JP2005340089A - Bipolar battery, assembled battery, and vehicle equipped with the batteries - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バイポーラ電池、該バイポーラ電池を複数接続した組電池、これらを搭載した車両に関する。 The present invention relates to a bipolar battery, an assembled battery in which a plurality of bipolar batteries are connected, and a vehicle equipped with these batteries.
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積層型のバイポーラ電池に注目が集まっている。 In recent years, reduction of carbon dioxide emissions has been strongly desired for environmental protection. In the automobile industry, there are high expectations for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), and we are eager to develop secondary batteries for motor drives that hold the key to their practical application. Has been done. As a secondary battery, attention is focused on a stacked bipolar battery that can achieve a high energy density and a high output density.
バイポーラ電池は、バイポーラ電極と電解質層とを交互に積層してなる電池要素を含む。バイポーラ電極は、集電体の一方の面に正極活物質層を形成し他方の面に負極活物質層を形成してなる。 A bipolar battery includes a battery element in which bipolar electrodes and electrolyte layers are alternately stacked. The bipolar electrode is formed by forming a positive electrode active material layer on one surface of a current collector and forming a negative electrode active material layer on the other surface.
このようなバイポーラ電池においては、従来から高容量を目的として、設計されているものが多い。このため、正極活物質層および負極活物質層は、電解質層と比べ厚く形成されている。あるいは、正極活物質層および負極活物質層と、電解質層との厚さの比率については、特に着目していない(たとえば、特許文献1および特許文献2参照)。
しかし、上記のように、正極活物質層および負極活物質層が厚いと、その部分の拡散抵抗、イオン移動抵抗が大きくなり、高出力の達成を妨げるという問題がある。 However, as described above, when the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are thick, there is a problem that diffusion resistance and ion transfer resistance of the portion become large, thereby preventing achievement of high output.
また、拡散抵抗、イオン移動抵抗が高い正極活物質層および負極活物質層は、発熱量が大きく、かつ、熱が外部に逃げにくい。このため、放熱性が低く、耐熱性が弱いという問題がある。 In addition, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer having high diffusion resistance and ion transfer resistance generate a large amount of heat, and heat hardly escapes to the outside. For this reason, there exists a problem that heat dissipation is low and heat resistance is weak.
車両にバイポーラ電池を搭載する場合、車両の振動に耐えうる防振性が望まれる。しかし、正極活物質層および負極活物質層が電解質層よりも厚いと、車両の振動に共振してしまい防振性が低いという問題がある。 When a bipolar battery is mounted on a vehicle, it is desired to have a vibration-proof property capable of withstanding the vibration of the vehicle. However, if the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are thicker than the electrolyte layer, there is a problem that the vibration proof property is low and vibration isolation is low.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、出力、放熱性、耐熱性および防振性を向上できるバイポーラ電池、組電池、およびこれらを搭載した車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a bipolar battery, an assembled battery, and a vehicle equipped with these that can improve output, heat dissipation, heat resistance, and vibration isolation.
(1)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と、前記バイポーラ電極と交互に積層され、電解質を保持するセパレータと、を有し、隣接する前記正極活物質層、前記セパレータ、および前記負極活物質層を含んで構成される単電池層において、前記正極活物質層および前記負極活物質層の少なくとも一方が、前記セパレータよりも厚さが薄いことを特徴とする。 (1) The bipolar battery of the present invention is formed by alternately laminating a bipolar electrode having a positive electrode active material layer formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer formed on the other surface, and the bipolar electrode. A separator for holding an electrolyte, and a single battery layer including the positive electrode active material layer, the separator, and the negative electrode active material layer adjacent to each other, wherein the positive electrode active material layer and the negative electrode active material At least one of the layers is thinner than the separator.
(2)本発明の組電池は、上記(1)のバイポーラ電池を複数個接続してなる。 (2) The assembled battery of the present invention is formed by connecting a plurality of the bipolar batteries of the above (1).
(3)本発明の車両は、上記(1)のバイポーラ電池または上記(2)の組電池を駆動用電源として搭載してなる。 (3) The vehicle of the present invention includes the bipolar battery of (1) or the assembled battery of (2) as a driving power source.
上記(1)のバイポーラ電池によれば、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、セパレータよりも厚さが薄い分、拡散抵抗およびイオン移動抵抗が小さく、高出力のバイポーラ電池が得られる。 According to the bipolar battery of (1) above, at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is thinner than the separator, so that the diffusion resistance and the ion transfer resistance are small, and a high output bipolar battery is obtained. It is done.
さらに、本発明のバイポーラ電池では、抵抗が小さいので、発熱量が少ない。また、正極活物質層および負極活物質層が薄い分、熱がこもる正極活物質層および負極活物質層の中心部分が放熱性に優れた金属性の集電体に近くなるので、熱がスムーズに集電体に移動し、効率よく放熱される。放熱性が向上したバイポーラ電池が得られる。 Furthermore, in the bipolar battery of the present invention, since the resistance is small, the calorific value is small. In addition, since the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are thin, the central portion of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer where heat is stored is close to a metallic current collector with excellent heat dissipation, so that heat is smooth It moves to the current collector and efficiently dissipates heat. A bipolar battery with improved heat dissipation is obtained.
加えて、本発明のバイポーラ電池では、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、セパレータよりも厚さが薄いので、バイポーラ電極の振動を、セパレータにより吸収できる。防振性が向上したバイポーラ電池が得られる。 In addition, in the bipolar battery of the present invention, since at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is thinner than the separator, vibration of the bipolar electrode can be absorbed by the separator. A bipolar battery with improved vibration isolation is obtained.
