JP2004247209A - Laminated battery - Google Patents

Laminated battery Download PDF

Info

Publication number
JP2004247209A
JP2004247209A JP2003036705A JP2003036705A JP2004247209A JP 2004247209 A JP2004247209 A JP 2004247209A JP 2003036705 A JP2003036705 A JP 2003036705A JP 2003036705 A JP2003036705 A JP 2003036705A JP 2004247209 A JP2004247209 A JP 2004247209A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery
electrolyte
current collector
polymer
bipolar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2003036705A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuhiro Fukuzawa
達弘 福沢
Koichi Nemoto
好一 根本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2003036705A priority Critical patent/JP2004247209A/en
Publication of JP2004247209A publication Critical patent/JP2004247209A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-safety battery with a structure of not leaving voltage (electric capacity), quickly discharging, and surely turning into 0V, when the battery gets into a destructive state such as being pierced by a matter from outside. <P>SOLUTION: Of the laminated battery structured by forming an electrode on a metal foil as a current collector and laminating it with an electrolyte in between, a part of the current collector is extended, and it is constructed so that an electrode-forming part is wrapped by the extended. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型電池、特に電解質に高分子電解質を用いてなるポリマー電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できるリチウムイオン二次電池に注目が集まっている。ただし、自動車に適用するためには、大出力を確保するために、複数の二次電池を直列に接続して用いる必要がある。
【0003】
しかしながら、接続部を介して電池を接続した場合、接続部の電気抵抗によって出力が低下してしまう。また、接続部を有する電池は空間的にも不利益を有する。即ち、接続部によって、電池の出力密度やエネルギー密度の低下がもたらされる。
【0004】
この問題を解決するものとして、集電体の両側に正極活物質と負極活物質とを配置したバイポーラ電池が開発されている。
【0005】
このうち、電解質として高分子電解質を用いてなるバイポーラポリマー電池が提案されている(例えば、特許文献1、2参照。)。これらのうち高分子固体電解質を用いてなるバイポーラポリマー電池では、電池内に溶液(電解液)を含まないため、液漏れやガス発生の心配がなく、信頼性が高く、また構造的にも密閉シールが不要なバイポーラポリマー電池を提供できる利点を有するものである。また、高分子電解質として高分子ゲル電解質を用いてなるバイポーラポリマー電池では、イオン伝導度に優れ、電池の出力密度やエネルギー密度も十分に得られるため、実用化段階に最も近いバイポーラポリマー電池として期待されている。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−100471号公報
【特許文献2】
特開平11−204136号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうしたバイポーラポリマー電池が、釘刺しのような状態になると、釘や電極の破断面を高分子電解質が覆い、短絡が起こらず、電池の電圧が残ったままとなる。特に各単電池層が電池として独立しているバイポーラ電池の場合には、電圧が残されたままになる単電池層が存在する可能性が非常に高くなる。
【0008】
したがって本発明が目的とするところは、電池が、外部から物が突き刺さったような破壊状態になった時には、電圧(電気容量)を残さず、速やかに放電し、確実に0Vになる構造を有する安全性の高い電池を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、集電体である金属箔に電極を形成し、この電極を電解質を挟んで積層することにより構成した積層型電池において、集電体の一部が延長されており、延長された部分で電極形成部分を包み込む構造になっていることを特徴とする積層型電池である。
【0010】
【発明の効果】
本発明の電池では、電極が形成された集電体の一部を延長し、延長部を折り曲げて延長部で電極形成部を包み込む構造にすることで、外部から釘等の突き刺さったような破壊状態になった時には、電極形成部を包み込んだ集電体延長部も破断する。ところが、この釘等や集電体延長部の破断面までは高分子電解質が覆うことはないため、この部分で確実に短絡が起こり速やかに放電する。これにより、電池(を構成する全ての単電池層)の電圧(電気容量)を残さず、確実に0Vにすることができ、破壊状態での電池の安全性を高めることができる。そのため、高エネルギー密度、高出力密度で大電流を取り出し得るEVやHEV等の駆動用電源等として搭載した電池が事故等で破壊状態になっても、電池に起因する感電や発火(ひいては可燃性燃料への引火)等の二次災害を防止することができる。よって、優れたエネルギー密度および出力密度を保持できており、さらに事故災害時での高い信頼性、安全性を備えてなることにより、各種産業において有用な電力源となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、説明する。
【0012】
本発明に係る積層型電池は、集電体である金属箔に電極を形成し、この電極を電解質を挟んで積層することにより構成した積層型電池において、集電体の一部が延長されており、延長された部分で電極形成部分を包み込む構造になっていることを特徴とするものである。これにより、外部から異物が突き刺さった場合に、電池を完全に短絡させることができる点で有利である。
【0013】
本発明の対象となる積層型電池としては、バイポーラリチウムイオン二次電池、好ましくは電解質層に高分子電解質(詳しくは高分子固体電解質、高分子ゲル電解質)を用いたバイポーラリチウムイオン二次電池である。
【0014】
これは、バイポーラリチウムイオン二次電池では、容量、出力特性に優れた電池を構成できるためである。また外部から異物が突き刺さった場合に、電池が完全に短絡しにくいバイポーラリチウムイオン二次電池においても、完全に短絡させることができるためである。更に、電解質に高分子固体電解質を用いたバイポーラリチウムイオン二次電池では、液絡の問題が無いため信頼性が高く、かつ簡易な構成で出力特性に優れたバイポーラ電池を形成することができるためである。また、また、外部から異物が突き刺さった場合に、電池が完全に短絡しにくい、高分子電解質を用いた電池においても、完全に短絡させることができるものである。すなわち、こうした電池にこそ本発明の真価・効力を十分に発揮し得るものといえる。
【0015】
ただし、本発明では、決してこれらに制限されるべきものではなく、従来公知の積層型電池に適用可能である。すなわち、本発明の構造をとることで、集電体延長部で短絡させて放電できる。そのため集電体延長部の破断部で大電流が生じ発熱現象が生じても、その周辺部が発熱するにとどまり、電極部分で短絡した場合のような電極活物質の異常燃焼や電解液のガス化による電池破裂等の危険性を抑えることができるためである。
【0016】
したがって、本発明では、高分子電解質を用いた積層型電池に何ら制限されるものではなく、例えば、電解質に電解液(詳しくはセパレータに電解液を含浸させたもの)を用いたバイポーラリチウムイオン二次電池、バイポーラ型ではないポリマーリチウムイオン二次電池、バイポーラ型ではない電解液タイプのリチウムイオン二次電池、バイポーラ型ではないリチウム二次電池などの積層型電池も本発明の対象となりえるものである。以下、本発明の積層型電池の好適な態様の1つである、電解質に高分子電解質(詳しくは高分子固体電解質または高分子ゲル電解質)を用いたバイポーラリチウムイオン二次電池(以下、単にバイポーラ電池もと称する)につき簡単に説明するが、これらに制限されるものではない。
【0017】
図1〜4に、バイポーラ電池の基本構成の概略を図面を用いて簡単に説明する。このうち、図1には、バイポーラ電池を構成するバイポーラ電極の構造を模式的に表わした概略断面図を示し、図2には、バイポーラ電池を構成する単電池層の構造を模式的に表わした概略断面図を示し、図3には、バイポーラ電池の全体構造を模式的に表わした概略断面図を示し(集電体延長部分で電極形成部分を包み込む構造になっている部分は図示せず。この点は、図5で詳しく説明する。)、図4には、バイポーラ電池内に複数積層された単電池層が直列に接続されてなることを(記号化して)概念的に表わした概略図を示す。
【0018】
図1〜4に示したように、1枚の集電体1の片面に正極層2を設け、もう一方の面に負極層3を設けたバイポーラ電極5(図1参照のこと)を、電解質層4を挟み隣合うバイポーラ電極5の電極層2、3が対向するようになっている。すなわち、バイポーラ電池11では、集電体1の片方の面上に正極層2を有し、他方の面上に負極層3を有するバイポーラ電極(電極層)5を、電解質層4を介して複数枚積層した構造の電極積層体(バイポーラ電池本体)7からなるものである。最上層と最下層の電極5a、5bは、バイポーラ電極構造ではなく集電体1(または端子板)に必要な片面のみの電極層(正極層2または負極層3)を形成した構造となっている。
【0019】
また、こうしたバイポーラ電極5等を複数枚積層した電極積層体7の最上層と最下層の電極5a、5bは、バイポーラ電極構造でなくてもよく、集電体1(または端子板)に必要な片面のみの電極層(正極層2または負極層3)を配置した構造としてもよい(図3参照のこと)。また、バイポーラ電池11では、上下両端の集電体1にそれぞれ正極および負極リード8、9が接合されている。
【0020】
バイポーラ電極の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。シート状電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できるのであれば、バイポーラ電極の積層回数を少なくしてもよい。
【0021】
また、本発明のバイポーラ電池11では、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、電極積層体7部分を電池外装材(外装パッケージ)10に減圧封入し、電極リード8、9を電池外装材(外装パッケージ)10の外部に取り出した構造とするのがよい(図3、4参照のこと)。軽量化の観点からは、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属(合金を含む)をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆したアルミラミネートパックなどの高分子−金属複合ラミネートフィルムなど、従来公知の電池外装材を用いて、その周辺部の一部または全部を熱融着にて接合することにより、電極積層体7を収納し減圧封入(密封)し、電極リード8、9を電池外装材10の外部に取り出した構成とするのが好ましい。このバイポーラ電池11の基本構成は、図4に示すように、複数積層した単電池層(単セル)6が直列に接続された構成ともいえるものである。なお、本発明のバイポーラ電池は、リチウムイオンの移動によって充放電が媒介されるバイポーラリチウムイオン二次電池に用いられる。ただし、電池特性の向上等の効果が得られるのであれば、他の種類の電池に適用することを妨げるものではない。
【0022】
本発明では、図1〜4で説明したように、集電体の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極を、電解質を挟んで複数枚直列に積層したバイポーラリチウムイオン二次電池であって、さらに、図5(b)に示すように、集電体1の一部が延長されており、延長された部分(集電体延長部ともいう)で電極形成部分を包み込む構造なっていることを特徴とするものである。ここで、図5(a)は、本発明の特徴部分の構造を解り易くしめすために、集電体1の一部が延長されたままの状態を模式的に表した展開図(ないし製造過程での折り曲げ前の組み立て状態図)を表わし、図5(b)は、集電体延長部で電極形成部分を包み込む構造を模式的に表す電池側断面概略図を示す。
【0023】
本発明では、図5(a)に示すように、集電体1の一部が延長されている。詳しくは、集電体1上の電極形成部(=正極層2および負極層3)21の左右(ないし前後)両端がそれぞれ延長されていてもよい(この延長された部分を集電体延長部23a、23bとする。)。本発明では、集電体延長部23a、23bを集電体1上の電極形成部21の左右(ないし前後)両端に設けなくてもよく、例えば、集電体1上の電極形成部の右側(ないし左側)と前側(ないし後側)の端を延長してもよい(いわば、L字状形状になるように延長してもよい。)。ただし、集電体の生産性、取り扱い容易性の観点からは前者が望ましいといえる。さらに集電体延長部23を集電体1上の電極形成部21の前後左右の両端4箇所に設けてもよい。
【0024】
なお、集電体1の厚さは、電極形成部21と集電体延長部23とで同じであっいてもよいし、異なっていてもよい。すなわち、端子リードの取り出し方によっては、当該集電体延長部23は、正常状態では、電流の取り出しに端子として利用されない場合もあり、非常時にのみ機能すればよいのであれば、集電体延長部の方を薄くして、電池全体の厚さ及び重量軽減を図ることも可能である。
【0025】
本発明では、図5(a)(b)に示すように、上記集電体延長部23a、23bで電極形成部分21を上下から包み込む構造(挟み込む構造)にとなっている。すなわち、上下の集電体延長部23同士(更に、場合によっては集電体延長部と電極形成部)が正常状態で接触するのを防止する目的で、例えば、絶縁用セパレータ25を載置(ないし挟持等)して固定する。その後、電極形成部に折り曲げによる負荷が加わらない位置(図5(a)の折り線部分)で、該集電体延長部23a、23bおよび絶縁用セパレータ25を、図5(a)の太線矢印で示すように電極形成部21の上側および下側にそれぞれ折り曲げて、集電体延長部23a、23b(および絶縁用セパレータ25)で電極形成部分21を上下から包み込む(挟み込む)構造とする(図5(b)参照のこと)。
【0026】
したがって、上記集電体延長部23a、23bの長さは、図5(B)のように集電体延長部が両端にある場合には、折り曲げた際に電極形成部を覆い隠すことができる長さであればよい。一方、集電体延長部23を集電体1上の電極形成部21の前後左右の両端4箇所に設ける場合には、2つずつの集電体延長部23で電極形成部21を覆い隠すことができる長さであればよい。なお、図5(b)に示すように、内側と外側の折り曲げ代部分の差長を勘案して、集電体延長部の内側よりも外側の方を長めにしてもよいが、実際には折り曲げ代部分の差長は極僅かであるため特にこの点を考慮しなくてもよい。
【0027】
ここで、積層された上下の集電体延長部同士が接触して短絡するのを防止する目的で設置する絶縁処理部としては、上記に記載した絶縁用セパレータを設置して絶縁処理部とするものに何ら制限されるべきものではなく、従来公知の各種絶縁処理技術を適宜適用することができるものである。例えば、予め集電体1の集電体延長部23表面に被覆した絶縁性フィルムを絶縁処理部として用いてもよいし、積層の際に該集電体延長部23にスペーサのような間隔保持機能を有する絶縁部材を設置して絶縁処理部としてもよいし、折り曲げ前に集電体延長部23を絶縁用樹脂の前駆体液に浸漬し硬化するなどして樹脂コーティングしたものを絶縁処理部としてもよいなど、特に制限されるべきものではない。好ましくは、製造段階で積層された集電体延長部を折り曲げ易く、また図5(b)に示すように外部から異物が突き刺さった場合には、当該集電体延長部の破断部で確実に短絡させることができるような構造とするのがよい。そのためには、該絶縁処理部としては、図5(a)に示すように絶縁用セパレータを設置して絶縁処理部とするのがよい。なお、こうした絶縁用セパレータは、集電体延長部23の片面で十分であるが、両面に設けてもよい。特に、図5(c)、(d)に示すように、1枚のセパレータを2つに折りたたんで、折り目を集電体延長部23の1つの端面に当るようにして設置すれば、位置あわせが容易になる点で優れている。この場合、厚さ低減の観点から、積層する電極の全ての集電体延長部23に設置しなくとも、積層する電極に対し一つ置きに(一個飛ばしに)設置するだけでもよい。
【0028】
この際、該絶縁用セパレータは、ずれたりしないように、糊などで簡単に接着しておけばよく、絶縁用セパレータ全面を接着等により固定する必要は必ずしもなく、適当に数箇所糊等で接着固定しておくだけで十分である。これは折り曲げにより挟持され、組み立て後にはセパレータがずれたりするおそれはないためである。かかる観点からいえば、使用する絶縁用セパレータは、集電体延長部よりも大きめにしておくのがよいといえる。
【0029】
また、使用する絶縁用セパレータは、できるだけ薄くて非粘性(硬いもの)が望ましい。粘性があると、柔らかくて粘性のある高分子電解質とまではいかないまでも、異物や集電体延長部の破断面を該セパレータないし接着剤が覆い、短絡が起き難くなるおそれがあるためである。
【0030】
かかる観点から、使用する絶縁用セパレータとしては、粘性がなく硬い性質を有する絶縁性材料が望ましいことから、具体的には、ポリプロピレンフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエチレンフィルムなどが好適に利用できる。
【0031】
また、該絶縁用セパレータの厚さは、電極形成部分の上下に積層されることになるため、できるだけ薄いものが望ましく、具体的には100μm以下であるのが望ましい。
【0032】
また、使用する絶縁用セパレータは、電解液の滲み出しにより短絡することのないように、絶縁性の高いものが望ましく、通常の多孔性セパレータのように電解液等の保液性やイオン伝導性が求められるものとは異なり、こうした電解液の保液性や浸透性、イオン伝導性のない絶縁性の高いものが望ましい。
【0033】
また使用する接着剤は、粘性がなく硬くなる性質を有する絶縁性材料が望ましいことから、具体的には、糊、樹脂テープなどが好適に利用できる。
