结构使用相同的符号，并省略重复的说明。此外，各图是帮助实施方式的说明及其理解的示意图，其形状或尺寸、比例等与实际装置存在不同之处，但通过参考以下说明和公知技术可进行适当设计变更。
(第1实施方式)
图1～图7显示第1实施方式。图1是第1实施方式的一例非水电解质电池60的简略剖视图。图1中所示的非水电解质电池60具有呈大致箱形的外装构件61和收纳于该外装构件61内的呈连续折返状(日语：つづら折り状)的双极性电极11。外装构件61由例如在2片树脂膜之间介有金属层的层叠膜构成。图2是显示双极性电极11的简略结构的立体图。
[实施例1]
图3显示了双极性电极1的电极本体2的基本结构。如图3所示，双极性电极1的电极本体2具有集电体3、形成于集电体3的一面上的正极活性物质层4和形成于集电体3的另一面上的负极活性物质层5。集电体3的素材使用铝，将其形成为一条边例如为5cm的正方形。正极活性物质层4使用磷酸锰锂(以下称为LMP)，负极活性物质层5使用钛酸锂(以下称为LTO)。正极活性物质层4能够嵌锂和脱锂。负极活性物质层5存在1.5V附近的反应电位。将LMP或LTO和导电助剂、粘合材料与相对于电极本体2的总重分别为5重量％的碳、10重量％的聚偏氟乙烯混合。通过形成它们的混合物来制作实施例1的双极性电极1。
[实施例2]
如图4所示，使用实施例1中所记载的双极性电极1的电极本体2来形成层叠成3层(电极本体2A～2C)的电极本体2的层叠体2X。该层叠体2X的各电极本体2A～2C之间分别具有电解质层7，以使电极本体2A～2C之间不发生接触。另外，图4中，负极构件2t1隔着电解质层7层叠在位于最上段位置的电极本体2A的上侧。图4中，正极构件2t2隔着电解质层7层叠在位于最下段位置的电极本体2C的下侧。于是，负极构件2t1仅在集电体3的下表面侧形成负极活性物质层5。正极构件2t2则仅在集电体3的上表面侧形成正极活性物质层4。将这些电极本体2的层叠体2X、负极构件2t1和正极构件2t2进行一体层叠而形成电极层叠体6，从而制得双极电池。籍此得到了实施例2的双极电池。
[实施例3]
使集电体3的一条边(长边)为例如45cm，使另一条边(短边)成形为例如5cm。除了使用所得到的长方形板状集电体3以外，按照与实施例1相同的方式制作双极性电极1。即，在长方形的板状集电体3的一方板面上形成正极活性物质层4，并且在同一集电体3的另一方板面上形成负极活性物质层5。
[实施例4]
将实施例3中所记载的双极性电极1的电极本体2层叠成3层(电极本体2A～2C)而得到的电极本体2的层叠体2X与负极构件2t1和正极构件2t2进行一体层叠而形成长方形的板状电极层叠体6。然后，通过按照与实施例2相同的方式进行制作，得到实施例4的双极电池。接着，将该长方形的板状电极层叠体6折叠重合成连续折返状而得到实施例4的连续折返双极性电极11(参照图2)。此时，如图2所示，电极层叠体6是沿着一个方向以规定的长度将一块板体划分成多个区段，在各分段部分8之间依次交错地分别弯折而折叠重合成连续折返状。各分段部分8例如通过以每隔5cm依次交错地分别折返的方式形成连续折返来形成双极性电极11。此外，将与分段部分8之间邻接的折返部分称为折返部12。
[实施例5](第1实施方式的变形例)
除了在制作实施例4中所记载的连续折返双极性电极11时，按照各分段部分8距离折返部12的长度为图8中从下往上为5cm、6cm、5cm、4cm、5cm、6cm、5cm、5cm的顺序进行连续折返以外，按照与实施例4相同的方式制作图8中所示的双极性电极11。籍此，如图8所示，双极性电极11在进行连续折返时，折返部12在分段部分8的左右两端交替形成。于是，位于分段部分8的一端侧的折返部12的中心点位置O相对于折返部12的重合方向在邻接的部分与重合方向正交的方向上交替错开，在该状态下进行弯折。这里，如图9所示，在每一个位于一端侧的折返部12上形成一个正极用极耳13a。在每一个位于另一端侧的折返部12上设置一个负极用极耳13b。