上記(2)の組電池によれば、バイポーラ電池を複数接続することによって、高容量、高出力を得ることができ、しかも一つひとつのバイポーラ電池の信頼性が高いため、組電池としての長期的信頼性を向上させることができる。 According to the assembled battery of (2) above, a high capacity and high output can be obtained by connecting a plurality of bipolar batteries, and the reliability of each bipolar battery is high. Can be improved.
上記(3)の車両によれば、上記(1)のバイポーラ電池または上記(2)の組電池のような各種特性を有し、コンパクトな車両用電源を提供できる。 According to the vehicle of the above (3), it is possible to provide a compact vehicle power source having various characteristics such as the bipolar battery of the above (1) or the assembled battery of the above (2).
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面では、説明の明確のために各構成要素を誇張して表現している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, each component is exaggerated for clarity of explanation.
(第1実施形態)
図1は、バイポーラ電池用の電池要素の構造を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a battery element for a bipolar battery.
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。 FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the structure of a bipolar battery to which the present invention is applied.
本発明のバイポーラ電池10は、両端部以外の集電体11の両面中央に正極活物質層12と負極活物質層13が形成されており、この集電体11の正極活物質層12と負極活物質層13との間にセパレータ14を挟んで単電池層15を構成し、この単電池層15が同じ順番で複数積層された構造を持つ。集電体11の片面に正極活物質層12が形成され、他面に負極活物質層13が形成されたものをバイポーラ電極16という。なお、両端部にある集電体(端部集電体17と称する)は、このバイポーラ電池全体の電極と接続される。
In the
集電体11を挟んで正極活物質層12と負極活物質層13を設けた構成をバイポーラ電極という。
A structure in which the positive electrode
ここで、セパレータ14は、たとえば、ポリエステル系樹脂、アラミド系樹脂およびポリオレフィン系樹脂からなる群から、単独もしくは複合で選ばれてなる樹脂で形成されたポリマー骨格である。セパレータ14は、数重量%〜98重量%程度電解液を含むゲル電解質または液体電解質を保持することにより、電解質層を構成する。また、セパレータ14は、自身が固体電解質により形成されることにより、電解質を保持することもできる。実施形態1では、セパレータ14に、ゲル電解質を保持する場合について説明する。
Here, the
セパレータ14がゲル電解質を保持する場合、単電池層15からの液漏れを防止するために、一つひとつの単電池層15の周囲を取り囲み、集電体11間、または、集電体11および端部集電体17の間に配置されるシール部材18を設けている。
When the
シール部材18は、たとえば、基材の両面に粘着材が塗布されている両面テープである。基材は、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリアミド系合成繊維などの絶縁性樹脂により形成されている。粘着剤は、合成ゴム、ブチルゴム、合成樹脂、アクリルなどの耐溶剤性のある材料により形成されている。このような材料をシール部材18に用いることによって、単電池層15からの液漏れを防止することができ、また集電体同士の接触による短絡を防止することができる。
The
以上のように、セパレータ14とバイポーラ電極16とが交互に積層され、単電池層15の周囲にシール部材18が配置されて、電池要素20が形成されている。
As described above, the
電池要素20には、電流を引き出すための電極タブ30a、bが接続されている。電極タブ30aは、電池要素20の正極側に接続され、電極タブ30bは、負極側に接続される。電池要素20は、外装40により密閉されている。
The
外装40は、2枚のラミネートシート41により形成されている。ラミネートシート41は、アルミニウム層の両面が樹脂層で被覆された三層構造を有する。少なくとも一方のラミネートシート41は、電池要素20を内包する空間を設けるために、中高状に加工されている。ラミネートシート41の縁は、熱融着等により接着される。これにより、外装40内部に、電池要素20が密閉される。
The
本発明の特徴は、電池要素を構成する各層の厚さ、材料、硬度等にある。これらの特徴について説明する。 The feature of the present invention resides in the thickness, material, hardness and the like of each layer constituting the battery element. These features will be described.
(厚さ)
図2は電池要素を示す図、図3は本発明の単電池層と従来の単電池層とを比較した図である。
(thickness)
FIG. 2 is a diagram showing battery elements, and FIG. 3 is a diagram comparing the single cell layer of the present invention with a conventional single cell layer.
電池要素20は、上述の通り、正極活物質層12と、負極活物質層13と、セパレータ14、集電箔11からなる単電池層15が複数積層されてなる。図2では、3層の単電池層が積層された電池要素20を示している。
As described above, the
従来の単電池では、図3左側に示すように、正極活物質層12’および負極活物質層13’の厚さがセパレータ14’の厚さの2〜5倍もあり、非常に厚かった。たとえば、正極活物質層12’および負極活物質層13’の厚さは、50〜100μmであったのに対し、セパレータ14’の厚さは20〜40μmであった。
In the conventional unit cell, as shown on the left side of FIG. 3, the thickness of the positive electrode active material layer 12 'and the negative electrode active material layer 13' is 2-5 times the thickness of the separator 14 ', which is very thick. For example, the thickness of the positive electrode
本実施形態1の電池要素20では、図3右側に示すように、正極活物質層12および負極活物質層13の少なくとも一方の厚さが、セパレータ14の厚さ以下である。これを満たしつつ、たとえば、正極活物質層12および負極活物質層13の厚さは、4〜35μmであり、セパレータ14の厚さは、5〜40μmである。
In the
正極活物質層12および負極活物質層13の少なくとも一方の厚さは、セパレータ14の厚さの0.5倍〜1.0倍であることが好ましい。
The thickness of at least one of the positive electrode
正極活物質層12および負極活物質層13の厚さが、セパレータ14の厚さの0.5倍以下になると、単電池層15の容量が小さくなりすぎ、一般用途に使いにくくなるからである。
This is because when the thickness of the positive electrode
また、単電池層15の厚さの合計は、100μm以下であることが好ましい。たとえば、集電体11の厚さは10〜15μm程度であり、正極活物質層12の厚さは25〜30μm、負極活物質層13の厚さは25〜30μm、セパレータ14の厚さは25〜40μmの範囲であり、集電体11の厚さは10〜15μm程度であり、合計した単電池層15の厚さが100μm以下となるように、各層の厚さが調整される。
The total thickness of the unit cell layers 15 is preferably 100 μm or less. For example, the
図4は電池要素をマスバネモデル化した図である。 FIG. 4 is a diagram showing a mass spring model of the battery element.