【0034】
なお、上記絶縁用セパレータ以外の絶縁処理を行う場合にも、絶縁用セパレータと同様の基準で、材料や厚さを選定すればよいといえる。
【0035】
なお、電極リード8、9の取り付け位置は、図5(b)に示すように、集電体延長部の一方または両方に設けてもよいし、図5(a)に示すように、集電体1が延長されていない辺の一方ないし両方に設けてもよいなど特に制限されるべきものではないが、電極形成部から端子までの電気抵抗低減の観点からは、後者である。
【0036】
以上が、本発明の特徴部分の構成要素である集電体延長部の構造を中心に説明したが、本発明のバイポーラ電池の他の構成要素については、特に制限されるべきものではなく、従来公知のバイポーラ電池に幅広く適用可能である。
【0037】
以下、本発明のバイポーラ電池の他の構成要素を中心に簡単に説明するが、本発明がこれらに何ら制限されるべきものでないことは言うまでもない。
【0038】
[集電体]
本発明で用いることのできる集電体としては、特に制限されるものではなく、従来公知のものを利用することができ、例えば、アルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、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使える。また、金属表面に、アルミニウムを被覆させた集電体であってもよい。また、場合によっては、2つ以上の金属箔を張り合わせた集電体を用いてもよい。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウム箔を集電体として用いることが好ましい。
【0039】
集電体の厚さは、特に限定されないが、通常は1〜100μm程度である。
【0040】
また、集電体の長さ(ないし形状)は、上記したように電極形成部に左右(ないし前後)の集電体延長部として必要な長さを加えた長さとすればよい。また上記したようにL字形状の場合には、電極形成部に左右の一方と、前後の一方に、それぞれ集電体延長部として必要な長さを加えた形状にすればよい。同様に前後左右の場合でも同様に集電体延長部として必要な長さを加えた長さとすればよい。なお、絶縁用セパレータ以外の絶縁処理部として、該集電体の集電体延長部に絶縁性フィルムを被覆したものを用いるような場合には、集電体の作製段階で、集電体1の集電体延長部23表面に絶縁性フィルムを被覆してもよい。この場合、絶縁性フィルムの被覆は、集電体1の集電体延長部23の片面でもよいし、両面でもよい。
【0041】
[絶縁処理部]
集電体の一部である、集電体延長部同士が接触して短絡するのを防止する目的で設置する絶縁処理部(絶縁用セパレータ等)に関しては、上述したとおりであるため、ここでの説明は省略する。
【0042】
[正極層]
正極層は、正極活物質を含む。この他にも、電子伝導性を高めるための導電助材、バインダ、高分子電解質、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などが含まれ得る。
【0043】
正極活物質としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物(リチウム−遷移金属複合酸化物)を好適に使用できる。具体的には、LiCoOなどのLi・Co系複合酸化物、LiNiOなどのLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMnなどのLi・Mn系複合酸化物、LiFeOなどのLi・Fe系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したものなどが使用できる。これらリチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル耐久性に優れ、低コストな材料である。そのためこれらの材料を電極に用いることにより、出力特性に優れた電池を形成することができる点で有利である。この他、LiFePOなどの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物;V、MnO、TiS、MoS、MoOなどの遷移金属酸化物や硫化物;PbO、AgO、NiOOHなどが挙げられる。
【0044】
正極活物質の粒径は、バイポーラ電池の電極抵抗を低減するために、溶液タイプのリチウムイオン電池で一般に用いられる粒径よりも小さいものを使用するとよい。具体的には、正極活物質微粒子の平均粒径が0.1〜5μmであるとよい。
【0045】
上記導電助材としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。
【0046】
上記バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、SBR、ポリイミドなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【0047】
電解質層に高分子固体電解質を用いる場合には、正極層にも高分子固体電解質が含まれていることが望ましい。正極層における正極活物質間の空隙に高分子固体電解質を充填することによって、正極層におけるイオン伝導がスムーズになり、バイポーラ電池全体としての出力向上が図れるためである。
【0048】
一方、電解質層に高分子ゲル電解質や電解液をセパレータに含浸させて用いる場合には、正極層に電解質が含まれていなくてもよく、正極活物質微粒子同士を結びつける従来公知のバインダが含まれていればよい。
【0049】
高分子固体電解質用高分子としては、特に限定されるものではなく、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体などが挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子は、LiBF、LiPF、LiN(SOCF、LiN(SOなどのリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。本発明において高分子固体電解質は、正極活物質層または負極活物質層の少なくとも一方に含まれる。ただし、バイポーラ電池の電池特性をより向上させるためには、双方に含まれることが好適である。
【0050】
リチウム塩としては、LiBF、LiPF、LiN(SOCF、LiN(SO、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【0051】
高分子ゲル電解質は、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれるものである。
【0052】
ここで、高分子ゲル電解質に含まれる電解液(電解質塩および可塑剤)としては、通常リチウムイオン電池で用いられるものであればよく、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種類のリチウム塩(電解質塩)を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから1種類または2種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒(可塑剤)を用いたものなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【0053】
高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、PAN、PMMAなどは、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子として例示したものである。
【0054】
上記リチウム塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【0055】
高分子ゲル電解質中のホストポリマーと電解液との比率(質量比)は、使用目的などに応じて決定すればよいが、2:98〜90:10の範囲である。すなわち、電極層の外周部からの電解液の染み出しについても、絶縁層や絶縁処理部を設けることで効果的にシールすることができる。そのため、上記高分子ゲル電解質中のホストポリマーと電解液との比率(質量比)に関しても、比較的電池特性を優先したものとすることができる。
【0056】
正極層における、正極活物質、導電助材、バインダ、高分子電解質(ホストポリマー、電解液など)、リチウム塩等の成分配合量は、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。例えば、正極層内における高分子電解質の配合量が少なすぎると、正極層内でのイオン伝導抵抗やイオン拡散抵抗が大きくなり、電池性能が低下してしまう。一方、正極層内における高分子電解質の配合量が多すぎると、電池のエネルギー密度が低下してしまう。従って、これらの要因を考慮して、目的に合致した高分子ゲル電解質量を決定する。
【0057】
正極層の厚さは、特に限定するものではなく、配合量について述べたように、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。一般的な正極層の厚さは10〜500μm程度である。
【0058】
[負極層]
負極層は、負極活物質活物質を含む。この他にも、電子伝導性を高めるための導電助材、バインダ、高分子電解質(ホストポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などが含まれ得る。
【0059】
高分子電解質層に高分子固体電解質を用いる場合には、負極層にも高分子固体電解質が含まれていることが望ましい。負極層における負極活物質間の空隙に高分子固体電解質を充填することによって、負極層におけるイオン伝導がスムーズになり、バイポーラ電池全体としての出力向上が図れるためである。
【0060】
一方、高分子電解質層に高分子ゲル電解質や電解液をセパレータに含浸させて用いる場合には、負極層に電解質が含まれていなくてもよく、負極活物質微粒子同士を結びつける従来公知のバインダが含まれていればよい。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極層」の項で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0061】
負極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される負極活物質を用いることができる。具体的には、カーボン、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物などを用いることができるが、好ましくはカーボンもしくはリチウム−遷移金属複合酸化物である。これらカーボンもしくはリチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル耐久性に優れ、低コストな材料である。そのため、これらの材料を電極に用いることにより、出力特性に優れた電池を形成することができる。なお、リチウム−遷移金属複合酸化物としては、例えば、LiTi12などのリチウム−チタン複合酸化物などを用いることができる。また、カーボンとしては、例えば、黒鉛(グラファイト)、ハードカーボン、ソフトカーボンなどを用いることができる。
【0062】
[電解質層]
本発明の電解質層は、高分子電解質層であることが望ましいものであるので、以下これにつき説明するが、絶縁層を形成することにより、電解液を染み込ませたセパレータを用いることも可能である。なお、高分子電解質層に高分子固体電解質(全固体高分子)を用いることにより、液漏れがないので、簡易な構成でバイポーラ電池を形成できる。さらに、全固体高分子を用いることにより、液絡の問題が無いため信頼性が高く、かつ出力特性に優れた電池を形成することができるものである。また、高分子電解質層に高分子ゲル電解質を用いることにより、イオン伝導度に優れ、出力密度やエネルギー密度の高い電池を形成することができる。
【0063】
(1)高分子固体電解質層
高分子電解質層に用いられる全固体高分子としては、イオン伝導性を有する高分子から構成されるものであり、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。全固体高分子(高分子固体電解質)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)、これらの共重合体のような公知のポリマー(高分子固体電解質)を使用することができる。
【0064】
高分子固体電解質層中には、イオン伝導性を確保するためにリチウム塩が含まれる。リチウム塩としては、LiBF、LiPF、LiN(SOCF、LiN(SO、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【0065】
PEO、PPOのようなポリアルキレンオキシド系高分子は、LiBF、LiPF、LiN(SOCF、LiN(SOなどのリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。
【0066】
高分子固体電解質は、高分子固体電解質層、正極活物質層、負極活物質層に含まれ得るが、同一の高分子固体電解質を使用してもよく、層によって異なる高分子固体電解質を用いてもよい。
【0067】
高分子固体電解質層の厚さは、特に限定するものではない。しかしながら、コンパクトな固体高分子電池を得るためには、高分子固体電解質層としての機能が確保できる範囲で極力薄くすることが好ましい。一般的な高分子固体電解質層の厚さは5〜200μm程度である。
【0068】
ところで、現在好ましく使用される高分子固体電解質用の高分子は、PEO、PPOのようなポリエーテル系高分子である。このため、高温条件下における正極側での耐酸化性が弱い。従って、溶液系のリチウムイオン電池で一般に使用される、酸化還元電位の高い正極剤を使用する場合には、負極の容量が、高分子固体電解質層を介して対向する正極の容量より少ないことが好ましい。負極の容量が対向する正極の容量より少ないと、充電末期に正極電位が上がり過ぎることを防止できる。ここで、「高分子固体電解質層を介して対向する正極」とは、同一の単電池層(セル)の構成要素である正極を指す。なお、正極および負極の容量は、正極および負極を製造する際の理論容量として、製造条件から求めることができる。完成品の容量を測定装置で直接測定してもよい。
【0069】
ただし、負極の容量を対向する正極の容量と比べて少ないと、負極電位が下がりすぎて電池の耐久性が損なわれる恐れがあるので充放電電圧に注意する必要がある。例えば、一つの単電池層(セル)の平均充電電圧を使用する正極活物質の酸化還元電位に対して適切な値に設定して、耐久性が低下しないように注意する。
【0070】
(2)高分子ゲル電解質層
高分子ゲル電解質としては、特に制限されるべきものではなく、従来のゲル電解質層に用いられているものを適宜利用することができる。ここで、ゲル電解質とは、ポリマーマトリックス中に電解液を保持させたものをいう。なお、本発明において、全固体高分子電解質(単に、高分子固体電解質ともいう)と、ゲル電解質との違いは、以下のとおりである。
【0071】
・ポリエチレンオキシド(PEO)などの全固体高分子電解質に、通常のリチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものがゲル電解質である。
【0072】
・ポリふっ化ビニリデン(PVDF)など、リチウムイオン伝導性をもたない高分子の骨格中に、電解液を保持させたものもゲル電解質にあたる。
【0073】
・ゲル電解質を構成するのポリマー(ホストポリマーないしポリマーマトリックスとも称する。)と電解液の比率は幅広く、ポリマー100質量%を全固体高分子電解質、電解液100質量%を液体電解質とすると、その中間体はすべてゲル電解質にあたる。
【0074】
上記ゲル電解質の、ホストポリマーとしては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを利用することができるが、好ましくは、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリふっ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)およびそれらの共重合体が望ましく、溶媒には、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、およびそれらの混合物が望ましい。
【0075】
上記ゲル電解質の、電解液(電解質塩および可塑剤)としては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを利用することができる。具体的には、通常リチウムイオン電池で用いられるものであればよく、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種類のリチウム塩(電解質塩)を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから1種類または2種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒(可塑剤)を用いたものなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【0076】
本発明におけるゲル電解質中の電解液の割合としては、特に制限されるべきものではないが、イオン伝導度などの観点から、数質量%〜98質量%程度とするのが望ましい。本発明では、電解液の割合が70質量%以上の、電解液が多いゲル電解質について、特に効果がある。
【0077】
また、本発明では、ゲル電解質に含まれる電解液の量は、ゲル電解質内部で略均一になるようにしてもよいし、中心部から外周部に向けて傾斜的に少なくしていってもよい。前者は、より広範囲で反応性を得ることができるため好ましく、後者は、外周部の全固体高分子電解質部の電解液に対するシール性を高めることができる点で好ましい。中心部から外周部に向けて傾斜的に少なくしていく場合には、上記ホストポリマーには、リチウムイオン伝導性のあるポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)およびそれらの共重合体を用いることが望ましい。
【0078】
[絶縁層]
絶縁層は、集電体同士が接触したり、電解液が漏れ出したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こるのを防止する目的で、各電極の周囲に形成されてなるものである。本発明では、集電体延長部が折り曲げられていない側(図5(a)の端子を形成している側)の電極の周囲に絶縁層を設けるのが効果的である。なお、集電体延長部側に絶縁層を設けてもよい。これは、車両駆動用電源として利用するような場合には、電池寿命の長期化が望まれていることを勘案すれば、使用期間中に、電解質層から上記集電体延長部や絶縁用セパレータを伝わって、極めてゆっくりではあるが外部にまで染み出すおそれもなくはないからである。なお、集電体延長部側にも絶縁層を形成する場合には、図5(a)の折り線よりも電極形成部側に設置するのがよい。
【0079】
該絶縁層としては、絶縁性、電解液の漏出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く、例えば、エポキシ樹脂、ゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドなどが使用できるが、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点からは、エポキシ樹脂が好ましい。
【0080】