[实施例6]
在实施例5中所记载的连续折返双极性电极11中，如图10所示，在各折返处的正负极各5处、总计10处焊接设置了极耳。图10中，14a是正极的极耳，14b是负极的极耳。除此以外，按照与实施例5相同的方式制作连续折返双极性电极11。
如图1所示，在第1实施方式的非水电解质电池60中，具有上述实施例5的结构的双极性电极11被收纳在外装构件(壳体)61内。在外装构件61的内周面上配置有例如无纺布、树脂材料等绝缘构件62。
在双极性电极11的外周端附近，正极用极耳13a与正极构件2t2的集电体3相连，负极用极耳13b与负极构件2t1的集电体3相连。这些负极用极耳13b和正极用极耳13a从外装构件61的未在图中示出的开口部向外部伸出，分别与负极端子63(参照图6)和正极端子64(参照图6)相连。通过在插入负极用极耳13b和正极用极耳13a的状态下对外装构件61的开口部进行热封，使双极性电极11和非水电解质完全密封。
另外，图6是显示第1实施方式的非水电解质电池60的电池组90的简略结构的分解立体图。图7是显示图6的电池组90的电路的框图。图6和图7中所示的电池组90具备多个单电池91。单电池91是参照图1进行了说明的非水电解质电池60。
通过使多个单电池91以向外部伸出的负极端子63和正极端子64同向对齐的方式层叠、并且用粘胶带65进行结扎，来构成电池组件66。如图7所示，这些单电池91相互串联地电连接。
印刷布线基板67配置于与单电池91的负极端子63和正极端子64伸出的侧面相对的位置。印刷布线基板67上如图7所示地搭载有热敏电阻68、保护电路69和通向外部设备的通电用端子70。此外，在与电池组件66相对的印刷布线基板67的面上，还安装有用于避免与电池组件66的布线发生不需要的接触的绝缘板(未图示)。
正极侧导线71与位于电池组件66最下层的正极端子64相连，正极侧导线71的前端插入印刷布线基板67的正极侧连接器72而与其电连接。负极侧导线73与位于电池组件66最上层的负极端子63相连，负极侧导线73的前端插入印刷布线基板67的负极侧连接器74而与其电连接。这些连接器72和74通过形成于印刷布线基板67上的配线75和76与保护电路69相连。
热敏电阻68检测出单电池91的温度，将该检测信号传送至保护电路69。保护电路69在规定条件下能够切断保护电路69与通向外部设备的通电用端子70之间的正极侧布线77a和负极侧布线77b。规定条件的一个例子是例如热敏电阻68测得的检测温度达到规定温度以上的温度之时。另外，规定条件的其它例子为例如检测出单电池91的过充电、过放电和过电流的场合。这些过充电等的检测是对各个单电池91或电池组件66整体进行的。
在对各个单电池91进行检测的场合下，既可以检测电池电压，也可以检测正极电位或负极电位。后者的场合下，在各个单电池91中插入作为参比电极使用的锂电极。在图6和图7的电池组90的场合下，连接有用于对单电池91分别进行电压检测的布线78。检测信号通过这些布线78被传送至保护电路69。
电池组件66的除了正极端子64和负极端子63突出的侧面以外的三个侧面分别配置有由橡胶或树脂构成的保护片79。
电池组件66与各保护片79以及印刷布线基板67一起收纳于收纳容器80内。即，收纳容器80的两个长边方向的内侧面和短边方向的内侧面上分别配置有保护片79，短边方向相反一侧的内侧面上配置有印刷布线基板67。电池组件66位于由保护片79和印刷布线基板67围成的空间内。盖子81安装在收纳容器80的上表面。
此外，也可以在固定电池组件66时使用热收缩带来替代粘胶带65。在该场合下，在电池组件66的两个侧面上配置保护片79，缠绕热收缩带，然后使热收缩带热收缩以将电池组件捆扎。
在图6和图7中显示了将单电池91串联连接的方式，但也可以为了增大电池容量而采用并联连接。还可以将组装好的电池组90串联和/或并联地连接。
