JP2005310402A - バイポーラ電池、組電池、および、これらを搭載した車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】集電体11の一方の面に正極活物質層12が形成され他方の面に負極活物質層13が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層14を挟んで積層されてなる電池要素と、電池要素の最外層に電気的に接続され、電流を取り出すための電極タブ30と、電池要素を密閉する外装と、外装内において、電池要素の集電体11、16および電極タブ30が露出する部分を絶縁する絶縁部材50と、を有するバイポーラ電池。
【選択図】図1
Description
本発明のバイポーラ電池は、集電体の一方の面に正極活物質層が形成され他方の面に負極活物質層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質を挟んで積層されてなる電池要素と、前記電池要素の最外層に電気的に接続され、電流を取り出すための電極タブと、前記電池要素を密閉する外装と、前記外装内において、前記電池要素の前記集電体および前記電極タブが露出する部分を絶縁する絶縁部と、を有する
図1は本発明を適用したバイポーラ電池の構造を説明するための断面図である。
集電体は、その表面材質がアルミニウムである。表面材質がアルミニウムであると、形成される活物質層が固体高分子電解質を含む場合であっても、高い機械的強度を有する活物質層となる。集電体は表面材質がアルミニウムであれば、その構成については特に限定されない。集電体がアルミニウムそのものであってもよい。また、集電体の表面がアルミニウムで被覆されている形態であってもよい。つまり、アルミニウム以外の物質(銅、チタン、ニッケル、SUS、これらの合金など)の表面に、アルミニウムを被覆させた集電体であってもよい。場合によっては、2以上の板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、アルミニウム箔単体を集電体として用いることが好ましい。集電体の厚さは特に限定されないが、通常は10〜100μm程度である。
正極活物質層は、正極活物質、固体高分子電解質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるために支持塩(リチウム塩)、電子伝導性を高めるために導電助剤、スラリー粘度の調整溶媒としてNMP(N−メチル−2−ピロリドン)、重合開始材としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)などが含まれ得る。
負極活物質層は、負極活物質、固体高分子電解質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるために支持塩(リチウム塩)、電子伝導性を高めるために導電助剤、スラリー粘度の調整溶媒としてNMP(N−メチル−2−ピロリドン)、重合開始材としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)などが含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極活物質」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。
イオン伝導性を有する高分子から構成される層であり、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。液漏れの防止のために固体電解質を用いることが好ましい。固体電解質としては、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固体高分子電解質が挙げられる。固体高分子電解質層中には、イオン伝導性を確保するために支持塩(リチウム塩)が含まれる。支持塩としては、LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、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。PEO、PPOのようなポリアルキレンオキシド系高分子は、LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2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。
ラミネートシートは電池の外装材として用いられる。一般には、熱融着性樹脂フィルム、金属箔、剛性を有する樹脂フィルムがこの順序で積層された高分子金属複合フィルムが用いられる。
次に、実際に上記バイポーラ電池を製作して評価を行った実施例について説明する。
実施例として、上記実施形態に対応するバイポーラ電池10を複数作成した。作成したバイポーラ電池の共通する構成は、次の通りである。
実施例1では、絶縁部材50として、絶縁基材であるナイロン(登録商標)層を溶融層であるポリプロピレンフィルムで挟みこんだ3層フィルムを用いた。該3層フィルムにより、各層のモニター用タブ35の外装40内で露出する部分を覆い、熱融着させて絶縁処理した。電極タブ30も同様に、外装40内で露出する部分に3層フィルムを巻きつけて、熱融着させて絶縁処理した。
実施例2では、絶縁部材50として、厚み40μmで片面に粘着材が塗布された粘着フィルムを用いた。粘着フィルムを、各層のモニター用タブ35の外装40内で露出する部分に巻きつけて絶縁処理した。電極タブ30にも同様に、粘着フィルムを巻きつけて絶縁処理した。
実施例3では、モニター用タブ35を覆う絶縁部材50として、厚み40μmの絶縁基材であるナイロン(商標登録)層を溶融層であるポリプロピレンフィルムで挟み込んだ3層フィルムを用いた。3層フィルムを、各層のモニター用タブ35の外装40内で露出する部分に巻きつけて絶縁処理した。
また、この評価の比較例として、絶縁部材50を設けない以外、第1実施例と同様の構造を有するバイポーラ電池を形成した。
まず、実施例1〜3、および比較例1のバイポーラ電池について、0.1Cに相当する電流で、29.4Vとなるまで、10時間の定電流低電圧(CCCV)充電を行った。そして、満充電状態の各バイポーラ電池について、モニター用タブにより各単電池層15の電圧を検出し、また全単電池層15の総電圧を検出した。
第2実施形態では、上記第1実施形態のバイポーラ電池10を複数個、並列および/または直列に接続して、組電池を構成する。
第3実施形態では、上記第1実施形態のバイポーラ電池10または第2実施形態の組電池60を駆動用電源として搭載して、車両を構成する。バイポーラ電池10または組電池60をモータ用電源として用いる車両としては、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車など、車輪をモータによって駆動している自動車がある。
11…集電体、
12…正極活物質層、
13…負極活物質層、
14…電解質層、
15…単電池層、
16…端部集電体、
17…シール部材、
20…電池要素、
21…集合体、
30…電極タブ、
35…モニター用タブ、
40…外装、
41…ラミネートシート、
42…空間、
50、51…絶縁部材、
55…マスキングテープ、
56…水槽、
57…銅コイル、
60…組電池、
70…自動車。
Claims (11)
- 集電体の一方の面に正極活物質層が形成され他方の面に負極活物質層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質を挟んで積層されてなる電池要素と、
前記電池要素の最外層に電気的に接続され、電流を取り出すための電極タブと、
前記電池要素を密閉する外装と、
前記外装内において、前記電池要素の前記電極タブが露出する部分を絶縁する絶縁部と、
を有するバイポーラ電池。 - 隣接する前記正極活物質層、前記電解質、および前記負極活物質層を含んで構成される各単電池層の電圧を検出するために、前記集電体に電気的に接続されるモニター用タブをさらに有し、
前記絶縁部は、前記外装内において、前記モニター用タブが露出する部分を絶縁することを特徴とする請求項1に記載のバイポーラ電池。 - 前記絶縁部は、樹脂膜からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のバイポーラ電池。
- 前記絶縁部は、絶縁性を有しフィルム状の基材と、該基材の片面に設けられ熱により溶融する溶融層と、を有する熱融着フィルムからなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のバイポーラ電池。
- 前記絶縁部は、絶縁性を有しフィルム状の基材と、該基材の片面に設けられる粘着層と、を有する粘着フィルムからなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のバイポーラ電池。
- 前記絶縁部は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド系合成繊維、ポリスチレン、ポリアミド、またはポリイミドから形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のバイポーラ電池。
- 前記絶縁部は、アルミニウム製のタブを酸化させて表面に形成された酸化被膜からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のバイポーラ電池。
- 前記電解質は、ゲルポリマー電解質であり、ポリマー骨格に保持されて、前記バイポーラ電極に挟まれていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のバイポーラ電池。
- 前記正極活物質層には、リチウムと遷移金属との複合酸化物が含まれ、
前記負極活物質層には、カーボンもしくはリチウムと遷移金属との複合酸化物が含まれる請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載のバイポーラ電池。 - 請求項1〜9に記載のバイポーラ電池を複数個接続してなる組電池。
- 請求項1〜9に記載のバイポーラ電池、または請求項10に記載の組電池を駆動用電源として搭載してなる車両。
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