図4に示すように、電池要素20は、質量(マス)31と、バネ32およびダンパー33とが交互に配置された振動系のモデルに見立てることができる。
As shown in FIG. 4, the
このモデルでは、バイポーラ電極16がマス31に相当し、セパレータ14がバネ32およびダンパー33に相当する。
In this model, the
ここで、図3左側に示す従来構造のように、正極活物質層12’および負極活物質層13’が厚いと、マス31がバネ32およびダンパー33に比べて大きい。これでは、質量の大きなマス31は振動しやすく、バネ32およびダンパー33により振動を吸収しにくい。
Here, as in the conventional structure shown on the left side of FIG. 3, when the positive electrode
一方で、図3右側に示す本実施形態のように、正極活物質層12および負極活物質層13が薄いと、バネ32およびダンパー33により、マス31の振動を抑制でき、また振動を吸収できる。
On the other hand, when the positive electrode
このように各層の厚さを調整することにより、電池要素20のバランスがとれ、振動を抑制できる。
Thus, by adjusting the thickness of each layer, the
なお、図4では、各セパレータ14の硬度が各層で等しく、モデル化したときに各層のバネ32のバネ係数Kと、ダンパー33の減衰係数Cとが等しい。このようにセパレータ14の硬度が等しい電池要素20を、以下では発明構造1と称する。
In FIG. 4, the hardness of each
また、各層の厚さについて、セパレータ14の厚さは、20μm以下であることがさらに好ましい。セパレータ14を20μm以下とすることによって、セパレータの内部抵抗が低くなり、発熱が少なくなるからである。セパレータ14が薄くなることによって、セパレータ14内部に熱がこもりにくく、集電体11にすぐに伝達されるので、放熱性も向上する。
Further, with respect to the thickness of each layer, the thickness of the
各層の厚さについて、さらに、好ましくは、単電池層15の厚さの合計は、50μm以下であることが好ましい。集電体11の厚さは、10〜15μm程度である。正極活物質層12の厚さは4〜11μm、負極活物質層13の厚さは6〜13μm、セパレータ14の厚さは7〜15μmの範囲であり、合計した単電池層15の厚さが50μm以下となるように、各層の厚さが調整される。
Regarding the thickness of each layer, more preferably, the total thickness of the unit cell layers 15 is preferably 50 μm or less. The thickness of the
(硬度)
セパレータ14は、硬度が、硬度JIS−Aで20〜110の範囲内である。好ましくは、硬度JIS−Aで25〜95の範囲内である。理由は、次の通りである。
(hardness)
The
硬度がJIS−A20以下になると、セパレータがやわらかすぎて、電池要素20が共振する周波数が低周波側になり、車両上で生じうる100Hz以下の振動と共振してしまうからである。共振すると、電池要素の破壊等の原因となってしまう。また、JIS−A110以上では硬すぎて、上述の振動系モデルにしてみたときに、バネ32とダンパー33との機能を発揮せず、防振効果が得られない。
This is because when the hardness is JIS-A20 or less, the separator is too soft, the frequency at which the
また、セパレータ14の硬度は、全ての層において均一でないことが好ましい。通常、各層で同一の材料を用いているので、振動系モデルに置き換えると、各マス31、バネ32、ダンパー33は、それぞれ等しくなる。しかし、一部のセパレータ14の硬度を他と異ならせることで、より防振性能を向上できる。
Moreover, it is preferable that the hardness of the
防振性能を向上するためには、積層の外側に配置される前記セパレータの硬度の方が、積層の内側に配置される前記セパレータの硬度よりも高いことが好ましい。この場合の、振動系モデルを図5に示す。 In order to improve the anti-vibration performance, it is preferable that the hardness of the separator disposed outside the stack is higher than the hardness of the separator disposed inside the stack. FIG. 5 shows a vibration system model in this case.
図5は電池要素をマスバネモデル化した図である。 FIG. 5 is a diagram showing a mass spring model of the battery element.