另外，还可根据用途对电池组90的形态作适当改变。作为电池组90的用途，优选期望大电流特性下的循环特性的装置。作为具体用途，可例举数码相机的电源用、二轮至四轮混合动力电动汽车、二轮至四轮电动汽车、助动车等的车载用。电池组90特别适用于车载。
下面，对第1实施方式的非水电解质电池60作更详细地说明。电极群能够保持非水电解质。非水电解质也能够与电极群一起被收纳在外装构件61的主部中。
第1实施方式的非水电解质电池60能够防止非水电解质介由设置在导线夹持部的开口部漏出，即，能够防止非水电解质从电池内部向电池外部漏出。尤其是在第1实施方式的非水电解质电池60中，电极导线在设置于导线夹持部的开口部的周缘处被热封，热封呈现出高密封性。因此，能够进一步防止非水电解质从电池内部向电池外部的漏出。电极群可包含正极和负极。而且，电极群还可进一步包含介于正极和负极之间的间隔物。
正极可具备正极集电体和形成于正极集电体上的正极材料层。正极材料层既可以形成于正极集电体的两面上，也可以只形成于单面上。而且，正极集电体还可以包含在任一面上都未形成正极材料层的正极材料层无负载部。
正极材料层可包含正极活性物质。正极材料层还可包含导电剂和粘合剂。可为了提高集电性能并抑制正极活性物质与正极集电体之间的接触电阻而掺合导电剂。可为了填埋分散了的正极活性物质的间隙、以及使正极活性物质与正极集电体粘合而掺合粘合剂。
正极可例如介由正极集电体的正极材料层无负载部与电极导线即正极导线相连。正极与正极导线的连接可通过例如焊接来进行。
负极可具备负极集电体和形成于负极集电体上的负极材料层。负极材料层既可以形成于负极集电体的两面上，也可以只形成于单面上。而且，负极集电体还可以包含在任一面上都未形成负极材料层的负极材料层无负载部。
负极材料层可包含负极活性物质。负极材料层还可包含导电剂和粘合剂。可为了提高集电性能并抑制负极活性物质与负极集电体之间的接触电阻而掺合导电剂。可为了填埋分散了的负极活性物质的间隙、以及使负极活性物质与负极集电体粘合而掺合粘合剂。
负极可例如介由负极集电体的负极材料层无负载部与电极导线即负极导线相连。负极与负极导线的连接可通过例如焊接来进行。
下面，对可用于第1实施方式的非水电解质电池中的构件和材料进行说明。
[1]负极
负极可通过例如将负极活性物质、导电剂和粘合剂分散于适当的溶剂中所得到的负极剂糊料涂布在负极集电体的单面或者两面上、使其干燥来制作。干燥后，也可对负极剂糊料进行加压。
作为负极活性物质，可例举例如能够嵌入和脱嵌锂离子的含碳物质、金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、合金、轻金属等。
作为能够嵌入和脱嵌锂离子的含碳物质，可例举例如焦炭、碳纤维、热解气相碳、石墨、树脂烧成体、中间相沥青类碳纤维或中间相球状碳的烧成体等。其中，使用在2500℃以上石墨化了的中间相沥青类碳纤维或中间相球状碳能够提高电极容量，因而优选。
作为金属氧化物，可例举例如含钛金属复合氧化物、例如SnB0.4P0.6O3.1、SnSiO3等锡类氧化物、例如SiO等硅类氧化物、例如WO3等钨类氧化物等。在这些金属氧化物中，使用相对于金属锂的电位高于0.5V的负极活性物质、例如钛酸锂这样的含钛金属复合氧化物在对电池进行急速充电的场合下也能够抑制在负极上发生锂枝晶、进而能够抑制劣化，因而优选。
作为含钛金属复合氧化物，可例举例如在氧化物合成时不含锂的钛系氧化物、锂钛氧化物、锂钛氧化物的构成元素中的一部分被例如选自Nb、Mo、W、P、V、Sn、Cu、Ni和Fe中的至少一种异种元素置换而成的锂钛复合氧化物等。作为锂钛氧化物，可例举例如具有尖晶石结构的钛酸锂(例如Li4+xTi5O12(x是根据充放电可在0≤x≤3范围内变化的数值))、青铜结构(B)或锐钛矿结构的钛氧化物(例如LixTiO2(0≤x≤1)，充电前的组成为TiO2)、斜方锰矿(日文：ラムステライド)型钛酸锂(例如Li2+yTi3O7(y是根据充放电可在0≤y≤3范围内变化的数值))表示的铌钛氧化物(例如LixNbaTiO7(0≤x，更优选的范围是0≤x≤1、1≤a≤4))等。