[正極および負極端子板]
正極および負極端子板は、必要に応じて使用すればよい。用いる場合には、端子としての機能を有するほか、薄型化の観点からは極力薄い方がよいが、積層されてなる電極、電解質および集電体はいずれも機械的強度が弱いため、これらを両側から挟示し支持するだけの強度を持たせることが望ましい。さらに、端子部での内部抵抗を抑える観点から、正極および負極端子板の厚さは、通常0.1〜2mm程度が望ましいといえる。
【0081】
正極および負極端子板の材質は、通常リチウムイオン電池で用いられる材質を用いることができる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金などを利用することができる。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウムを用いることが好ましい。
【0082】
正極端子板と負極端子板との材質は、同一の材質を用いてもよいし、異なる材質のものを用いてもよい。さらに、これら正極および負極端子板は、材質の異なるものを多層に積層したものであってもよい。
【0083】
正極および負極端子板は、集電体の電極形成部ないし電極形成部よりも外側に設定する折り線近傍までの範囲と同じサイズであればよい。
【0084】
[正極および負極リード]
正極および負極リードに関しては、通常リチウムイオン電池で用いられる公知のリードを用いることができる。なお、電池外装材(電池ケース)から取り出された部分は、自動車の熱源との距離がないことから、これらに接触して漏電したりして自動車部品(特に電子機器)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しておくのが好ましい。
【0085】
[電池外装材(電池ケース)]
バイポーラ電池は、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、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、バイポーラ電池本体である電池積層体全体を電池外装材ないし電池ケース(図示せず)に収容するとよい。軽量化の観点からは、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属(合金を含む)をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムやアルミラミネートパックなど、従来公知の電池外装材を用いて、その周辺部の一部または全部を熱融着にて接合することにより、電池積層体を収納し密封した構成とするのが好ましい。この場合、上記正極および負極リードは、上記熱融着部に挟まれて上記電池外装材の外部に露出される構造とすればよい。また、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートフィルムやアルミラミネートパックなどを用いることが、自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を電池動作温度まですばやく加熱することができる点で好ましい。
【0086】
次に、本発明では、上記のバイポーラ電池を複数個接続して構成した組電池とすることができる。すなわち、本発明のバイポーラ電池を少なくとも2個以上を用いて直列および/または並列に接続して構成し構成し組電池化することにより、高容量、高出力の電池モジュールを形成することが出来る。そのため、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、比較的安価に対応することが可能になる。
【0087】
具体的には、例えば、上記のバイポーラ電池をN個並列に接続し、N個並列にしたバイポーラ電池をさらにM個直列にして金属製ないし樹脂製の組電池ケースに収納し、組電池とする。この際、バイポーラ電池の直列/並列接続数は、使用目的に応じて決定する。例えば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)など大容量電源として、高エネルギー密度、高出力密度が求められる車両の駆動用電源に適用し得るように組み合わせればよい。また、組電池用の正極端子および負極端子と、各バイポーラ電池の電極リードとは、リード線等を用いて電気的に接続すればよい。また、バイポーラ電池同士を直列/並列に接続する際には、スペーサやバスバーのような適当な接続部材を用いて電気的に接続すればよい。ただし、本発明の組電池は、ここで説明したものに制限されるべきものではなく、従来公知のものを適宜採用することができる。また、該組電池には、使用用途に応じて、各種計測機器や制御機器類を設けてもよく、例えば、電池電圧を監視するために電圧計測用コネクタなどを設けておいてもよいなど、特に制限されるものではない。
【0088】
本発明では、上記のバイポーラ電池および/または組電池を駆動用電源として搭載した車両とすることができる。本発明のバイポーラ電池および/または組電池は、上述のように各種特性を有し、特に、コンパクトな電池である。このため、エネルギー密度および出力密度に関して、とりわけ厳しい要求がなされる車両、例えば、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の駆動用電源として好適であり、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。例えば、電気自動車ないしハイブリッド電気自動車の車体中央部の座席下に組電池を駆動用電源として搭載するのが、社内空間およびトランクルームを広く取れるため便利である。ただし、本発明では、これらに何ら制限されるべきものではなく、電池は、車両の床下、トランクルーム、エンジンルーム、屋根、ボンネットフード内などに設置することができる。なお、本発明では、組電池だけではなく、使用用途によっては、バイポーラ電池を搭載するようにしてもよいし、これら組電池とバイポーラ電池を組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明のバイポーラ電池および/または組電池を駆動用電源として搭載することのできる車両としては、上記の電気自動車やハイブリッド電気自動車が好ましいが、これらに制限されるものではない。
【0089】
本発明のバイポーラ電池の製造方法としては、特に制限されるべきものではなく、従来公知の各種の方法を適宜利用することができる。以下に、簡単に説明する。ただし、バイポーラ電極と電解質層とを積層する際に、集電体の一部が延長された集電体延長部に絶縁用セパレータ等の絶縁処理部を設け、さらにバイポーラ電極と電解質層とを積層後に該集電体延長部及び絶縁用セパレータを折り曲げて電極形成部を包み込む構造とする方法に関しては、既に図5を用いて説明した通りであるので、ここでの説明は省略ないし簡単にする。
【0090】
(1)正極用組成物の塗布
まず、集電体延長部が加えられた適当な集電体を準備する。正極用組成物は通常はスラリー(正極用スラリー)として得られ、集電体の一方の面に塗布される。
【0091】
正極用スラリーは、正極活物質を含む溶液である。他成分として、導電助剤、バインダ、重合開始剤、高分子電解質の原料(固体電解質用高分子ないしゲル電解質用ホストポリマー、電解液など)およびリチウム塩などが任意で含まれる。高分子電解質層に高分子ゲル電解質を用いる場合には、正極活物質微粒子同士を結びつける従来公知のバインダ、電子伝導性を高めるための導電助剤、溶媒などが含まれていればよく、高分子ゲル電解質の原料のホストポリマー、電解液やリチウム塩などは含まれていなくても良い。
【0092】
高分子電解質用の高分子原料は、PEO、PPO、これらの共重合体などが挙げられ、分子内に架橋性の官能基(炭素−炭素二重結合など)を有することが好ましい。この架橋性の官能基を用いて高分子電解質を架橋することによって、機械的強度が向上する。
【0093】
正極活物質、導電助剤、バインダ、リチウム塩に関しては、前述した化合物を用いることができる。
【0094】
重合開始剤は、重合させる化合物に応じて選択する必要がある。例えば、光重合開始剤としてベンジルジメチルケタール、熱重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルが挙げられる。
【0095】
NMPなどの溶媒は、正極用スラリーの種類に応じて選択する。
【0096】
正極活物質、リチウム塩、導電助剤の添加量は、バイポーラ電池の目的等に応じて調節すればよく、通常用いられる量を添加すればよい。重合開始剤の添加量は、高分子原料に含まれる架橋性官能基の数に応じて決定される。通常は高分子原料に対して0.01〜1質量%程度である。
【0097】
(2)正極層(電極形成部)の形成
正極用スラリーが塗布された集電体を乾燥して、含まれる溶媒を除去する。それと同時に、正極用スラリーによっては、架橋反応を進行させて、高分子固体電解質の機械的強度を高めてもよい。乾燥は真空乾燥機などを用いることができる。乾燥の条件は塗布された正極用スラリーに応じて決定され、一義的に規定できないが、通常は40〜150℃で5分〜20時間である。かかる乾燥処理により、集電体上に正極層(電極形成部)を形成する。
【0098】
(3)負極用組成物の塗布
正極層が塗布された面と反対側の面に、負極活物質を含む負極用組成物(負極用スラリー)を塗布する。
【0099】
負極用スラリーは、負極活物質を含む溶液である。他成分として、導電助剤、バインダ、重合開始剤、高分子電解質の原料(固体電解質用高分子ないしゲル電解質用ホストポリマー、電解液など)およびリチウム塩などが任意で含まれる。使用される原料や添加量については、「(1)正極用組成物の塗布」の項での説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0100】
(4)負極層(電極形成部)の形成
負極用スラリーが塗布された集電体を乾燥して、含まれる溶媒を除去する。それと同時に、負極用スラリーによっては、架橋反応を進行させて、高分子電解質の機械的強度を高めてもよい。この作業により、バイポーラ電極が完成する。乾燥は真空乾燥機などを用いることができる。乾燥の条件は塗布された負極用スラリーに応じて決定され、一義的に規定できないが、通常は40〜150℃で5分〜20時間である。かかる乾燥処理により、集電体上に負極層(電極形成部)を形成する。
【0101】
(5)電解質層の形成
高分子固体電解質層を用いる場合には、例えば、高分子固体電解質の原料高分子、リチウム塩等をNMPのような溶媒に溶解させて調製した溶液を硬化させることによって製造される。また、高分子ゲル電解質層を用いる場合には、例えば、高分子ゲル電解質の原料として、ホストポリマーと電解液、リチウム塩、重合開始剤等からなるプレゲル溶液を不活性雰囲気下で加熱乾燥と同時に重合(架橋反応を促進)させることによって製造される。
【0102】
例えば、上記電極(正極および/または負極)上に、調製された上記溶液またはプレゲル溶液を塗布し、所定の厚さの電解質層またはその一部(電解質層厚さの半分程度の電解質膜)を形成する。その後、電解質層(膜)が積層された電極を硬化または加熱乾燥と同時に重合(架橋反応を促進)させることによって、電解質の機械的強度を高め、電解質層(膜)を製膜形成する(完成させる)。
【0103】
あるいは、別途、電極間に積層される電解質層またはその一部(電解質層厚さの半分程度の電解質膜)を準備する。電解質層(膜)は、上記溶液またはプレゲル溶液を、PETフィルムなど適当なフィルム上に塗布し、硬化または加熱乾燥と同時に重合(架橋反応を促進)させることによって製造される。
【0104】
硬化または加熱乾燥は真空乾燥機(真空オーブン)などを用いることができる。加熱乾燥の条件は溶液またはプレゲル溶液に応じて決定され、一義的に規定できないが、通常は30〜110℃で0.5〜12時間である。
【0105】
電解質層(膜)の厚さは、スペーサなどを用いて制御できる。光重合開始剤を用いる場合には、光透過性のギャップに流し込み、乾燥及び光重合ができるような紫外線照射装置を用いて紫外線を照射して、電解質層内のポリマーを光重合させ架橋反応を進行させて製膜するとよい。ただし、この方法に限定されないことは勿論である。重合開始剤の種類に応じて、放射線重合、電子線重合、熱重合などを使いわける。
【0106】
また、上記で用いるフィルムは、製造過程で80℃程度に加熱されることもありえるため、当該温度程度での十分な耐熱性を有し、さらに溶液またはプレゲル溶液との反応性がなく、製造過程で剥離し除去する必要上、離型性に優れたものを用いるのが望ましく、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレンフィルムなどを使用することができるが、これらに制限されるべきものではない。
【0107】
なお電解質層の幅は、バイポーラ電極の集電体の電極形成部サイズよりも若干小さくすることが多い。
【0108】
上記溶液またはプレゲル溶液の組成成分やその配合量などについては、使用目的に応じて適宜決定されるべきものである。
【0109】
なお、電解液を染み込ませたセパレータは、バイポーラ型でない従来の溶液系のバイポーラ電池に用いられる電解質層と同様の構成であり、従来公知の各種製造方法、例えば、電解液を染み込ませたセパレータをバイポーラ電極に挟み込んで積層する方法や真空注液法などにより製造できるため、以下、詳しい説明は省略する。
【0110】
(6)バイポーラ電極と高分子電解質層との積層
▲1▼電解質層(膜)が一面または両面に形成されたバイポーラ電極の場合には、高真空下で十分加熱乾燥してから、電解質層(膜)が形成された電極を適当なサイズに複数個切りだし、切り出された電極を直接貼り合わせて、バイポーラ電池本体(電極積層体)を作製する。
【0111】
▲2▼別々にバイポーラ電極と電解質層(膜)を作製した場合には、高真空下で十分加熱乾燥してから、バイポーラ電極と電解質層(膜)をそれぞれを適当なサイズに複数個切りだす。切りだされたバイポーラ電極と電解質層(膜)とを所定数張り合わせて、バイポーラ電池本体(電極積層体)を作製する。
【0112】
なお、積層時には、集電体延長部表面に、集電体同士が接触して短絡しないように、適当な厚さのポリイミドフィルム等の絶縁用フィルムを糊で数箇所接着しながら挟んで積層する(図5を参照のこと。)。ただし、本発明では、これに制限されるものではなく、上述したように、集電体の作製段階で、集電体延長部に絶縁性フィルム等の絶縁処理部を被覆形成しておけば、当該バイポーラ電極と高分子電解質層との積層工程では、従来のバイポーラ電池と何ら変わることなく作業を進めることができる。
【0113】
上記電極積層体の積層数は、バイポーラ電池に求める電池特性を考慮して決定される。また、正極側の最外層には、集電体上に正極層のみを形成した電極を配置する。負極側の最外層には、集電体上に負極層のみを形成した電極を配置する。バイポーラ電極と電解質層(膜)とを積層、あるいは電解質層(膜)が形成された電極を積層させてバイポーラ電池を得る段階は、電池内部に水分等が混入するのを防止する観点から、不活性雰囲気下で行うことが好ましい。例えば、アルゴン雰囲気下や窒素雰囲気下でバイポーラ電池を作製するとよい。
【0114】
(7)絶縁層の形成
本発明では、例えば、電極積層体の電極形成部の周囲の四辺ないし二辺(集電体延長部に隣接する二辺)を、所定の幅でエポキシ樹脂(前駆体溶液)等に浸漬または樹脂を注入ないし含浸する。いずれの場合にも、事前に集電体延長部を離型性マスキング材等を用いてマスキング処理しておく。その後エポキシ樹脂を硬化させて、絶縁部を形成し、その後、マスキング材を剥がせばよい。
【0115】
(8)リード端子の接続
バイポーラ電池本体(電池積層体)の両最外層の電子伝導性層上にそれぞれ、正極端子板、負極端子板を設置し、該正極端子板、負極端子板の集電体延長部側ではない辺に、さらに正極リード、負極リードを接合(電気的に接続)する(図5参照のこと。)。正極リードおよび負極リードの接合方法としては、接合温度の低い超音波溶接等が好適に利用し得るものであるが、これに限定されるべきものではなく、従来公知の接合方法を適宜利用することができる。
【0116】
(9)集電体延長部分による電極形成部分の包み込み
電極積層体の集電体延長部および絶縁性セパレータなどの絶縁処理部を上下に折り曲げて、電極形成部分を上下から包み込む構造とする(図5(a)、(b)参照のこと。)。この点に関しては、既に説明しているので、ここでの説明は省略する。
【0117】
(10)パッキング(電池の完成)
最後に、集電体延長部分で電極形成部分を包み込む構造になっている電池積層体全体を、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、電池外装材ないし電池ケースで封止し、バイポーラ電池を完成させる。封止の際には、正極リード、負極リードの一部を電池外部に取り出す。電池外装材(電池ケース)の材質は、内面がポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆された金属(アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅など)が好適である。
【0118】
【実施例】
本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例に限定されるものではない。
【0119】
実施例1
<電池の製造>
1.正極層の形成
正極活物質として平均粒子径2μmのスピネルLiMn[41.7質量%]、導電助剤としてアセチレンブラック[8.3質量%]、高分子電解質の原料の、ホストポリマーとして、ポリエチレンオキシド(PEO)とポリプロピレンオキシド(PPO)の共重合体(共重合比が5:1、重量平均分子量が8000のものを用いた。)[33.3質量%]、支持塩(リチウム塩)として、Li(CSON[16.7質量%]、スラリー粘度調整溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)(NMPは、電極乾燥時にすべて揮発させて除去するので、電極の構成材料ではなく、適当なスラリー粘度になるように適量を加えた。)および熱重合開始剤としてAIBN(ホストポリマー量に対して1000質量ppm)からなる材料を上記比率(スラリー粘度調整溶媒および熱重合開始剤を除く成分で換算した比率を示す。)にて混合して正極スラリーを作製した。
【0120】
集電体であるSUS箔(厚さ20μm)の片面に上記正極スラリーを塗布し、真空オーブンに入れ、120℃で10分間乾燥と同時に熱重合により硬化させて乾燥厚さ50μmの正極層を形成した。
【0121】
2.負極層の形成
負極活物質としてLiTi12[21.8質量%]、導電助剤としてアセチレンブラック[8.4質量%]、高分子電解質の原料のホストポリマーとして、ポリエチレンオキシド(PEO)とポリプロピレンオキシド(PPO)の共重合体(共重合比が5:1、重量平均分子量が8000のものを用いた。)[42.1質量%]、支持塩(リチウム塩)として、Li(CSON[21.3質量%]、スラリー粘度調整溶媒としてNMP(NMPは、電極乾燥時にすべて揮発させて除去するので、電極の構成材料ではなく、適当なスラリー粘度になるように適量を加えた。)および熱重合開始剤としてAIBN(ホストポリマー量に対して1000質量ppm)からなる材料を上記比率(スラリー粘度調整溶媒および熱重合開始剤を除く成分で換算した比率を示す。)にて混合して負極スラリーを作製した。尚、負極活物質に用いたLiTi12の二次粒子の平均粒径は10μmで、0.2〜0.5μmの一次粒子がある程度ネッキングした構造になっていた。
【0122】
正極層を形成したSUS箔の反対面に、上記負極スラリーを塗布し、真空オーブンに入れ、120℃で10分間乾燥と同時に熱重合により硬化させて乾燥厚さ50μmの負極層を形成した。