図5に示す電池要素50は、図3と同様のバイポーラ電極16を含む。図5では、バイポーラ電極16に挟まれるセパレータ51、52の硬度が異なる。積層の外側に配置されるセパレータ51の方が、積層の内側に配置されるセパレータ52よりも硬度が高い。
The
この電池要素50は、図5に示すように、マス31、バネ53、54、ダンパー55、56から構成される振動系にモデル化される。
As shown in FIG. 5, the
マス31は、バイポーラ電極16(集電体11の片面に正極活物質層12が形成され、他面に負極活物質層13が形成されたもの)で構成され、マスのチューニングは、正極活物質12の厚さを変化させ、または、負極活物質13の厚さを変化させ、または、集電体11の厚さを変化させることにより行うことが可能である。
バネ53のバネ係数をK1、バネ54のバネ係数K2、ダンパー55の減衰係数をC1、ダンパー56の減衰係数をC2とする。すると、K1>K2となり、C1<C2となる。積層内側の方が、バネ係数が低く、高いダンピング性能を有する。
The
The spring coefficient of the
このように、積層内側のセパレータ52の硬度を低くすることにより、電池要素50が共振する振動数を高周波側にずらし、かつ、振動のピーク高さを低くできる。電池要素50は、車両に搭載したときに、より、防振性能を発揮できる。
Thus, by reducing the hardness of the
さらに、積層内側のセパレータ52の硬度を低くすることにより、電池要素50の中でも最も熱がこもりやすい内側の放熱性を高められる。
Further, by reducing the hardness of the
以下では、積層内側のセパレータ52の硬度が低い電池要素50を、発明構造2と称する。
Hereinafter, the
(材料)
セパレータ14は、ポリエステル系樹脂、アラミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂から成る群より、単独、若しくは複合で選ばれる樹脂からなる。セパレータ14を薄くするためには、アラミド系が好ましいが、これに限定するものではない。これらの材料によりセパレータを形成することにより、多孔質構造を形成できる。これらの他にも、防水性、防湿性、冷熱サイクル性、耐熱安定性、絶縁性を有する樹脂をセパレータに用いることができる。
(material)
The
正極活物質層12を構成する正極活物質および負極活物質層を構成する負極活物質は、共に平均粒径が2μm以下であることが好ましい。これは、本実施形態1では、正極活物質層12および負極活物質層13が従来よりも薄膜化されることによる。特にセパレータ14の厚さが20μm以下になると、正極活物質および負極活物質の平均粒径がセパレータ14の厚さの1/10程度でないと、均一な正極活物質層12および負極活物質層13の表面が形成することが困難である。表面が均一でないと、セパレータ14が電極表面の凹凸を吸収できなくなる虞があるので、平均粒径を2μm以下に制限する必要がある。
Both the positive electrode active material constituting the positive electrode
以上、各層の厚さ、硬度、材料について、説明してきた。次に、電池要素の上記発明構造1および発明構造2が、従来の電池要素の構造に対して、どれだけ異なるかを実験した結果を示す。
The thickness, hardness, and material of each layer have been described above. Next, the results of experiments on how the above-described invention structure 1 and
図6は電池要素に通電したときの時間と温度の関係を示す図、図7は電池要素に加えた振動の周波数と振動伝達率の関係を示す図である。 6 is a diagram showing the relationship between time and temperature when the battery element is energized, and FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the frequency of vibration applied to the battery element and the vibration transmissibility.
図3左側に示すように、セパレータ14’に対して、正極活物質層12’および負極活物質層13’が厚い従来の単電池層15’を複数積層してなる従来構造の電池要素と、上述の本発明の発明構造1の電池要素20と、発明構造2の50を用意した。
As shown on the left side of FIG. 3, a battery element having a conventional structure in which a plurality of conventional unit cell layers 15 ′ having a thick positive electrode
そして、一つ目の実験として、従来構造、発明構造1、発明構造2のそれぞれに同量の電流を60分間流した後、放熱性を温度変化により調べた。
As a first experiment, the same amount of current was passed through each of the conventional structure, the inventive structure 1 and the
すると、図6に示すように、従来構造では、温度が55度位まで上昇した。通電を停止した後40分経過しても、室温まで戻らなかった。 Then, as shown in FIG. 6, in the conventional structure, the temperature rose to about 55 degrees. Even after 40 minutes had passed since the energization was stopped, the temperature did not return to room temperature.
一方、発明構造1では、通電停止時に43度程度まで上昇していたが、通電を停止して10分が経過する頃には、室温まで戻っていた。 On the other hand, in Invention Structure 1, the temperature rose to about 43 degrees when the energization was stopped, but it returned to room temperature when 10 minutes had passed since the energization was stopped.
また、発明構造2では、通電停止時に34度程度までしか上昇せず、通電停止後5分程度で、室温まで戻った。
In
図6に示す実験結果を参照すると、従来構造では、発明構造1および発明構造2に比べて、温度上昇が大きく、放熱性が十分でないでない可能性があることがわかる。これは、正極活物質層12’および負極活物質層13’が厚くいので、抵抗が大きく発熱量が多いことと、発熱した熱がこもって放熱されにくいことによる。
Referring to the experimental results shown in FIG. 6, it can be seen that the conventional structure has a larger temperature rise than the invention structure 1 and the
発明構造1では、正極活物質層12および負極活物質層13がセパレータ14よりも薄いので、電気抵抗が小さくて発熱量が少なく、発熱した熱もすばやく集電体11等に伝達して放熱されている。
In Invention Structure 1, since the positive electrode
発明構造2では、積層内側のセパレータ52がやわらかいので、積層構造の中で最も熱がこもりやすい内側の放熱性が高まり、発明構造1よりも温度上昇が低く、放熱時間も短くなっている。
In
次に、二つ目の実験として、従来構造、発明構造1、発明構造2のそれぞれに異なる周波数の振動を加え、どの程度の周波数で共振するかを調べた。
Next, as a second experiment, vibrations with different frequencies were applied to the conventional structure, the inventive structure 1, and the
すると、図7に示すように、従来構造では、主に100Hz以下の低周波の振動に共振した。 Then, as shown in FIG. 7, the conventional structure resonated mainly with low-frequency vibrations of 100 Hz or less.