作为钛系氧化物，可例举TiO2及含有Ti和选自P、V、Sn、Cu、Ni、Co和Fe中的至少一种元素的金属复合氧化物等。TiO2优选是锐钛矿型且热处理温度为300～500℃的低结晶性物质。作为含有Ti和选自P、V、Sn、Cu、Ni、Co和Fe中的至少一种元素的金属复合氧化物，可例举例如TiO2-P2O5、TiO2-V2O5、TiO2-P2O5-SnO2、TiO2-P2O5-MeO(Me是选自Cu、Ni、Co和Fe中的至少一种元素)等。该金属复合氧化物优选是晶相与非晶相共存、或者非晶相单独存在的微观结构。这样的微观结构能够大幅提高循环性能。其中，锂钛氧化物优选是含有Ti和选自P、V、Sn、Cu、Ni、Co和Fe中的至少一种元素的金属复合氧化物。
作为金属硫化物，可例举例如硫化锂(TiS2)、硫化钼(MoS2)、硫化铁(FeS、FeS2、LixFeS2(这里，0＜x≤1))等。作为金属氮化物，可例举锂钴氮化物(LixCoyN(这里0＜x＜4、0＜y＜0.5))等。
作为负极活性物质，使用具有尖晶石结构的碳酸锂为宜。
作为导电剂，可使用碳材料。作为碳材料，可例举例如乙炔黑、炭黑、焦炭、碳纤维、石墨等。
作为粘合剂，可使用例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)、乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)等。
作为负极集电体，可根据负极电位使用各种金属箔等，可例举例如铝箔、铝合金箔、不锈钢箔、钛箔、铜箔、镍箔等。此时，箔的厚度优选在8μm以上25μm以下。另外，在负极电位比金属锂高0.3V的场合下，例如当使用锂钛氧化物作为负极活性物质时，使用铝箔或铝合金箔能够减轻电池重量，因而优选。
铝箔和铝合金箔的平均晶粒粒径优选在50μm以下。籍此能够飞跃性地增大负极集电体的强度，从而能够以高压力使负极高密度化，能够增大电池容量。还能够防止负极集电体在高温环境下(40℃以上)的过放电循环中发生溶解和腐蚀劣化，因此能够抑制负极阻抗的上升。而且，还能够提高输出特性、急速充电、充放电循环特性。平均晶粒粒径的更优选的范围是在30μm以下，进一步优选的范围是在5μm以下。
平均晶粒粒径按照以下方式求得。用光学显微镜对集电体表面的组织进行组织观察，得到1mm×1mm内存在的晶粒数n。使用该n值通过S＝1×106/n(μm2)求得平均晶粒的面积S。由所得到的S值利用下式(A)可算出平均晶粒粒径d(μm)。
d＝2(S/π)1/2 (A)
平均晶粒粒径范围在50μm以下范围内的铝箔或者铝合金箔受到材料组成、杂质、加工条件、热处理过程以及退火(焼なまし)的加热条件等多种因素的复杂影响，晶粒粒径(直径)可在制造工序中对上述各种因素进行组合来进行调整。
铝箔和铝合金箔的厚度优选在20μm以下，更优选在15μm以下。铝箔的纯度优选在99％以上。作为铝合金，优选含有镁、锌、硅等中的至少一种元素的合金。另一方面，铁、铜、镍、铬等过渡金属的含量优选在1％以下。此外，在车载用的场合下，特别优选使用铝合金箔。
所述负极活性物质、导电剂和粘合剂的掺合比优选在负极活性物质为80～95重量％、导电剂为3～20重量％、粘合剂在1.5～7重量％的范围内。
[2]正极
正极可通过例如将正极活性物质、导电剂和粘合剂分散于适当的溶剂中所得到的正极剂糊料涂布在正极集电体的单面或者两面上、使其干燥来制作。干燥后，也可对正极剂糊料进行加压。