【0123】
集電体であるSUS箔の両面に正極層と負極層がそれぞれ形成されることにより、バイポーラ電極が形成された(図1、図5(a)等参照のこと)。
【0124】
3.高分子電解質(層)膜の形成
正極、負極をそれぞれ両面に形成したバイポーラ電極の、正極、負極、それぞれの面に厚さ50μmの電解質膜を積層した。
【0125】
高分子電解質膜の作製は、次のように行った。下記の高分子原料を53質量%、リチウム塩としてLiN(SOを26質量%、光重合開始剤としてベンジルジメチルケタールを高分子原料の0.1質量%加えて、溶媒としてドライアセトニトリル用いて溶液を調製したあとアセトニトリルを真空蒸留で除いた。テフロン(登録商標)スペーサーを用いて厚さを規定し、正極層、負極層をそれぞれ両面に形成したバイポーラ電極の正極層上にこの粘性の高い溶液を満たし、紫外線を20分間照射して光重合(架橋)した。膜を取り出して、真空容器に入れて90℃にて12時間高真空下で加熱乾燥して残留水分と溶媒を除き、厚さ50μmの電解質膜を形成した。同様に、バイポーラ電極の、負極層上にも上記粘性の高い溶液を満たし、紫外線を20分間照射して光重合(架橋)した。膜を取り出して、真空容器に入れて90℃にて12時間高真空下で加熱乾燥して残留水分と溶媒を除き、厚さ50μmの電解質膜を形成した。
【0126】
高分子原料には、文献(J. Electrochem. Soc., 145 (1998) 1521.)の方法に従って合成したポリエーテル形のネットワーク高分子原料を用いた。
【0127】
4.バイポーラ電池の形成
電解質膜を形成したバイポーラ電極を、正極と負極が電解質を挟んで対向するように積層して、単電池層を形成した。
【0128】
集電体延長部には、集電体同士が接触して短絡しないように、絶縁用フィルムとして厚さ10μmのポリイミドフィルムを挟んで積層した(図5を参照のこと。)。
【0129】
単電池層が10層(単電池層10セル分)形成されるように電極を積層した。その後、集電体延長部およびポリイミドフィルムを図5(a)に示すように、折り線に沿って上下方向にそれぞれ折り曲げて、図5(b)に示すように、集電体延長部で電極塗布部分を上下から包み込む構造の電池積層体とした。
【0130】
この電池積層体をラミネートパック(アルミニウムをポリプロピレンフィルムでラミネートしたもの;電池外装材)で封止し、バイポーラ電池を形成した。なお、電極リードは、図5(b)に示すように、集電体延長部側に形成して電池外装材から外部に取り出した。
【0131】
比較例1
比較例1として集電体延長部を持たない集電体を用いた以外は実施例1と同様にして10層(単電池層10セル分)積層した電池積層体をラミネートパック(アルミニウムをポリプロピレンフィルムでラミネートしたもの;電池外装材)で封止してバイポーラ電池を形成した。
【0132】
<評価>
上記実施例1および比較例1の集電体延長部のない、従来の高分子電解質バイポーラ電池に対し、満充電で釘刺し試験を行った(図5(b)参照のこと。)。
【0133】
従来のバイポーラ電池は、釘刺し後に各単電池層の電圧を計測したところ、3層の電圧が0Vになっており、残りの7層は3V以上の電圧を維持していた。
【0134】
それに対し本発明のバイポーラ電池は、釘刺し後にすべての単電池層の電圧が0Vになっていた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のバイポーラ電池を構成するバイポーラ電極の基本構造を模式的に表わした断面概略図である。
【図2】本発明のバイポーラ電池を構成する単電池層(単セル)の基本構造を模式的に表わした断面概略図である。
【図3】本発明のバイポーラ電池の基本構造を模式的に表わした断面概略図である。
【図4】本発明のバイポーラ電池の基本構成を模式的に表わしてなる概略図である。
【図5】図5(a)は、本発明の特徴部分の構造を解り易くしめすために、集電体1の一部が延長されたままの状態を模式的に表した展開図(ないし製造過程での折り曲げ前の組み立て状態図)を表わし、図5(b)は、集電体延長部で電極形成部分を包み込む構造を模式的に表す電池側断面概略図を示し、図5(c)は、1枚のセパレータを2つに折りたたんで、折り目を集電体延長部の1つの端面に当るようにして設置する様子を表した概略説明図であり、図5(d)は、1枚のセパレータを2つに折りたたんで、折り目を集電体延長部の1つの端面に当るようにして設置する他の様子を表した概略説明図である。
【符号の説明】
1…集電体(金属箔)、
2…正極層、
3…負極層、
4…電解質層(電解質膜)、
5…バイポーラ電極、
5a…集電体の必要な片面のみに正極層を配置した電極、
5b…集電体の必要な片面のみに負極層を配置した電極、
6…単電池層(単セル)、
7…電極積層体、
8…正極リード、
9…負極リード、
10…電池外装材、
11…バイポーラ電池、
21…電極形成部(正極層および負極層)、
23、23a、23b…集電体延長部、
25…絶縁用セパレータ。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a stacked battery, particularly to a polymer battery using a polymer electrolyte as an electrolyte.
[0002]
[Prior art]
In recent years, reduction of carbon dioxide emission has been urgently required for environmental protection. The automobile industry is expected to reduce carbon dioxide emissions through the introduction of electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), and is keen to develop secondary batteries for motor drives, which are key to their practical use. Is being done. As a secondary battery, attention has been focused on a lithium ion secondary battery capable of achieving high energy density and high output density. However, in order to apply it to an automobile, it is necessary to use a plurality of secondary batteries connected in series in order to secure a large output.
[0003]
However, when a battery is connected via the connection, the output decreases due to the electrical resistance of the connection. Also, batteries with connections have spatial disadvantages. That is, the connection portion lowers the output density and energy density of the battery.
[0004]
As a solution to this problem, a bipolar battery in which a positive electrode active material and a negative electrode active material are arranged on both sides of a current collector has been developed.
[0005]
Among them, a bipolar polymer battery using a polymer electrolyte as an electrolyte has been proposed (for example, see Patent Documents 1 and 2). Among them, the bipolar polymer battery using a solid polymer electrolyte has high reliability because there is no solution (electrolyte solution) in the battery, so there is no risk of liquid leakage or gas generation, and the structure is sealed. This has the advantage of providing a bipolar polymer battery that does not require a seal. In addition, a bipolar polymer battery using a polymer gel electrolyte as the polymer electrolyte has excellent ionic conductivity and sufficient output density and energy density of the battery, so it is expected to be the bipolar polymer battery closest to the practical application stage Have been.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-100471 A
[Patent Document 2]
JP-A-11-204136
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when such a bipolar polymer battery is in a state like a nail penetration, the polymer electrolyte covers the fractured surface of the nail or the electrode, a short circuit does not occur, and the voltage of the battery remains. In particular, in the case of a bipolar battery in which each cell layer is independent as a battery, there is a very high possibility that there is a cell layer in which a voltage remains.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to have a structure in which, when a battery is in a destructive state such as an object pierced from the outside, the battery is discharged quickly without leaving a voltage (electric capacity) and reliably reaches 0V. It is to provide a highly safe battery.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a stacked battery in which an electrode is formed on a metal foil that is a current collector, and the electrode is stacked with an electrolyte interposed therebetween. A stacked battery having a structure in which a portion surrounds an electrode forming portion.
[0010]
【The invention's effect】
In the battery of the present invention, a part of the current collector on which the electrode is formed is extended, and the extended part is bent so as to wrap the electrode forming part with the extended part. When this state is reached, the current collector extension surrounding the electrode forming portion also breaks. However, since the polymer electrolyte does not cover the nail or the like or the fractured surface of the current collector extension, a short circuit surely occurs at this portion and discharge occurs quickly. As a result, the voltage (electric capacity) of the battery (all the cell layers constituting it) does not remain, and the voltage can be reliably set to 0 V, and the safety of the battery in a broken state can be enhanced. Therefore, even if a battery mounted as a drive power source such as an EV or an HEV capable of extracting a large current with a high energy density and a high output density is destroyed by an accident or the like, electric shock or ignition caused by the battery (furthermore, flammability) Secondary disasters such as fuel ignition) can be prevented. Therefore, it is possible to maintain excellent energy density and power density, and furthermore, to have high reliability and safety at the time of an accident or disaster, and thereby to be a useful power source in various industries.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0012]
In the stacked battery according to the present invention, an electrode is formed on a metal foil that is a current collector, and in the stacked battery configured by stacking the electrode with an electrolyte interposed therebetween, a part of the current collector is extended. In this case, the extended portion surrounds the electrode forming portion. This is advantageous in that the battery can be completely short-circuited when foreign matter pierces from the outside.
[0013]
The stacked battery to be used in the present invention is a bipolar lithium ion secondary battery, preferably a bipolar lithium ion secondary battery using a polymer electrolyte (specifically, a polymer solid electrolyte or a polymer gel electrolyte) for the electrolyte layer. is there.
[0014]
This is because a bipolar lithium ion secondary battery can constitute a battery having excellent capacity and output characteristics. Further, even when a foreign object is pierced from the outside, the battery can be completely short-circuited even in a bipolar lithium ion secondary battery in which the battery is unlikely to be completely short-circuited. Furthermore, in a bipolar lithium ion secondary battery using a polymer solid electrolyte as an electrolyte, there is no liquid junction problem, so that a bipolar battery having high reliability and excellent output characteristics with a simple configuration can be formed. It is. In addition, even when a foreign substance pierces from the outside, the battery is unlikely to be completely short-circuited, and can be completely short-circuited even in a battery using a polymer electrolyte. That is, it can be said that such a battery can sufficiently exhibit the true value and effectiveness of the present invention.