一方、発明構造1および発明構造2では、100Hz以上で、200Hz前後の高周波の振動に共振した。特に、発明構造2では、同じ周波数でも、発明構造1よりも振動伝達率が低かった。これは、発明構造2では、積層内側のセパレータ52の硬度が積層外側よりも低いので、上述の通り、防振性能が発明構造1よりも高いからである。
On the other hand, Invention Structure 1 and
以上のように、本発明のバイポーラ電池10によれば、正極活物質層12および負極活物質層13の少なくとも一方が、セパレータ14よりも厚さが薄い分、拡散抵抗およびイオン移動抵抗が小さく、高出力のバイポーラ電池10が得られる。
As described above, according to the
さらに、本発明のバイポーラ電池10では、抵抗が小さいので、発熱量が少ない。また、正極活物質層12および負極活物質層13が薄い分、熱がこもる正極活物質層12および負極活物質層13の中心部分が放熱性に優れた金属性の集電体11に近くなるので、熱がスムーズに集電体11に移動し、効率よく放熱される。放熱性が向上したバイポーラ電池10が得られる。
Furthermore, in the
加えて、本発明のバイポーラ電池10では、正極活物質層12および負極活物質層13の少なくとも一方が、セパレータよりも厚さが薄いので、バイポーラ電極10の振動を、セパレータ14により吸収できる。防振性が向上したバイポーラ電池10が得られる。
In addition, in the
なお、本発明のバイポーラ電池の構成は、特に説明したものを除き、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている公知の材料を用いればよく、特に限定されるものではない。以下に、このバイポーラ電池に使用することのできる集電体、正極活物質層、負極活物質層、電解質等について参考までに説明する。 The configuration of the bipolar battery of the present invention is not particularly limited as long as a known material used for a general lithium ion secondary battery is used, except for those specifically described. The current collector, positive electrode active material layer, negative electrode active material layer, electrolyte, and the like that can be used for this bipolar battery will be described below for reference.
[集電体]
集電体は、その表面材質がSUSである。表面材質がSUS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SUS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SUSそのものであってもよい。また、集電体の表面がSUSで被覆されている形態であってもよい。つまり、SUS以外の物質(チタン、YUS、これらの合金など)の表面に、SUSを被覆させた集電体であってもよい。場合によっては、正極側がアルミニウム、負極側が銅となる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、SUS箔単体を集電体として用いることが好ましい。
[Current collector]
The current collector has a surface material of SUS. When the surface material is SUS, even if the formed active material layer contains a solid polymer electrolyte, the active material layer has high mechanical strength. If the surface material is SUS, the structure will not be specifically limited. The current collector may be SUS itself. Further, the surface of the current collector may be covered with SUS. That is, a current collector in which SUS is coated on the surface of a substance other than SUS (such as titanium, YUS, or an alloy thereof) may be used. Depending on the case, you may use the electrical power collector which bonded together the 2 or more board by which the positive electrode side becomes aluminum and the negative electrode side becomes copper. From the viewpoint of corrosion resistance, ease of production, economy, etc., it is preferable to use a SUS foil alone as a current collector.
[正極活物質層]
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。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material and a solid polymer electrolyte. In addition to this, a supporting salt (lithium salt) for increasing ionic conductivity, a conductive auxiliary agent for increasing electronic conductivity, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) as a solvent for adjusting slurry viscosity, a polymerization initiator AIBN (azobisisobutyronitrile) and the like may be included.
正極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される、リチウムと遷移金属との複合酸化物を使用できる。具体的には、LiCoO2などのLi・Co系複合酸化物、LiNiO2などのLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMn2O4などのLi・Mn系複合酸化物、LiFeO2などのLi・Fe系複合酸化物などが挙げられる。この他、LiFePO4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;V2O5、MnO2、TiS2、MoS2、MoO3などの遷移金属酸化物や硫化物;PbO2、AgO、NiOOHなどが挙げられる。正極活物質層活物質としてリチウム一遷移金属複合酸化物を用いることにより、積層型電池の反応性、サイクル耐久性を向上させ、低コストにすることができる。Li・Mn系複合酸化物を用いれば、過充電、過放電で電池が故障するときにも反応が穏やかであり、異常時の信頼性が高い。 As the positive electrode active material, a composite oxide of lithium and a transition metal, which is also used in a solution-type lithium ion battery, can be used. Specifically, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, Li · Mn-based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4, Li · such LiFeO 2 Examples thereof include Fe-based composite oxides. In addition, transition metal and lithium phosphate compounds and sulfuric acid compounds such as LiFePO 4 ; transition metal oxides and sulfides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 ; PbO 2 , AgO, NiOOH etc. are mentioned. By using a lithium-transition metal composite oxide as the positive electrode active material layer active material, the reactivity and cycle durability of the stacked battery can be improved and the cost can be reduced. When a Li · Mn-based composite oxide is used, the reaction is gentle even when the battery fails due to overcharge or overdischarge, and the reliability at the time of abnormality is high.
固体高分子電解質は、イオン伝導性を有する高分子であれば、特に限定されるものではない。イオン伝導性を有する高分子としては、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、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。本発明において固体高分子電解質は、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。 The solid polymer electrolyte is not particularly limited as long as it is a polymer having ion conductivity. Examples of the polymer having ion conductivity include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. Such polyalkylene oxide polymers can well dissolve lithium salts such as LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , and LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 . Moreover, excellent mechanical strength is exhibited by forming a crosslinked structure. In the present invention, the solid polymer 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 to be included in both.