作为正极活性物质，可例举各种氧化物、硫化物等。例如，可例举二氧化锰(MnO2)、氧化铁、氧化铜、氧化镍、锂锰复合氧化物(例如LixMn2O4或LixMnO2(这里，0≤x≤1.2))、锂镍复合氧化物(例如LixNiO2(这里，0≤x≤1.2))、锂钴复合氧化物(LixCoO2(这里，0≤x≤1.2))、锂镍钴复合氧化物(例如LiNi1-yCoyO2(这里，0＜y≤1))、锂锰钴复合氧化物(例如LiMnyCo1-yO2(这里，0＜y≤1))、尖晶石型锂锰镍复合氧化物(LixMn2-yNiyO4(这里，0≤x≤1.2，0＜y≤1))、具有橄榄石结构的锂磷氧化物(LixFePO4、LixFe1-yMnyPO4、LixMnPO4、LixMn1- yFeyPO4、LixCoPO4等(这里，0≤x≤1.2，0＜y≤1))、硫酸铁(Fe2(SO4)3)、钒氧化物(例如V2O5)等。
另外，作为正极活性物质，也可例举聚苯胺、聚吡咯等导电性聚合物材料，二硫化物类聚合物材料，硫(S)，氟化碳等有机材料和无机材料。
更优选的正极活性物质可例举热稳定性高的尖晶石型锰锂(LixMn2O4(这里，0≤x≤1.1))、橄榄石型磷酸铁锂(LixFePO4(这里，0≤x≤1))、橄榄石型磷酸锰锂(LixMnPO4(这里，0≤x≤1))、橄榄石型磷酸锰铁锂(LixMn1-yFeyPO4(这里，0≤x≤1，0＜y≤0.5))等。
或者，也可使用将两种以上这些物质混合而成的物质。
作为导电剂，可使用例如乙炔黑、炭黑、人造石墨、天然石墨、导电性聚合物等。
作为粘合剂，可使用例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)、PVdF的氢或氟中的至少一种被其它取代基取代而成的改性PVdF、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯的三元共聚物等。
作为用于分散粘合剂的有机溶剂，可使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)等。
作为正极集电体，可例举厚度为8～25μm的铝箔、铝合金箔、不锈钢箔、钛箔等。
正极集电体优选为铝箔或者铝合金箔，与负极集电体相同地优选铝箔或铝合金箔的平均晶粒粒径在50μm以下。更优选铝箔或者铝合金箔的平均晶粒粒径在30μm以下，进一步优选在5μm以下。通过使所述平均晶粒粒径在50μm以下，能够飞跃性地增大铝箔或者铝合金箔的强度，能够以高压力使正极高密度化，从而能够增大电池容量。
平均晶粒粒径范围在50μm以下范围内的铝箔或者铝合金箔受到材料组织、杂质、加工条件、热处理过程以及退火条件等多种因素的复杂影响，所述晶粒粒径可在制造工序中对上述各种因素进行组合来进行调整。
铝箔和铝合金箔的厚度优选在20μm以下，更优选在15μm以下。铝箔的纯度优选在99％以上。作为铝合金，优选含有镁、锌、硅等元素的合金。另一方面，铁、铜、镍、铬等过渡金属的含量优选在1％以下。
所述正极活性物质、导电剂和粘合剂的掺合比优选在正极活性物质为80～95重量％、导电剂为3～20重量％、粘合剂在1.5～7重量％的范围内。
[3]间隔物
作为间隔物，可使用例如多孔质间隔物。作为多孔质间隔物，可例举例如含有聚乙烯、聚丙烯、纤维素或聚偏氟乙烯(PVdF)的多孔质膜，合成树脂制无纺布等。其中，由聚乙烯或者聚丙烯或者这两者构成的多孔质膜在电池温度上升的场合下容易赋予关闭功能，即封闭细孔、使充放电电流大幅衰减的功能，从而能够提高二次电池的安全性，因而优选。从低成本化的观点考虑，优选使用纤维素类的间隔物。
[4]非水电解质
作为非水电解质，可例举将选自LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、Li(CF3SO2)3C、LiB[(OCO)2]2等中的一种以上的锂盐以0.5～2摩尔/升范围内的浓度溶解在有机溶剂中而成的有机电解液。