[0015]
However, the present invention should not be limited to these, and can be applied to conventionally known stacked batteries. That is, by employing the structure of the present invention, it is possible to discharge by short-circuiting the current collector extension. Therefore, even if a large current is generated at the broken part of the current collector extension and a heat generation phenomenon occurs, only the peripheral part generates heat, abnormal combustion of the electrode active material such as a short circuit at the electrode part, and gas of electrolyte solution. This is because it is possible to reduce the risk of battery rupture or the like due to gasification.
[0016]
Therefore, the present invention is not limited to a stack type battery using a polymer electrolyte. For example, a bipolar lithium ion battery using an electrolyte solution (more specifically, a separator in which an electrolyte solution is impregnated) is used as the electrolyte. Stackable batteries such as secondary batteries, non-bipolar polymer lithium ion secondary batteries, non-bipolar electrolyte type lithium ion secondary batteries, and non-bipolar lithium secondary batteries can also be objects of the present invention. is there. Hereinafter, a preferred embodiment of the stacked battery according to the present invention is a bipolar lithium ion secondary battery using a polymer electrolyte (specifically, a polymer solid electrolyte or a polymer gel electrolyte) (hereinafter simply referred to as a bipolar battery). (Referred to as a battery) will be briefly described, but the present invention is not limited thereto.
[0017]
1 to 4 briefly explain the basic configuration of a bipolar battery with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the structure of a bipolar electrode constituting a bipolar battery, and FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of a unit cell layer constituting a bipolar battery. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of the bipolar battery (a part in which the electrode forming part is wrapped around the current collector extension is not shown). This point will be described in detail with reference to FIG. 5.) and FIG. 4 is a schematic diagram conceptually (in symbolized) showing a plurality of unit cell layers stacked in a bipolar battery connected in series. Is shown.
[0018]
As shown in FIGS. 1 to 4, the bipolar electrode 5 (see FIG. 1) in which the positive electrode layer 2 is provided on one surface of one current collector 1 and the negative electrode layer 3 is provided on the other surface is connected to the electrolyte. The electrode layers 2 and 3 of the bipolar electrode 5 adjacent to each other with the layer 4 interposed therebetween are opposed to each other. That is, in the bipolar battery 11, a plurality of bipolar electrodes (electrode layers) 5 having the positive electrode layer 2 on one surface of the current collector 1 and the negative electrode layer 3 on the other surface are provided via the electrolyte layer 4. It is composed of an electrode laminate (bipolar battery body) 7 having a laminated structure. The electrodes 5a and 5b of the uppermost layer and the lowermost layer do not have a bipolar electrode structure, but have a structure in which an electrode layer (positive electrode layer 2 or negative electrode layer 3) on only one side required for the current collector 1 (or terminal plate) is formed. I have.
[0019]
Also, the uppermost and lowermost electrodes 5a and 5b of the electrode stack 7 in which a plurality of such bipolar electrodes 5 and the like are stacked need not have a bipolar electrode structure, and are necessary for the current collector 1 (or terminal plate). A structure in which only one electrode layer (the positive electrode layer 2 or the negative electrode layer 3) is provided (see FIG. 3). In the bipolar battery 11, the positive and negative electrode leads 8, 9 are respectively joined to the current collectors 1 at the upper and lower ends.
[0020]
The number of laminations of the bipolar electrode is adjusted according to a desired voltage. If a sufficient output can be ensured even if the thickness of the sheet-shaped battery is made as thin as possible, the number of times of laminating the bipolar electrodes may be reduced.
[0021]
Further, in the bipolar battery 11 of the present invention, in order to prevent external impact and environmental degradation during use, the electrode laminate 7 is sealed in a battery exterior material (exterior package) 10 under reduced pressure, and the electrode leads 8, It is preferable to adopt a structure in which 9 is taken out of the battery exterior material (exterior package) 10 (see FIGS. 3 and 4). From the viewpoint of weight reduction, conventionally known batteries such as a polymer-metal composite laminate film such as an aluminum laminate pack in which a metal (including an alloy) such as aluminum, stainless steel, nickel and copper is coated with an insulator such as a polypropylene film; A part or all of the peripheral portion is joined by heat fusion using an exterior material, thereby housing and laminating the electrode laminate 7 under reduced pressure (sealing), and attaching the electrode leads 8 and 9 to the battery exterior material 10. It is preferable to adopt a configuration taken out to the outside. The basic configuration of the bipolar battery 11 can be said to be a configuration in which a plurality of stacked unit cell layers (single cells) 6 are connected in series, as shown in FIG. The bipolar battery of the present invention is used for a bipolar lithium ion secondary battery in which charging and discharging are mediated by movement of lithium ions. However, this does not prevent application to other types of batteries as long as effects such as improvement in battery characteristics can be obtained.
[0022]
In the present invention, as described with reference to FIGS. 1 to 4, a plurality of bipolar electrodes in which a positive electrode is formed on one surface of a current collector and a negative electrode is formed on the other surface are stacked in series with an electrolyte interposed therebetween. In the bipolar lithium ion secondary battery, as shown in FIG. 5B, a part of the current collector 1 is extended, and the extended portion (also referred to as a current collector extension) forms an electrode. It is characterized in that it has a structure surrounding the formed part. Here, FIG. 5A is a developed view (or a manufacturing process) schematically showing a state where a part of the current collector 1 is extended so that the structure of the characteristic portion of the present invention can be easily understood. 5 (b) is a schematic sectional side view of a battery schematically showing a structure in which an electrode forming portion is wrapped by a current collector extension portion.
[0023]
In the present invention, as shown in FIG. 5A, a part of the current collector 1 is extended. Specifically, both left and right (or front and rear) ends of the electrode forming portion (= the positive electrode layer 2 and the negative electrode layer 3) 21 on the current collector 1 may be respectively extended (this extended portion is referred to as a current collector extension portion). 23a and 23b). In the present invention, the current collector extension portions 23a and 23b do not have to be provided on both left and right (or front and rear) ends of the electrode forming portion 21 on the current collector 1, for example, on the right side of the electrode forming portion on the current collector 1. The ends of (or the left side) and the front (or the rear side) may be extended (in other words, the ends may be extended into an L-shape). However, the former can be said to be desirable from the viewpoints of productivity and ease of handling of the current collector. Further, the current collector extension portions 23 may be provided at four positions on both sides of the electrode forming portion 21 on the current collector 1 in front, rear, left and right.
[0024]
Note that the thickness of the current collector 1 may be the same or different between the electrode forming portion 21 and the current collector extending portion 23. That is, depending on how the terminal lead is taken out, the current collector extension 23 may not be used as a terminal for taking out current in a normal state. It is also possible to reduce the thickness of the part to reduce the thickness and weight of the entire battery.
[0025]
In the present invention, as shown in FIGS. 5A and 5B, the current collector extension portions 23a and 23b have a structure in which the electrode forming portion 21 is wrapped from above and below (a structure in which the electrode forming portion 21 is sandwiched). That is, for the purpose of preventing the upper and lower current collector extension portions 23 from contacting each other (and, in some cases, the current collector extension portion and the electrode forming portion) in a normal state, for example, the insulating separator 25 is placed ( Or pinching). Thereafter, at positions where the load due to bending is not applied to the electrode forming portion (folded line portion in FIG. 5A), the current collector extension portions 23a and 23b and the insulating separator 25 are moved to the thick arrow in FIG. As shown in the figure, the electrode forming portion 21 is bent upward and downward, respectively, and the current collector extending portions 23a and 23b (and the insulating separator 25) wrap (enclose) the electrode forming portion 21 from above and below. 5 (b)).
[0026]
Therefore, the length of the current collector extension portions 23a and 23b can cover and hide the electrode forming portion when the current collector extension portions are bent at both ends as shown in FIG. 5B. Any length is acceptable. On the other hand, in the case where the current collector extension portions 23 are provided at the four front, rear, left, and right ends of the electrode formation portion 21 on the current collector 1, the electrode formation portion 21 is covered by two current collector extension portions 23. Any length is acceptable. As shown in FIG. 5B, the outer side of the current collector extension may be longer than the inner side of the current collector extension in consideration of the difference between the inner and outer bending allowances. Since the difference length of the bent margin portion is extremely small, it is not necessary to particularly consider this point.
[0027]
Here, as the insulation processing part installed for the purpose of preventing the stacked upper and lower current collector extension parts from contacting each other and short-circuiting, the insulation separator described above is installed and the insulation processing part is used. It is not limited to any one, and various conventionally known insulation treatment techniques can be appropriately applied. For example, an insulating film previously coated on the surface of the current collector extension portion 23 of the current collector 1 may be used as the insulating portion, or the current collector extension portion 23 may be provided with a spacing such as a spacer during lamination. An insulating member having a function may be provided to serve as an insulation-treated portion, or a resin-coated portion obtained by immersing the current collector extension portion 23 in a precursor solution of an insulating resin and hardening the resin before bending is used as the insulation-treated portion. It is not particularly limited. Preferably, the current collector extension laminated in the manufacturing stage is easy to bend, and when foreign matter pierces from the outside as shown in FIG. It is preferable that the structure be such that it can be short-circuited. For this purpose, it is preferable that an insulating separator be provided as the insulating portion as shown in FIG. 5A. Note that such an insulating separator is sufficient on one side of the current collector extension 23, but may be provided on both sides. In particular, as shown in FIGS. 5C and 5D, if one separator is folded into two and the fold is set so as to hit one end face of the current collector extension 23, the alignment is achieved. It is excellent in that it becomes easy. In this case, from the viewpoint of reducing the thickness, it is not necessary to install all the current collector extension portions 23 of the electrodes to be stacked, but it is sufficient to install them every other (one by one) for the electrodes to be stacked.
[0028]
At this time, the insulating separator may be simply adhered with glue or the like so as not to be displaced, and it is not always necessary to fix the entire surface of the insulating separator with glue or the like, but is appropriately glued with glue or the like at several places. It is enough to keep it fixed. This is because the separator is pinched by bending and there is no possibility that the separator will be displaced after assembly. From this point of view, it can be said that the used insulating separator should be larger than the current collector extension.
[0029]
The insulating separator used is desirably as thin as possible and non-viscous (hard). If it is viscous, the separator or the adhesive may cover the foreign material or the fractured surface of the current collector extension part, if not a soft and viscous polymer electrolyte, so that a short circuit may not easily occur. .
[0030]
From this point of view, as the insulating separator to be used, an insulating material having no viscosity and a hard property is desirable, and specifically, a polypropylene film, a polyimide film, a polyethylene film, or the like can be suitably used.
[0031]
In addition, the thickness of the insulating separator is desirably as thin as possible because it is laminated above and below the electrode forming portion, and specifically, it is desirably 100 μm or less.
[0032]
In addition, the insulating separator to be used is preferably one having high insulating property so as not to cause a short circuit due to oozing out of the electrolytic solution. However, it is desirable that the electrolyte has high liquid retention, permeability, and high insulating properties without ionic conductivity.
[0033]
Since the adhesive used is desirably an insulating material having a property of being hard and having no viscosity, specifically, a glue, a resin tape or the like can be suitably used.
[0034]
It should be noted that when performing insulation treatment other than the above-mentioned insulation separator, it can be said that the material and thickness may be selected based on the same standards as those for the insulation separator.
[0035]
The mounting positions of the electrode leads 8 and 9 may be provided on one or both of the current collector extension portions as shown in FIG. 5B, or as shown in FIG. 5A. The body 1 may be provided on one or both sides where the body 1 is not extended. However, the latter is not particularly limited, but is the latter from the viewpoint of reducing the electric resistance from the electrode forming portion to the terminal.
[0036]
Although the above has been described mainly with respect to the structure of the current collector extension portion which is a component of the characteristic portion of the present invention, other components of the bipolar battery of the present invention are not particularly limited, It is widely applicable to known bipolar batteries.
[0037]
Hereinafter, other components of the bipolar battery of the present invention will be briefly described, but it is needless to say that the present invention should not be limited to these components.
[0038]
[Current collector]
The current collector that can be used in the present invention is not particularly limited, and a conventionally known current collector can be used. For example, aluminum foil, stainless steel foil, a clad material of nickel and aluminum, copper and aluminum Or a plating material of a combination of these metals is preferably used. Alternatively, a current collector in which aluminum is coated on a metal surface may be used. In some cases, a current collector in which two or more metal foils are bonded may be used. It is preferable to use an aluminum foil as a current collector from the viewpoints of corrosion resistance, ease of production, economy, and the like.
[0039]
The thickness of the current collector is not particularly limited, but is usually about 1 to 100 μm.
[0040]
Further, the length (or shape) of the current collector may be a length obtained by adding the length necessary for the left and right (or front and rear) extension portions of the current collector to the electrode forming portion as described above. Further, in the case of the L-shaped shape as described above, the electrode forming portion may be formed into a shape obtained by adding a necessary length as a current collector extension portion to one of left and right and one of front and rear. Similarly, in the case of front, rear, left and right, the length may be the length obtained by adding the length required for the current collector extension. In addition, in the case where a current collector extension portion of the current collector coated with an insulating film is used as the insulation processing portion other than the insulating separator, the current collector 1 is formed in the current collector production stage. May be coated with an insulating film. In this case, the insulating film may be coated on one side of the current collector extension 23 of the current collector 1 or on both sides.
[0041]
[Insulation processing part]
The insulation treatment part (insulation separator, etc.), which is a part of the current collector and is installed for the purpose of preventing the current collector extension parts from coming into contact with each other and causing a short circuit, is as described above. Is omitted.
[0042]
[Positive electrode layer]
The positive electrode layer contains a positive electrode active material. In addition, a conductive auxiliary material for improving electron conductivity, a binder, a polymer electrolyte, a lithium salt for improving ionic conductivity, and the like may be included.
[0043]
As the positive electrode active material, a composite oxide of a transition metal and lithium (lithium-transition metal composite oxide) can be suitably used. Specifically, LiCoO 2 Li-Co based composite oxides such as LiNiO 2 Li-Ni based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4 Li-Mn based composite oxides such as LiFeO 2 Li-Fe-based composite oxides such as those described above, and those obtained by partially replacing these transition metals with other elements can be used. These lithium-transition metal composite oxides are excellent in reactivity and cycle durability, and are low-cost materials. Therefore, using these materials for the electrode is advantageous in that a battery having excellent output characteristics can be formed. In addition, LiFePO 4 Phosphoric acid compounds and sulfuric acid compounds of transition metals and lithium; 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , MoO 3 Transition metal oxides and sulfides such as PbO 2 , AgO, NiOOH and the like.