支持塩としては、Li(C2F5SO2)2N、LiBF4、LiPF6、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。 As the supporting salt, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , or a mixture thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these.
導電助剤としては、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。 Examples of the conductive assistant include acetylene black, carbon black, and graphite. However, it is not necessarily limited to these.
正極活物質層における、正極活物質、固体高分子電解質、リチウム塩、導電助剤の配合量は、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、活物質層内における固体高分子電解質の配合量が少なすぎると、活物質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、活物質層内における固体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。したがって、これらの要因を考慮して、目的に合致した固体高分子電解質量を決定する。 The amount of the positive electrode active material, solid polymer electrolyte, lithium salt, and conductive additive in the positive electrode active material layer should be determined in consideration of the intended use of the battery (output priority, energy priority, etc.) and ion conductivity. is there. For example, if the amount of the solid polymer electrolyte in the active material layer is too small, the ionic conduction resistance and the ionic diffusion resistance in the active material layer will increase, and the battery performance will deteriorate. On the other hand, if the amount of the solid polymer electrolyte in the active material layer is too large, the energy density of the battery is lowered. Therefore, in consideration of these factors, the solid polymer electrolytic mass meeting the purpose is determined.
ここで現状レベルの固体高分子電解質(イオン伝導度:10−5〜10−4S/cm)を用いて電池反応性を優先するバイポーラ電池を製造する場合について、具体的に考えてみる。かような特徴を有するバイポーラ電池を得るには、導電助剤を多めにしたり活物質のかさ密度を下げたりして、活物質粒子間の電子伝導抵抗を低めに保つ。同時に空隙部を増やし、該空隙部に固体高分子電解質を充填する。かような処理によって固体高分子電解質の割合を高めるとよい。 Here, the case where a bipolar battery giving priority to battery reactivity is manufactured using a solid polymer electrolyte (ionic conductivity: 10 −5 to 10 −4 S / cm) at the current level will be specifically considered. In order to obtain a bipolar battery having such characteristics, the electron conduction resistance between the active material particles is kept low by increasing the conductive auxiliary agent or reducing the bulk density of the active material. At the same time, the gap is increased, and the gap is filled with a solid polymer electrolyte. The ratio of the solid polymer electrolyte may be increased by such treatment.
正極活物質層の厚さは、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。 The thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and should be determined in consideration of the intended use of the battery (such as emphasis on output and energy) and ion conductivity, as described for the blending amount.
[負極活物質層]
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。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material and a solid polymer electrolyte. In addition to this, a supporting salt (lithium salt) for increasing ionic conductivity, a conductive auxiliary agent for increasing electronic conductivity, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) as a solvent for adjusting slurry viscosity, a polymerization initiator AIBN (azobisisobutyronitrile) and the like may be included. Except for the type of the negative electrode active material, the contents are basically the same as those described in the section “Positive electrode active material”, and thus the description thereof is omitted here.
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。負極活物質は、結晶性炭素材、非結晶性炭素材から選ばれることが好ましい。これらの材料を用いることにより、電圧を計測することで充電状態を調べられるようになる。過充電、過放電状態を検知し対処できるので、電池の信頼性を向上できる。この効果は、非結晶性炭素材において顕著である。 As the negative electrode active material, a negative electrode active material that is also used in a solution-type lithium ion battery can be used. The negative electrode active material is preferably selected from a crystalline carbon material and an amorphous carbon material. By using these materials, the state of charge can be examined by measuring the voltage. Since it is possible to detect and deal with overcharge and overdischarge conditions, the reliability of the battery can be improved. This effect is remarkable in an amorphous carbon material.
[電解質層]
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。
[Electrolyte layer]
The material is not limited as long as it is a layer composed of a polymer having ion conductivity and exhibits ion conductivity. It is preferable to use a solid electrolyte for preventing liquid leakage. Examples of the solid electrolyte include known solid polymer electrolytes such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. The solid polymer electrolyte layer contains a supporting salt (lithium salt) in order to ensure ionic conductivity. As the supporting salt, LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , or a mixture thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these. A polyalkylene oxide polymer such as PEO and PPO can dissolve lithium salts such as LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , and LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 well. Moreover, excellent mechanical strength is exhibited by forming a crosslinked structure.
また、高分子ゲル電解質とは、一般的に、イオン伝導性を有する全固体高分子電解質に、電解液を保持させたものをいう。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、従来既知の各種電解液を適宜使用することができるものである。例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N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可塑剤(有機溶媒)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。 The polymer gel electrolyte generally refers to an electrolyte solution held in an all-solid polymer electrolyte having ion conductivity. The electrolytic solution (electrolyte salt and plasticizer) is not particularly limited, and various conventionally known electrolytic solutions can be appropriately used. For example, inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N or more selected from organic acid anion salts, including at least one lithium salt (electrolyte salt), cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate; dimethyl carbonate, Chain carbonates such as methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate; ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; γ-butyrolactone, etc. Lactones; Nitriles such as acetonitrile Esters such as methyl propionate; amides such as dimethylformamide; plasticizers such as aprotic solvents (organic solvents) mixed with at least one selected from methyl acetate and methyl formate ) Can be used. However, it is not necessarily limited to these.