作为有机溶剂，优选单独使用以下溶剂或者使用混合溶剂：碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)等环状碳酸酯，碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(MEC)等链状碳酸酯，二甲氧基乙烷(DME)、二乙氧基乙烷(DEE)等链状醚，四氢呋喃(THF)、二氧戊环(DOX)等环状醚，γ-丁内酯(GBL)，乙腈(AN)，环丁砜(SL)等。
另外，作为非水电解质，可使用含有锂离子的常温熔融盐(离子熔体)。如果选择由锂离子和有机物阳离子和阴离子构成的离子熔体且在100℃以下、优选在室温下也呈液态的非水电解质，则能够得到工作温度宽的二次电池。
[5]壳体
可作为壳体使用的不锈钢构件的厚度优选在0.2mm以下。不锈钢构件例如可由复合膜材料构成，该复合膜材料通过在位于最内层的热熔性树脂膜(热塑性树脂膜)上按照由不锈钢构成的金属箔和具有刚性的有机树脂膜的顺序进行层叠而成。
作为热熔性树脂膜，可使用例如聚乙烯(PE)膜、聚丙烯(PP)膜、聚丙烯-聚乙烯共聚物膜、离子交联聚合物膜、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)膜等。另外，作为上述具有刚性的有机树脂膜，可使用例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜、尼龙膜等。
壳体也可以由具有可成为收纳电极群的主部的凹部和该凹部外侧的外廓部的壳体本体和盖体构成。在这种场合下，壳体本体和盖体也可以是无缝连续的一体构件。
[6]电极导线
作为可与正极电连接的电极导线、即正极导线，可使用例如铝、钛和基于它们的合金、不锈钢等。
作为可与负极电连接的电极导线、即负极导线，可使用例如镍、铜和基于它们的合金等。在负极电位比金属锂高1V的场合下，例如在使用钛酸锂作为负极活性物质的情况等情况下，可使用铝或铝合金作为负极导线材料。在这种场合下，正极导线和负极导线都使用铝或铝合金能够减轻重量并且降低电阻，因而优选。
从机械特性的观点考虑，正极导线和负极导线不具有大幅超过与它们相连的正极集电体或负极集电体的强度的高强度时，连接部分的应力集中得到缓和，因而优选。在用作为优选方法之一的超声波焊接作为与集电体的连接手段的场合下，杨氏模量小的正极导线或负极导线能够容易地进行牢固的焊接。
例如，优选将经过退火处理的纯铝(JIS1000系列)作为正极导线或负极导线的材料。
正极导线的厚度优选为0.1～1mm，更优选的范围是0.2～0.5mm。
负极导线的厚度优选为0.1～1mm，更优选的范围是0.2～0.5mm。
在具有上述结构的第1实施方式的非水电解质电池60中，连续折返状的双极性电极11收纳于外装构件61内。在本实施方式中，形成使用双极性电极1的电极本体2层叠成3层(电极本体2A～2C)而成的电极本体2的层叠体2X，将该电极本体2的层叠体2X、负极构件2t1和正极构件2t2进行一体层叠，以形成电极层叠体6。然后，该电极层叠体6通过沿着一个方向以规定的长度将一块板体划分成多个区段并在各分段部分8之间依次交错地分别弯折而折叠重合成连续折返状，来形成如图1、图2所示的连续折返双极性电极11。因此，通过使双极性电极11形成连续折返，能够在实现小体积的同时提高能量密度。
(第1实施方式的第1变形例)
图8显示了第1实施方式的非水电解质电池60的第1变形例。本变形例是在如实施例5所示的那样使双极性电极11形成连续折返之时，以下述状态弯折而成的：一侧折返部12的中心点位置O相对于折返部12的重合方向在邻接的折返部12的部分与重合方向正交的方向上交替错开。
在本变形例中，在对电极层叠体6进行弯折成连续折返的作业之时，能够以左右两端的折返部12之间相互抵消的状态来吸收弯曲的内侧的电极本体2的壁面和弯曲的外侧的电极本体2的壁面上产生的长边方向的错位。因此，即使是在设有多段折返部12的场合下，也能够降低电极层叠体6各段的电极本体2之间的内部应力。