[0044]
The particle size of the positive electrode active material is preferably smaller than the particle size generally used in a solution type lithium ion battery in order to reduce the electrode resistance of a bipolar battery. Specifically, the average particle diameter of the positive electrode active material fine particles is preferably 0.1 to 5 μm.
[0045]
Examples of the conductive additive include acetylene black, carbon black, and graphite. However, it is not limited to these.
[0046]
As the binder, polyvinylidene fluoride (PVDF), SBR, polyimide or the like can be used. However, it is not limited to these.
[0047]
When a polymer solid electrolyte is used for the electrolyte layer, it is desirable that the positive electrode layer also contains the polymer solid electrolyte. By filling the gap between the positive electrode active materials in the positive electrode layer with the solid polymer electrolyte, the ionic conduction in the positive electrode layer becomes smooth, and the output of the entire bipolar battery can be improved.
[0048]
On the other hand, in the case where the electrolyte layer is used by impregnating the polymer gel electrolyte or the electrolytic solution into the separator, the positive electrode layer may not include the electrolyte, but includes a conventionally known binder that binds the positive electrode active material particles. It should just be.
[0049]
The polymer for a polymer solid electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and a copolymer thereof. Such a polyalkylene oxide-based polymer is LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 And other lithium salts. Further, by forming a crosslinked structure, excellent mechanical strength is exhibited. In the present invention, the polymer solid electrolyte is contained in at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. However, in order to further improve the battery characteristics of the bipolar battery, it is preferable that both are included.
[0050]
As the lithium salt, LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 Or a mixture thereof. However, it is not limited to these.
[0051]
The polymer gel electrolyte is a solid polymer electrolyte having ion conductivity containing an electrolyte solution usually used in lithium ion batteries, and further contains a polymer skeleton having no lithium ion conductivity. And those holding similar electrolytes.
[0052]
Here, the electrolyte solution (electrolyte salt and plasticizer) contained in the polymer gel electrolyte may be any one that is usually used in a lithium ion battery. 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 Acid anion salts such as LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 Cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate and the like containing at least one lithium salt (electrolyte salt) selected from organic acid anion salts such as N; chains such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate Ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; Esters such as methyl propionate; amides such as dimethylformamide; and organic solvents (plasticizers) such as aprotic solvents in which at least one or more selected from methyl acetate and methyl formate are mixed. You can use what you used However, it is not limited to these.
[0053]
Examples of the polymer having no lithium ion conductivity used for the polymer gel electrolyte include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), and polymethyl methacrylate (PMMA). it can. However, it is not limited to these. Since PAN, PMMA, and the like fall into the category of having little ionic conductivity, they can be the above-mentioned polymers having ionic conductivity, but are used here as polymer gel electrolytes. It is exemplified as a polymer having no lithium ion conductivity.
[0054]
Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 Inorganic acid anion salts such as Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 Organic acid anions such as N, and mixtures thereof can be used. However, it is not limited to these.
[0055]
The ratio (mass ratio) between the host polymer and the electrolyte in the polymer gel electrolyte may be determined according to the purpose of use and the like, but is in the range of 2:98 to 90:10. That is, leakage of the electrolytic solution from the outer peripheral portion of the electrode layer can be effectively sealed by providing the insulating layer and the insulating portion. Therefore, the battery characteristics can be given a relatively high priority also in the ratio (mass ratio) between the host polymer and the electrolytic solution in the polymer gel electrolyte.
[0056]
In the positive electrode layer, the compounding amounts of the positive electrode active material, the conductive auxiliary material, the binder, the polymer electrolyte (host polymer, electrolyte solution, etc.), the lithium salt, and the like are determined according to the purpose of use of the battery (output-oriented, energy-oriented, etc.), ionic conduction Should be determined with gender in mind. For example, if the blending amount of the polymer electrolyte in the positive electrode layer is too small, the ionic conduction resistance and the ionic diffusion resistance in the positive electrode layer increase, and the battery performance decreases. On the other hand, if the blending amount of the polymer electrolyte in the positive electrode layer is too large, the energy density of the battery decreases. Therefore, a polymer gel electrolysis mass that meets the purpose is determined in consideration of these factors.
[0057]
The thickness of the positive electrode layer is not particularly limited, and should be determined in consideration of the intended use of the battery (e.g., emphasis on output, energy, etc.) and ionic conductivity, as described for the blending amount. The thickness of a general positive electrode layer is about 10 to 500 μm.
[0058]
[Negative electrode layer]
The negative electrode layer contains a negative electrode active material active material. In addition, a conductive auxiliary material for improving electron conductivity, a binder, a polymer electrolyte (a host polymer, an electrolytic solution, or the like), a lithium salt for improving ionic conductivity, and the like can be included.
[0059]
When a polymer solid electrolyte is used for the polymer electrolyte layer, it is desirable that the negative electrode layer also contains the polymer solid electrolyte. By filling the gap between the negative electrode active materials in the negative electrode layer with the solid polymer electrolyte, the ionic conduction in the negative electrode layer becomes smooth, and the output of the entire bipolar battery can be improved.
[0060]
On the other hand, when the polymer electrolyte layer is used by impregnating the separator with a polymer gel electrolyte or an electrolytic solution, the electrolyte does not need to be contained in the negative electrode layer, and a conventionally known binder that binds the negative electrode active material particles to each other is used. It only has to be included. Except for the type of the negative electrode active material, the content is basically the same as that described in the section of “Positive electrode layer”, and thus the description is omitted here.
[0061]
As the negative electrode active material, a negative electrode active material used in a solution-type lithium ion battery can be used. Specifically, carbon, a metal oxide, a lithium-metal composite oxide, or the like can be used, but carbon or a lithium-transition metal composite oxide is preferable. These carbon or lithium-transition metal composite oxides are excellent in reactivity and cycle durability, and are low-cost materials. Therefore, by using these materials for the electrodes, a battery having excellent output characteristics can be formed. In addition, as the lithium-transition metal composite oxide, for example, Li 4 Ti 5 O 12 And the like can be used. As the carbon, for example, graphite (graphite), hard carbon, soft carbon, or the like can be used.
[0062]
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer of the present invention is desirably a polymer electrolyte layer, which will be described below.However, it is also possible to use a separator impregnated with an electrolyte by forming an insulating layer. . By using a polymer solid electrolyte (all solid polymer) for the polymer electrolyte layer, there is no liquid leakage, so that a bipolar battery can be formed with a simple configuration. Further, by using an all-solid polymer, there is no problem of liquid junction, so that a battery having high reliability and excellent output characteristics can be formed. In addition, by using a polymer gel electrolyte for the polymer electrolyte layer, a battery having excellent ionic conductivity, high output density and high energy density can be formed.
[0063]
(1) Polymer solid electrolyte layer
The all-solid polymer used for the polymer electrolyte layer is composed of a polymer having ion conductivity, and the material is not limited as long as it has ion conductivity. As the all solid polymer (polymer solid electrolyte), for example, a known polymer (polymer solid electrolyte) such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), or a copolymer thereof can be used. .
[0064]
The polymer solid electrolyte layer contains a lithium salt in order to secure ion conductivity. As the lithium salt, LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 Or a mixture thereof. However, it is not limited to these.
[0065]
Polyalkylene oxide-based polymers such as PEO and PPO are made of LiBF. 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 And other lithium salts. Further, by forming a crosslinked structure, excellent mechanical strength is exhibited.
[0066]
The polymer solid electrolyte can be contained in the polymer solid electrolyte layer, the positive electrode active material layer, and the negative electrode active material layer, but the same polymer solid electrolyte may be used. Is also good.
[0067]
The thickness of the polymer solid electrolyte layer is not particularly limited. However, in order to obtain a compact solid polymer battery, it is preferable to make the battery as thin as possible as long as the function as a polymer solid electrolyte layer can be secured. The thickness of a general polymer solid electrolyte layer is about 5 to 200 μm.
[0068]
By the way, the polymer for the polymer solid electrolyte which is preferably used at present is a polyether polymer such as PEO and PPO. For this reason, the oxidation resistance on the positive electrode side under high temperature conditions is weak. Therefore, when a positive electrode agent having a high oxidation-reduction potential is generally used in a solution-based lithium ion battery, the capacity of the negative electrode is preferably smaller than the capacity of the positive electrode opposed via the polymer solid electrolyte layer. preferable. When the capacity of the negative electrode is smaller than the capacity of the opposed positive electrode, it is possible to prevent the positive electrode potential from excessively rising at the end of charging. Here, the “positive electrode opposed via the polymer solid electrolyte layer” refers to a positive electrode that is a component of the same unit cell layer (cell). In addition, the capacity of the positive electrode and the negative electrode can be obtained from the manufacturing conditions as a theoretical capacity at the time of manufacturing the positive electrode and the negative electrode. The capacity of the finished product may be measured directly by a measuring device.
[0069]
However, if the capacity of the negative electrode is smaller than the capacity of the opposite positive electrode, the potential of the negative electrode may be too low and the durability of the battery may be impaired. For example, the average charge voltage of one cell layer (cell) is set to an appropriate value for the oxidation-reduction potential of the positive electrode active material to be used, and care is taken so that the durability does not decrease.
[0070]
(2) Polymer gel electrolyte layer
The polymer gel electrolyte is not particularly limited, and those used in conventional gel electrolyte layers can be appropriately used. Here, the gel electrolyte refers to a gel electrolyte in which an electrolyte is held in a polymer matrix. In the present invention, the difference between an all solid polymer electrolyte (also simply referred to as a polymer solid electrolyte) and a gel electrolyte is as follows.
[0071]
A gel electrolyte containing an all-solid polymer electrolyte such as polyethylene oxide (PEO) and an electrolyte used in a normal lithium ion battery.
[0072]
-A polymer electrolyte such as polyvinylidene fluoride (PVDF) having no lithium ion conductivity and having an electrolyte retained therein is also a gel electrolyte.
[0073]
The ratio of the polymer constituting the gel electrolyte (also referred to as a host polymer or a polymer matrix) and the electrolyte is wide, and if 100% by weight of the polymer is an all solid polymer electrolyte and 100% by weight of the electrolyte is a liquid electrolyte, the intermediate Every body is a gel electrolyte.
[0074]
The host polymer of the gel electrolyte is not particularly limited, and a conventionally known host polymer can be used. Preferably, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG) is used. ), Polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), poly (methyl methacrylate) (PMMA) and copolymers thereof are desirable, and the solvent is ethylene carbonate (EC), propylene Carbonate (PC), gamma-butyrolactone (GBL), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and mixtures thereof are preferred.
[0075]
The electrolytic solution (electrolyte salt and plasticizer) of the gel electrolyte is not particularly limited, and conventionally known ones can be used. More specifically, it may be any one that is usually used in a lithium ion battery. 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 Acid anion salts such as LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 Cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate and the like containing at least one lithium salt (electrolyte salt) selected from organic acid anion salts such as N; chains such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate Ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; Esters such as methyl propionate; amides such as dimethylformamide; and organic solvents (plasticizers) such as aprotic solvents in which at least one or more selected from methyl acetate and methyl formate are mixed. You can use what you used However, it is not limited to these.
[0076]
The proportion of the electrolyte solution in the gel electrolyte in the present invention is not particularly limited, but is preferably about several mass% to 98 mass% from the viewpoint of ionic conductivity and the like. The present invention is particularly effective for a gel electrolyte containing a large amount of an electrolytic solution in which the proportion of the electrolytic solution is 70% by mass or more.
[0077]
In the present invention, the amount of the electrolytic solution contained in the gel electrolyte may be made substantially uniform inside the gel electrolyte, or may be gradually reduced from the center to the outer periphery. . The former is preferable because the reactivity can be obtained in a wider range, and the latter is preferable in that the sealing property of the all solid polymer electrolyte portion in the outer peripheral portion with respect to the electrolytic solution can be improved. When the concentration is gradually reduced from the center toward the outer periphery, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and a copolymer thereof having lithium ion conductivity are used as the host polymer. It is desirable.
[0078]
[Insulating layer]
The insulating layer is formed around each electrode for the purpose of preventing current collectors from contacting each other, leaking out of the electrolytic solution, and short-circuiting due to slight irregularities at the ends of the stacked electrodes. Things. In the present invention, it is effective to provide an insulating layer around the electrode on the side where the current collector extension is not bent (the side on which the terminal of FIG. 5A is formed). Note that an insulating layer may be provided on the current collector extension side. This is because, when used as a vehicle drive power source, considering that a longer battery life is desired, during the period of use, the electrolyte layer is used to extend the current collector or the insulating separator. It is because there is no danger of seeping out to the outside, though very slowly. In the case where an insulating layer is also formed on the current collector extension portion side, it is preferable to install the insulating layer on the electrode forming portion side with respect to the folding line in FIG.
[0079]
As the insulating layer, any material having an insulating property, a sealing property (sealing property) against leakage of an electrolyte solution or moisture permeation from the outside, heat resistance at a battery operating temperature, and the like may be used. , Rubber, polyethylene, polypropylene, polyimide and the like can be used, but from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming property), economy, etc., epoxy resins are preferred.
[0080]
[Positive and negative terminal plates]
The positive and negative electrode terminal plates may be used as needed. When used, it is better to have as thin as possible from the viewpoint of thinning in addition to having the function as a terminal, but since the laminated electrodes, electrolyte and current collector all have low mechanical strength, It is desirable to have enough strength to sandwich and support from above. Further, from the viewpoint of suppressing the internal resistance at the terminal portion, it can be said that the thickness of the positive electrode and negative electrode terminal plates is usually preferably about 0.1 to 2 mm.
[0081]
As the material of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal plate, a material usually used in a lithium ion battery can be used. For example, aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), alloys thereof, and the like can be used. It is preferable to use aluminum from the viewpoints of corrosion resistance, ease of production, economy, and the like.
[0082]
The materials of the positive electrode terminal plate and the negative electrode terminal plate may be the same or different. Further, these positive and negative electrode terminal plates may be formed by laminating different materials from each other in multiple layers.
[0083]
The positive and negative electrode terminal plates only need to have the same size as the range up to the electrode forming portion of the current collector or the vicinity of the folding line set outside the electrode forming portion.
[0084]
[Positive and negative electrode leads]
As the positive and negative electrode leads, known leads that are usually used in lithium ion batteries can be used. In addition, since the part taken out of the battery exterior material (battery case) does not have a distance from the heat source of the automobile, it does not affect the automobile parts (especially electronic devices) by contacting them and causing a short circuit. It is preferable to coat with a heat-shrinkable heat-shrinkable tube or the like.