[ラミネートシート]
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。
[Laminate sheet]
The laminate sheet is used as a battery exterior material. In general, a polymer metal composite film in which a heat-fusible resin film, a metal foil, and a resin film having rigidity are laminated in this order is used.
熱融着性樹脂としては、たとえばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アイオノマー、エチレンビニルアセテート(EVA)等を用いることができる。金属箔としては、たとえばAl箔、Ni箔を用いることができる。剛性を有する樹脂としては、たとえばポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステルやポリアミド(ナイロン(登録商標))など、ポリアミド系合成繊維等を用いることができる。具体的には、シール面側から外面に向けて積層したPE/Al箔/PETの積層フィルム;PE/Al箔/ナイロン(登録商標)の積層フィルム;アイオノマー/Ni箔/PETの積層フィルム;EVA/Al箔/PETの積層フィルム;アイオノマー/Al箔/PETの積層フィルム等を用いることができる。熱融着性樹脂フィルムは、電池要素を内部に収納する際のシール層として作用する。金属箔や剛性を有する樹脂フィルムは、湿性、耐通気性、耐薬品性を外装材に付与する。ラミネートシートは、ヒートシール、インパルスシール、超音波融着、高周波融着等の熱融着を用いて、容易かつ確実に接合させることができる。 As the heat-fusible resin, for example, polyethylene (PE), polypropylene (PP), modified polyethylene, modified polypropylene, ionomer, ethylene vinyl acetate (EVA) and the like can be used. As the metal foil, for example, Al foil or Ni foil can be used. As the resin having rigidity, polyamide synthetic fibers such as polyester such as polyethylene terephthalate (PET) and polyamide (nylon (registered trademark)) can be used. Specifically, a PE / Al foil / PET laminated film laminated from the sealing surface side to the outer surface; a PE / Al foil / nylon (registered trademark) laminated film; an ionomer / Ni foil / PET laminated film; EVA / Al foil / PET laminated film; ionomer / Al foil / PET laminated film and the like can be used. The heat-fusible resin film acts as a seal layer when the battery element is housed inside. A metal foil or a rigid resin film imparts moisture, breathability, and chemical resistance to the exterior material. The laminate sheet can be easily and reliably bonded using heat sealing such as heat sealing, impulse sealing, ultrasonic welding, and high-frequency welding.
(第1実施例)
次に、実際に上記電池要素の構成を採用した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。
(First embodiment)
Next, an example in which a bipolar battery that actually employs the configuration of the battery element described above was manufactured and evaluated will be described.
<サンプル作製>
実施例として、仕様が異なる実施例1〜6のバイポーラ電池を作成した。
<Sample preparation>
As examples, bipolar batteries of Examples 1 to 6 having different specifications were prepared.
図8および図9は、実施例1〜6のバイポーラ電池の仕様を示す図である。実施例1〜6においては、単電池層が1層となるように、図8および図9に示す仕様に基づいて、バイポーラ電池を作製した。各実施例の詳細な構成は次の通りである。 8 and 9 are diagrams showing the specifications of the bipolar batteries of Examples 1-6. In Examples 1 to 6, bipolar batteries were manufactured based on the specifications shown in FIGS. 8 and 9 so that the single battery layer was one layer. The detailed configuration of each embodiment is as follows.
(実施例1)
積層の両端に配置される端部集電体として、厚さ20μmのステンレス(SUS)箔を2枚用意した。一方の端部集電体の片面には、平均粒径が5μmでLi・Mn系複合酸化物からなる正極活物質を、厚さ15μmとなるように塗布・乾燥して、正極活物質層だけを形成した。これを正極とした。
(Example 1)
Two stainless steel (SUS) foils having a thickness of 20 μm were prepared as end collectors disposed at both ends of the laminate. On one side of one end current collector, a positive electrode active material having an average particle size of 5 μm and made of a Li / Mn-based composite oxide is applied and dried so as to have a thickness of 15 μm. Formed. This was used as a positive electrode.
他方の端部集電体には、平均粒径が6μmで非結晶性炭素材からなる負極活物質を、厚さ15μmとなるように塗布・乾燥して、負極活物質層だけを形成した。これを負極とした。 On the other end current collector, a negative electrode active material having an average particle diameter of 6 μm and made of an amorphous carbon material was applied and dried so as to have a thickness of 15 μm to form only the negative electrode active material layer. This was used as a negative electrode.
これらの電極の間に、架橋型ゲル電解質の前駆体を厚さ25μmで硬度JIS−A 60のポリエステル不織布セパレータに染み込ませた電解質層を挟んで重ね、1層構造の電池要素を構成した。
A battery element having a one-layer structure was formed by sandwiching an electrolyte layer in which a precursor of a cross-linked gel electrolyte was soaked in a polyester nonwoven fabric separator having a thickness of 25 μm and a hardness of JIS-
電池要素の総厚は、70μmとなった。このとき、正極活物質層の厚さを、セパレータの厚さで除算した値は、0.60であった。また、電池要素の内部抵抗を測定すると、27Ωcm2であった。 The total thickness of the battery elements was 70 μm. At this time, the value obtained by dividing the thickness of the positive electrode active material layer by the thickness of the separator was 0.60. Moreover, it was 27 ohm-cm < 2 > when the internal resistance of the battery element was measured.