(第1实施方式的第2变形例)
图10和图11显示了第1实施方式的非水电解质电池60的第2变形例。本变形例是如图10所示的那样在使双极性电极11形成连续折返之时，在每个折返部12上都安装极耳(正极的极耳14a和负极的极耳14b)而构成的。
本变形例中，能够期待进一步提高集电效率、实现高输出化。测定了实施例5(参照图9)和实施例6(参照图10)的双极型电池的集电效率。测定中，在流过50mA、100mA、500mA的电流之时读取电阻值。其结果示于图12。图12中，测定值A是在极耳存在于1处，测定值B是在极耳存在于5处的场合下的测定结果。从图12明显可见，相比于极耳只存在于1处的情况，极耳增加至5处，则电阻大约减小了一半。
[比较例1]
如图13A所示，在集电体21的两面上形成正极活性物质层22。另外，如图13B所示，在集电体21的两面上形成负极活性物质层23。籍此得到了比较例1的第1电极24和第2电极25。
[比较例2]
如图13C所示，使用比较例1中记载的第1电极24和第2电极25交替层叠成5层，制成层叠型电池26。电极之间存在电介质层27，以使电极之间不发生相互接触。籍此得到了比较例2的层叠型电池26。
接着，进行上述实施例2和比较例2中的恒定电流充放电试验。由其试验结果算出平均工作电压，所得到的值示于表1。
[表1]
平均工作电压(V)
实施例2 12.5
比较例2 2.5
从表1所示可知，通过使用实施例2那样的双极性电极的电极层叠体6，层叠而成的双极型电池的工作电压变得高于比较例2的层叠型电池26。
根据这些实施方式，可提供能够使分别在集电体的一方板面上形成正极活性物质层、在该集电体的另一方板面上形成负极活性物质的双极型电池有望实现高能量密度化和低电阻化的双极型电池及其制造方法以及电池组。
对本发明的若干种实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为例子提出，并非旨在对发明的范围进行限定。这些新型的实施方式可通过其他各种方式来实施，在不脱离发明宗旨的范围内，可以进行各种省略、替代、变更。这些实施方式及其变化形式都包含在发明的范围或宗旨内，并且包含在本申请的权利要求书中所记载的发明及其等同范围内。
符号说明
1…双极性电极、2、2A～2C…电极本体、2X…层叠体、2t1…负极构件、2t2…正极构件、3…集电体、4…正极活性物质层、5…负极活性物质层、6…电极层叠体、7…电解质层、8…分段部分、11…双极性电极、12…连续折返部。

Claims (5)

1.一种非水电解质电池，其具备：
具有集电体、形成于所述集电体的一面上的正极活性物质层、和形成于所述集电体的另一面上的负极活性物质层的双极性电极、和
非水电解质，
所述双极性电极沿着一个方向以规定的长度划分为多个区段，在各分段部分之间依次交错地分别弯折而折叠重合，
设置多个所述双极性电极层叠而成的层叠体，
所述层叠体中，所述双极性电极沿着一个方向以规定的长度划分为多个区段，在各分段部分之间依次交错地分别弯折而折叠重合，
所述双极性电极以下述状态弯折：一侧折返部的中心点位置相对于所述折返部的重合方向在邻接的部分与所述重合方向正交的方向上交替错开。
2.如权利要求1所述的非水电解质电池，其特征在于，所述集电体的素材使用铝而形成。
3.如权利要求1所述的非水电解质电池，其特征在于，所述正极活性物质层能够嵌锂和脱锂。
4.如权利要求1所述的非水电解质电池，其特征在于，所述双极性电极在每个所述折返部上都安装有极耳。
5.一种电池组，其具有：
权利要求1所述的非水电解质电池、和
收纳所述非水电解质电池的外装构件。
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