[0085]
[Battery exterior material (battery case)]
In order to prevent external shock and environmental degradation, the bipolar battery body must be entirely covered with a battery exterior material or battery case in order to prevent external impact and environmental degradation during use. (Not shown). From the viewpoint of weight reduction, a conventionally known battery package such as a polymer-metal composite laminate film or an aluminum laminate pack in which a metal (including an alloy) such as aluminum, stainless steel, nickel, or copper is coated with an insulator such as a polypropylene film. It is preferable that the battery laminate is housed and sealed by using a material and joining a part or all of its peripheral portion by heat fusion. In this case, the positive electrode and the negative electrode lead may have a structure sandwiched between the heat-sealed portions and exposed to the outside of the battery exterior material. In addition, the use of a polymer-metal composite laminate film or aluminum laminate pack with excellent thermal conductivity allows the heat to be efficiently transmitted from the heat source of the vehicle and quickly heats the inside of the battery to the battery operating temperature. preferable.
[0086]
Next, in the present invention, an assembled battery formed by connecting a plurality of the above bipolar batteries can be provided. That is, a high-capacity, high-output battery module can be formed by using at least two or more bipolar batteries connected in series and / or in parallel to constitute a battery pack. Therefore, it is possible to respond to the demand for the battery capacity and output for each purpose of use relatively inexpensively.
[0087]
Specifically, for example, the above-mentioned N bipolar batteries are connected in parallel, and N parallel bipolar batteries are further connected in series to be stored in a metal or resin battery pack case to form a battery pack. . At this time, the number of series / parallel connected bipolar batteries is determined according to the purpose of use. For example, a large-capacity power supply such as an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) may be combined so as to be applicable to a driving power supply of a vehicle requiring a high energy density and a high output density. Further, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal for the assembled battery and the electrode lead of each bipolar battery may be electrically connected using a lead wire or the like. When the bipolar batteries are connected in series / parallel, they may be electrically connected using a suitable connecting member such as a spacer or a bus bar. However, the battery pack of the present invention should not be limited to the battery described here, and a conventionally known battery can be appropriately used. In addition, the assembled battery may be provided with various measuring devices and control devices according to the intended use, for example, a voltage measuring connector or the like may be provided to monitor the battery voltage. There is no particular limitation.
[0088]
According to the present invention, a vehicle equipped with the bipolar battery and / or the assembled battery as a driving power source can be provided. The bipolar battery and / or assembled battery of the present invention has various characteristics as described above, and is particularly a compact battery. For this reason, the present invention provides an electric vehicle and a hybrid vehicle which are suitable as a drive power source for a vehicle, for example, an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, which has particularly strict requirements regarding energy density and output density, and which are excellent in fuel efficiency and running performance. it can. For example, it is convenient to mount a battery pack as a driving power source under a seat in the center of the body of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, because it is possible to widen a company space and a trunk room. However, the present invention is not limited to these, and the battery can be installed under the floor of the vehicle, in a trunk room, in an engine room, on a roof, in a hood, or the like. In the present invention, not only the assembled battery but also a bipolar battery may be mounted depending on the intended use, or the assembled battery and the bipolar battery may be mounted in combination. Further, as the vehicle on which the bipolar battery and / or the assembled battery of the present invention can be mounted as a driving power source, the above-described electric vehicle or hybrid electric vehicle is preferable, but is not limited thereto.
[0089]
The method for manufacturing the bipolar battery of the present invention is not particularly limited, and various conventionally known methods can be appropriately used. The following is a brief description. However, when laminating the bipolar electrode and the electrolyte layer, an insulation treatment section such as an insulating separator is provided on the current collector extension part where a part of the current collector is extended, and the bipolar electrode and the electrolyte layer are further laminated. The method of folding the current collector extension portion and the insulating separator to enclose the electrode forming portion later is the same as that described with reference to FIG. 5, and thus description thereof will be omitted or simplified.
[0090]
(1) Application of positive electrode composition
First, a suitable current collector to which the current collector extension has been added is prepared. The positive electrode composition is usually obtained as a slurry (positive electrode slurry), and is applied to one surface of the current collector.
[0091]
The positive electrode slurry is a solution containing a positive electrode active material. As other components, a conductive auxiliary, a binder, a polymerization initiator, a raw material of a polymer electrolyte (a polymer for a solid electrolyte or a host polymer for a gel electrolyte, an electrolyte solution, and the like), and a lithium salt are optionally included. When a polymer gel electrolyte is used for the polymer electrolyte layer, it is sufficient that the polymer electrolyte layer contains a conventionally known binder for binding the positive electrode active material fine particles to each other, a conductive auxiliary agent for increasing electron conductivity, a solvent, and the like. The host polymer, the electrolyte, the lithium salt, and the like as the raw material of the gel electrolyte may not be contained.
[0092]
Examples of the polymer raw material for the polymer electrolyte include PEO, PPO, and a copolymer thereof, and the polymer material preferably has a crosslinkable functional group (such as a carbon-carbon double bond) in the molecule. By cross-linking the polymer electrolyte using the cross-linkable functional group, the mechanical strength is improved.
[0093]
As for the positive electrode active material, the conductive additive, the binder, and the lithium salt, the compounds described above can be used.
[0094]
The polymerization initiator needs to be selected according to the compound to be polymerized. For example, benzyldimethyl ketal is used as a photopolymerization initiator, and azobisisobutyronitrile is used as a thermal polymerization initiator.
[0095]
The solvent such as NMP is selected according to the type of the positive electrode slurry.
[0096]
The amounts of the positive electrode active material, the lithium salt, and the conductive additive may be adjusted according to the purpose of the bipolar battery or the like, and may be generally used. The amount of the polymerization initiator to be added is determined according to the number of crosslinkable functional groups contained in the polymer material. Usually, it is about 0.01 to 1% by mass with respect to the polymer raw material.
[0097]
(2) Formation of positive electrode layer (electrode formation part)
The current collector coated with the positive electrode slurry is dried to remove the contained solvent. At the same time, depending on the slurry for the positive electrode, a cross-linking reaction may be advanced to increase the mechanical strength of the solid polymer electrolyte. For drying, a vacuum dryer or the like can be used. Drying conditions are determined according to the applied slurry for the positive electrode and cannot be uniquely defined, but are usually from 40 to 150 ° C. for 5 minutes to 20 hours. By such a drying treatment, a positive electrode layer (electrode forming portion) is formed on the current collector.
[0098]
(3) Application of composition for negative electrode
A negative electrode composition (negative electrode slurry) containing a negative electrode active material is applied to the surface opposite to the surface on which the positive electrode layer is applied.
[0099]
The negative electrode slurry is a solution containing a negative electrode active material. As other components, a conductive auxiliary, a binder, a polymerization initiator, a raw material of a polymer electrolyte (a polymer for a solid electrolyte or a host polymer for a gel electrolyte, an electrolyte solution, and the like), and a lithium salt are optionally included. The raw materials used and the amounts added are the same as those described in the section of “(1) Application of positive electrode composition”, and thus description thereof is omitted here.
[0100]
(4) Formation of negative electrode layer (electrode formation part)
The current collector coated with the negative electrode slurry is dried to remove the contained solvent. At the same time, depending on the slurry for the negative electrode, the cross-linking reaction may proceed to increase the mechanical strength of the polymer electrolyte. By this operation, a bipolar electrode is completed. For drying, a vacuum dryer or the like can be used. The drying conditions are determined according to the applied slurry for the negative electrode, and cannot be uniquely defined, but are usually at 40 to 150 ° C. for 5 minutes to 20 hours. By such a drying process, a negative electrode layer (electrode forming portion) is formed on the current collector.
[0101]
(5) Formation of electrolyte layer
When the polymer solid electrolyte layer is used, the polymer solid electrolyte layer is produced by, for example, curing a solution prepared by dissolving a raw material polymer of the polymer solid electrolyte, a lithium salt, or the like in a solvent such as NMP. When a polymer gel electrolyte layer is used, for example, as a raw material of the polymer gel electrolyte, a pre-gel solution comprising a host polymer and an electrolyte solution, a lithium salt, a polymerization initiator, and the like are simultaneously heated and dried under an inert atmosphere. It is produced by polymerizing (promoting a crosslinking reaction).
[0102]
For example, the prepared solution or pregel solution is applied on the electrode (positive electrode and / or negative electrode), and an electrolyte layer having a predetermined thickness or a part thereof (an electrolyte membrane having a thickness of about half the electrolyte layer thickness) is formed. Form. Thereafter, by curing or heating and drying the electrode on which the electrolyte layer (membrane) is laminated and polymerizing (promoting a crosslinking reaction), the mechanical strength of the electrolyte is increased, and the electrolyte layer (membrane) is formed into a film (completed). Let it do).
[0103]
Alternatively, an electrolyte layer laminated between the electrodes or a part thereof (an electrolyte membrane having a thickness of about half the electrolyte layer thickness) is separately prepared. The electrolyte layer (membrane) is produced by applying the above solution or pregel solution on a suitable film such as a PET film, and curing (or accelerating the crosslinking reaction) at the same time as heating and drying.
[0104]
For curing or heat drying, a vacuum dryer (vacuum oven) or the like can be used. The conditions of the heat drying are determined according to the solution or the pregel solution and cannot be uniquely defined, but are usually at 30 to 110 ° C. for 0.5 to 12 hours.
[0105]
The thickness of the electrolyte layer (membrane) can be controlled using a spacer or the like. When a photopolymerization initiator is used, it is poured into a light-transmitting gap and irradiated with ultraviolet rays using an ultraviolet irradiation device capable of drying and photopolymerization, thereby photopolymerizing the polymer in the electrolyte layer and performing a crosslinking reaction. It is advisable to proceed the film formation. However, it is a matter of course that the present invention is not limited to this method. Depending on the type of the polymerization initiator, radiation polymerization, electron beam polymerization, thermal polymerization, and the like are properly used.
[0106]
Further, since the film used above may be heated to about 80 ° C. during the manufacturing process, the film has sufficient heat resistance at the temperature, and has no reactivity with the solution or the pregel solution. It is desirable to use a material excellent in releasability from the necessity of peeling and removing with, for example, polyethylene terephthalate (PET), a polypropylene film and the like can be used, but it is not limited thereto.
[0107]
The width of the electrolyte layer is often slightly smaller than the size of the electrode forming portion of the current collector of the bipolar electrode.
[0108]
The composition of the above solution or pregel solution and the amount thereof should be appropriately determined according to the purpose of use.
[0109]
The separator impregnated with the electrolytic solution has the same configuration as the electrolyte layer used for the conventional non-bipolar type solution-based bipolar battery, and conventionally known various manufacturing methods, for example, a separator impregnated with the electrolytic solution is used. Since it can be manufactured by a method of sandwiching and stacking between bipolar electrodes or a vacuum injection method, a detailed description thereof will be omitted below.
[0110]
(6) Lamination of bipolar electrode and polymer electrolyte layer
{Circle around (1)} In the case of a bipolar electrode having an electrolyte layer (membrane) formed on one or both sides, sufficiently heat and dry under a high vacuum, and then form a plurality of electrodes having the electrolyte layer (membrane) in an appropriate size. The bipolar battery main body (electrode laminate) is manufactured by cutting out the individual pieces and directly attaching the cut out electrodes.
[0111]
(2) In the case where the bipolar electrode and the electrolyte layer (membrane) are separately manufactured, they are sufficiently heated and dried under a high vacuum, and then each of the bipolar electrode and the electrolyte layer (membrane) is cut into a plurality of appropriate sizes. . A predetermined number of the cut-out bipolar electrodes and the electrolyte layer (membrane) are attached to each other to produce a bipolar battery main body (electrode laminate).
[0112]
In addition, at the time of lamination, an insulating film such as a polyimide film of an appropriate thickness is laminated while being glued with glue at several places on the surface of the current collector extension portion so that the current collectors are not in contact with each other and short-circuited. (See FIG. 5). However, in the present invention, the present invention is not limited to this, and as described above, in the production stage of the current collector, if the insulating portion such as an insulating film is coated on the current collector extension, In the step of laminating the bipolar electrode and the polymer electrolyte layer, the operation can be performed without any difference from the conventional bipolar battery.
[0113]
The number of layers of the electrode stack is determined in consideration of battery characteristics required for a bipolar battery. In the outermost layer on the positive electrode side, an electrode in which only the positive electrode layer is formed on the current collector is arranged. In the outermost layer on the negative electrode side, an electrode in which only the negative electrode layer is formed on the current collector is arranged. The step of obtaining a bipolar battery by laminating a bipolar electrode and an electrolyte layer (membrane) or laminating an electrode on which an electrolyte layer (membrane) is formed is difficult from the viewpoint of preventing moisture and the like from being mixed into the battery. It is preferable to carry out under an active atmosphere. For example, a bipolar battery is preferably manufactured in an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere.
[0114]
(7) Formation of insulating layer
In the present invention, for example, four or two sides (two sides adjacent to the current collector extension) around the electrode forming portion of the electrode laminate are immersed in an epoxy resin (precursor solution) or the like with a predetermined width. Is injected or impregnated. In any case, the current collector extension is previously masked using a releasable masking material or the like. After that, the epoxy resin is cured to form an insulating portion, and then the masking material may be peeled off.
[0115]
(8) Lead terminal connection
A positive electrode terminal plate and a negative electrode terminal plate are respectively installed on both outermost electron conductive layers of the bipolar battery body (battery laminate), and sides of the positive electrode terminal plate and the negative electrode terminal plate that are not on the current collector extension side. Then, the positive electrode lead and the negative electrode lead are joined (electrically connected) (see FIG. 5). As a joining method of the positive electrode lead and the negative electrode lead, ultrasonic welding or the like having a low joining temperature can be preferably used, but it is not limited to this, and a conventionally known joining method may be appropriately used. Can be.
[0116]
(9) Encapsulation of electrode forming part by current collector extension
Insulating portions such as a current collector extension portion and an insulating separator of the electrode laminate are bent up and down to wrap the electrode forming portion from above and below (see FIGS. 5A and 5B). Since this point has already been described, description thereof will be omitted here.
[0117]
(10) Packing (completion of battery)
Finally, in order to prevent external impact and environmental degradation, the entire battery stack, which is configured to enclose the electrode forming portion with the current collector extension, is sealed with a battery exterior material or battery case, Complete the battery. At the time of sealing, a part of the positive electrode lead and the negative electrode lead is taken out of the battery. The material of the battery exterior material (battery case) is preferably a metal (aluminum, stainless steel, nickel, copper, or the like) whose inner surface is covered with an insulator such as a polypropylene film.
[0118]
【Example】
The effects of the present invention will be described using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following examples.
[0119]
Example 1
<Manufacture of batteries>
1. Formation of positive electrode layer
Spinel LiMn having an average particle diameter of 2 μm as a positive electrode active material 2 O 4 [41.7% by mass], acetylene black [8.3% by mass] as a conductive additive, a raw material of a polymer electrolyte, and a copolymer of polyethylene oxide (PEO) and polypropylene oxide (PPO) as a host polymer (copolymer). A polymer having a polymerization ratio of 5: 1 and a weight average molecular weight of 8000 was used.) [33.3% by mass], and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N [16.7% by mass], N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a slurry viscosity adjusting solvent (NMP is volatilized and removed when the electrode is dried, so it is not a constituent material of the electrode but an appropriate slurry viscosity. And a material composed of AIBN (1000 mass ppm based on the amount of the host polymer) as a thermal polymerization initiator was converted into the above ratio (components excluding the slurry viscosity adjusting solvent and the thermal polymerization initiator). The ratio is shown below.) To prepare a positive electrode slurry.
[0120]
The positive electrode slurry is applied to one side of a SUS foil (thickness: 20 μm) as a current collector, placed in a vacuum oven, dried at 120 ° C. for 10 minutes, and simultaneously cured by thermal polymerization to form a positive electrode layer having a dry thickness of 50 μm. did.
[0121]
2. Formation of negative electrode layer
Li as negative electrode active material 4 Ti 5 O 12 [21.8% by mass], acetylene black [8.4% by mass] as a conductive additive, and a copolymer (copolymerization) of polyethylene oxide (PEO) and polypropylene oxide (PPO) as a host polymer as a raw material of a polymer electrolyte A ratio of 5: 1 and a weight average molecular weight of 8000 were used.) [42.1% by mass], and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N [21.3% by mass], NMP as a slurry viscosity adjusting solvent (NMP is volatilized and removed at the time of electrode drying. Therefore, an appropriate amount was added so as to obtain an appropriate slurry viscosity instead of a constituent material of the electrode. ) And a material consisting of AIBN (1000 mass ppm based on the amount of the host polymer) as the thermal polymerization initiator are mixed in the above-mentioned ratio (the ratio is expressed by components excluding the slurry viscosity adjusting solvent and the thermal polymerization initiator). Thus, a negative electrode slurry was prepared. In addition, Li used for the negative electrode active material was used. 4 Ti 5 O 12 Has an average particle size of 10 μm, and has a structure in which primary particles of 0.2 to 0.5 μm are necked to some extent.
[0122]
The negative electrode slurry was applied to the opposite surface of the SUS foil on which the positive electrode layer was formed, placed in a vacuum oven, dried at 120 ° C. for 10 minutes, and simultaneously cured by thermal polymerization to form a negative electrode layer having a dry thickness of 50 μm.
[0123]
A bipolar electrode was formed by forming a positive electrode layer and a negative electrode layer on both sides of a SUS foil as a current collector (see FIGS. 1 and 5A).
[0124]
3. Formation of polymer electrolyte (layer) membrane
An electrolyte membrane having a thickness of 50 μm was laminated on each of the positive electrode and the negative electrode of the bipolar electrode having the positive electrode and the negative electrode formed on both surfaces.
[0125]
The production of the polymer electrolyte membrane was performed as follows. 53% by mass of the following polymer raw material, and LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 Was added, and benzyldimethyl ketal as a photopolymerization initiator was added in an amount of 0.1% by mass of a polymer material. A solution was prepared using dry acetonitrile as a solvent, and then acetonitrile was removed by vacuum distillation. The thickness is regulated using a Teflon (registered trademark) spacer, and the highly viscous solution is filled on the positive electrode layer of a bipolar electrode having a positive electrode layer and a negative electrode layer formed on both sides, and irradiated with ultraviolet rays for 20 minutes to perform photopolymerization. (Crosslinked). The membrane was taken out, placed in a vacuum vessel, and heated and dried under high vacuum at 90 ° C. for 12 hours to remove residual moisture and solvent, thereby forming an electrolyte membrane having a thickness of 50 μm. Similarly, the above highly viscous solution was filled also on the negative electrode layer of the bipolar electrode, and irradiated with ultraviolet rays for 20 minutes to perform photopolymerization (crosslinking). The membrane was taken out, placed in a vacuum vessel, and heated and dried under high vacuum at 90 ° C. for 12 hours to remove residual moisture and solvent, thereby forming an electrolyte membrane having a thickness of 50 μm.
[0126]
As the polymer raw material, a polyether-type network polymer raw material synthesized according to the method described in the literature (J. Electrochem. Soc., 145 (1998) 1521.) was used.
[0127]
4. Formation of bipolar battery
The bipolar electrode on which the electrolyte membrane was formed was laminated so that the positive electrode and the negative electrode faced each other with the electrolyte interposed therebetween, thereby forming a unit cell layer.
[0128]
A 10 μm-thick polyimide film was laminated as an insulating film on the current collector extension so as to prevent the current collectors from contacting each other and causing a short circuit (see FIG. 5).
[0129]
The electrodes were stacked so that 10 unit cell layers (10 unit cell layers) were formed. Thereafter, the current collector extension and the polyimide film are bent vertically along the fold line as shown in FIG. 5 (a), and as shown in FIG. A battery laminate having a structure in which the applied portion was wrapped from above and below was obtained.
[0130]
This battery laminate was sealed with a laminate pack (aluminum laminated with a polypropylene film; battery exterior material) to form a bipolar battery. In addition, as shown in FIG. 5B, the electrode lead was formed on the current collector extension side and taken out of the battery exterior material.
[0131]
Comparative Example 1
A laminate pack (aluminum made of a polypropylene film made of aluminum) was obtained by laminating a battery laminate in which 10 layers (10 single battery layers) were laminated in the same manner as in Example 1 except that a current collector having no current collector extension was used as Comparative Example 1. (A battery exterior material) to form a bipolar battery.
[0132]
<Evaluation>
A nail piercing test was performed on the conventional polymer electrolyte bipolar battery without the current collector extension of Example 1 and Comparative Example 1 at full charge (see FIG. 5B).
[0133]
In a conventional bipolar battery, the voltage of each cell layer was measured after nail penetration, and the voltage of three layers was 0 V, and the remaining seven layers maintained a voltage of 3 V or more.
[0134]
On the other hand, in the bipolar battery of the present invention, the voltages of all the cell layers became 0 V after nail penetration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view schematically showing a basic structure of a bipolar electrode constituting a bipolar battery of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing a basic structure of a unit cell layer (single cell) constituting the bipolar battery of the present invention.
FIG. 3 is a schematic sectional view schematically showing a basic structure of a bipolar battery of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing a basic configuration of a bipolar battery of the present invention.
FIG. 5 (a) is a developed view (or a manufacturing view) schematically showing a state where a part of the current collector 1 is extended so that the structure of a characteristic portion of the present invention can be easily understood. FIG. 5B is a schematic side sectional view schematically showing a structure in which an electrode forming portion is wrapped by a current collector extension, and FIG. FIG. 5D is a schematic explanatory view showing a state in which one sheet of separator is folded into two parts and the fold is set so as to hit one end face of the current collector extension, and FIG. FIG. 7 is a schematic explanatory view showing another state in which the separator is folded into two and the fold is set so as to hit one end face of the current collector extension.
[Explanation of symbols]
1 ... current collector (metal foil)
2 ... Positive electrode layer,
3: Negative electrode layer,
4 ... Electrolyte layer (electrolyte membrane),
5 ... Bipolar electrode,
5a: an electrode having a positive electrode layer disposed only on one required surface of the current collector;
5b: an electrode in which a negative electrode layer is arranged on only one required surface of the current collector,
6 ... unit cell layer (single cell),
7 ... electrode laminate,
8 Positive electrode lead,
9 ... negative electrode lead,
10. Battery exterior material,
11 ... bipolar battery,
21 ... electrode forming part (positive electrode layer and negative electrode layer),
23, 23a, 23b ... current collector extension,
25 ... insulating separator.

Claims (6)

集電体である金属箔に電極を形成し、この電極を電解質を挟んで積層することにより構成した積層型電池において、
集電体の一部が延長されており、延長された部分で電極形成部分を包み込む構造になっていることを特徴とする積層型電池。
An electrode is formed on a metal foil that is a current collector, and in a stacked battery configured by stacking the electrode with an electrolyte interposed therebetween,
A stacked battery, wherein a part of the current collector is extended, and the extended portion surrounds the electrode forming portion.
集電体の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極を、電解質を挟んで複数枚直列に積層したバイポーラリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項1に記載の積層型電池。A bipolar lithium ion secondary battery in which a plurality of bipolar electrodes each having a positive electrode formed on one surface of a current collector and a negative electrode formed on the other surface are stacked in series with an electrolyte interposed therebetween. Item 2. The stacked battery according to Item 1. 前記電解質に、高分子電解質を用いたことを特徴とする請求項1または2に記載の積層型電池。The stacked battery according to claim 1, wherein a polymer electrolyte is used as the electrolyte. 正極活物質としてリチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極活物質としてカーボンもしくはリチウム−遷移金属複合酸化物を用いたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層型電池。The laminated type according to any one of claims 1 to 3, wherein a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material, and carbon or a lithium-transition metal composite oxide is used as the negative electrode active material. battery. 請求項1〜4に記載の積層型電池を複数個接続して構成した組電池。An assembled battery comprising a plurality of the stacked batteries according to claim 1 connected to each other. 請請求項1〜4に記載の積層型電池および/または請求項5に記載の組電池を駆動用電源として搭載してなることを特徴とする車両。A vehicle comprising the stacked battery according to any one of claims 1 to 4 and / or the assembled battery according to claim 5 as a driving power supply.
JP2003036705A 2003-02-14 2003-02-14 Laminated battery Withdrawn JP2004247209A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003036705A JP2004247209A (en) 2003-02-14 2003-02-14 Laminated battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003036705A JP2004247209A (en) 2003-02-14 2003-02-14 Laminated battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004247209A true JP2004247209A (en) 2004-09-02

Family

ID=33021722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003036705A Withdrawn JP2004247209A (en) 2003-02-14 2003-02-14 Laminated battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004247209A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006127857A (en) * 2004-10-27 2006-05-18 Nissan Motor Co Ltd Bipolar battery, battery pack and vehicle equipped with their batteries
JP2006185854A (en) * 2004-12-28 2006-07-13 Nissan Motor Co Ltd Bipolar battery
KR100870457B1 (en) * 2006-05-22 2008-11-25 주식회사 엘지화학 Battery Module
JP2009530778A (en) * 2006-03-20 2009-08-27 中信国安盟固利新能源科技有限公司 Soft package large capacity lithium ion battery and method of manufacturing the same
JP2013152935A (en) * 2013-02-28 2013-08-08 Lg Chem Ltd Large capacity battery pack
JP2015156323A (en) * 2014-02-20 2015-08-27 日産自動車株式会社 bipolar secondary battery
CN106663839A (en) * 2015-01-14 2017-05-10 株式会社东芝 Nonaqueous electrolyte battery and battery pack
JP2019087525A (en) * 2017-11-07 2019-06-06 トヨタ自動車株式会社 All-solid-state battery

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006127857A (en) * 2004-10-27 2006-05-18 Nissan Motor Co Ltd Bipolar battery, battery pack and vehicle equipped with their batteries
JP4581628B2 (en) * 2004-10-27 2010-11-17 日産自動車株式会社 Bipolar battery
JP2006185854A (en) * 2004-12-28 2006-07-13 Nissan Motor Co Ltd Bipolar battery
JP2009530778A (en) * 2006-03-20 2009-08-27 中信国安盟固利新能源科技有限公司 Soft package large capacity lithium ion battery and method of manufacturing the same
KR101165287B1 (en) 2006-03-20 2012-07-19 시틱 구오안 맹굴리 뉴 에너지 테크놀로지 씨오., 엘티디. A soft packaged and high capacity lithium ion battery and the manufacture method of the same
KR100870457B1 (en) * 2006-05-22 2008-11-25 주식회사 엘지화학 Battery Module
JP2013152935A (en) * 2013-02-28 2013-08-08 Lg Chem Ltd Large capacity battery pack
JP2015156323A (en) * 2014-02-20 2015-08-27 日産自動車株式会社 bipolar secondary battery
CN106663839A (en) * 2015-01-14 2017-05-10 株式会社东芝 Nonaqueous electrolyte battery and battery pack
US10305146B2 (en) 2015-01-14 2019-05-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Non-aqueous electrolyte battery and battery pack
JP2019087525A (en) * 2017-11-07 2019-06-06 トヨタ自動車株式会社 All-solid-state battery
JP7000975B2 (en) 2017-11-07 2022-02-03 トヨタ自動車株式会社 All solid state battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4155054B2 (en) Bipolar battery
JP4055642B2 (en) High speed charge / discharge electrodes and batteries
JP4876920B2 (en) Bipolar battery
JP4972862B2 (en) Method for manufacturing battery electrode
JP4370902B2 (en) Bipolar battery and manufacturing method thereof.
JP5266618B2 (en) Bipolar battery
JP5401756B2 (en) Secondary battery
JP4100188B2 (en) Bipolar battery
JP4967230B2 (en) Battery structure
JP5392328B2 (en) Solid electrolyte battery
JP2004362859A (en) Lithium-ion secondary battery
JP2005174691A (en) Bipolar battery
JP2006202680A (en) Polymer battery
JP4984386B2 (en) Battery structure
JP5023428B2 (en) Solid electrolyte battery
JP5631537B2 (en) Bipolar secondary battery
JP4427976B2 (en) Bipolar battery
JP2004247209A (en) Laminated battery
JP2005174844A (en) Bipolar battery
JP4341427B2 (en) Bipolar battery
JP4066760B2 (en) Bipolar battery
JP4032931B2 (en) Bipolar battery
JP2004335302A (en) Polymer battery, and manufacturing method of electrode for polymer battery
JP2004220829A (en) Bipolar battery
JP4433783B2 (en) Bipolar battery

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20060509