この電池要素の正極端側には、厚さ100μmで幅100mmのアルミニウムのタブを振動溶着し、負極端側には厚さ100μmで幅100mmの銅のタブを振動溶着した。これを、ラミネート材で封止して、約80℃で約2時間加熱架橋し、実施例1のバイポーラ電池とした。 An aluminum tab having a thickness of 100 μm and a width of 100 mm was vibration welded on the positive electrode end side of the battery element, and a copper tab having a thickness of 100 μm and a width of 100 mm was vibration welded on the negative electrode end side. This was sealed with a laminate material and heated and cross-linked at about 80 ° C. for about 2 hours to obtain a bipolar battery of Example 1.
以下の実施例2〜6では、実施例1と同様の製造工程によりバイポーラ電池を作製した。実施例2〜6では、各層の厚さや材料だけを説明する。 In the following Examples 2 to 6, bipolar batteries were produced by the same manufacturing process as in Example 1. In Examples 2 to 6, only the thickness and material of each layer will be described.
(実施例2)
実施例2では、集電体は、厚さ15μmのステンレス箔により形成した。正極活物質層は、平均粒径5μmのLi・Mn系複合酸化物により、厚さ27μmに形成した。負極活物質層は、平均粒径6μmの非結晶性炭素材により、厚さ28μmに形成した。セパレータには、厚さ30μmで硬度JIS−A 30のポリエステル不織布を用いた。
(Example 2)
In Example 2, the current collector was formed of a stainless steel foil having a thickness of 15 μm. The positive electrode active material layer was formed to a thickness of 27 μm by using a Li · Mn composite oxide having an average particle diameter of 5 μm. The negative electrode active material layer was formed to a thickness of 28 μm from an amorphous carbon material having an average particle diameter of 6 μm. A polyester nonwoven fabric having a thickness of 30 μm and a hardness of JIS-
電池要素の総厚は100μmとなった。正極活物質層の厚さを、セパレータの厚さで除算した値は、0.90であった。また、電池要素の内部抵抗を測定すると、30Ωcm2であった。 The total thickness of the battery element was 100 μm. A value obtained by dividing the thickness of the positive electrode active material layer by the thickness of the separator was 0.90. Moreover, it was 30 ohm-cm < 2 > when the internal resistance of the battery element was measured.
(実施例3)
実施例3では、集電体は、厚さ15μmの、銅とアルミニウムとのクラッド板により形成した。正極活物質層は、平均粒径8μmのLi・Mn系複合酸化物により、厚さ33μmに形成した。負極活物質層は、平均粒径9μmの結晶性炭素材により、厚さ35μmに形成した。セパレータには、厚さ37μmで硬度JIS−A 85のポリオレフィン不織布を用いた。
(Example 3)
In Example 3, the current collector was formed of a clad plate of copper and aluminum having a thickness of 15 μm. The positive electrode active material layer was formed to a thickness of 33 μm by using a Li · Mn composite oxide having an average particle diameter of 8 μm. The negative electrode active material layer was formed to a thickness of 35 μm from a crystalline carbon material having an average particle size of 9 μm. A polyolefin nonwoven fabric having a thickness of 37 μm and a hardness of JIS-
電池要素の総厚は120μmとなった。正極活物質層の厚さを、セパレータの厚さで除算した値は、0.89であった。また、電池要素の内部抵抗を測定すると、33Ωcm2であった。 The total thickness of the battery element was 120 μm. A value obtained by dividing the thickness of the positive electrode active material layer by the thickness of the separator was 0.89. Moreover, it was 33 ohm-cm < 2 > when the internal resistance of the battery element was measured.
(実施例4)
実施例4では、集電体は、厚さ15μmのステンレス箔により形成した。正極活物質層は、平均粒径2μmのLi・Mn系複合酸化物により、厚さ11μmに形成した。負極活物質層は、平均粒径2μmの非結晶性炭素材により、厚さ11μmに形成した。セパレータには、厚さ13μmで硬度JIS−A 90のアラミド不織布を用いた。
Example 4
In Example 4, the current collector was formed of a stainless steel foil having a thickness of 15 μm. The positive electrode active material layer was formed to a thickness of 11 μm using a Li · Mn composite oxide having an average particle diameter of 2 μm. The negative electrode active material layer was formed to a thickness of 11 μm using an amorphous carbon material having an average particle diameter of 2 μm. As the separator, an aramid nonwoven fabric having a thickness of 13 μm and a hardness of JIS-
電池要素の総厚は50μmとなった。正極活物質層の厚さを、セパレータの厚さで除算した値は、0.85であった。また、電池要素の内部抵抗を測定すると、23Ωcm2であった。 The total thickness of the battery element was 50 μm. A value obtained by dividing the thickness of the positive electrode active material layer by the thickness of the separator was 0.85. Moreover, it was 23 ohm-cm < 2 > when the internal resistance of the battery element was measured.
(実施例5)
実施例5では、集電体は、厚さ15μmのステンレス箔により形成した。正極活物質層は、平均粒径2μmのLi・Ni系複合酸化物により、厚さ7.5μmに形成した。負極活物質層は、平均粒径2μmの非結晶性炭素材により、厚さ12μmに形成した。セパレータには、厚さ13μmで硬度JIS−A 90のアラミド不織布を用いた。
(Example 5)
In Example 5, the current collector was formed of a stainless steel foil having a thickness of 15 μm. The positive electrode active material layer was formed to a thickness of 7.5 μm using a Li / Ni composite oxide having an average particle diameter of 2 μm. The negative electrode active material layer was formed to a thickness of 12 μm using an amorphous carbon material having an average particle diameter of 2 μm. As the separator, an aramid nonwoven fabric having a thickness of 13 μm and a hardness of JIS-
電池要素の総厚は47.5μmとなった。正極活物質層の厚さを、セパレータの厚さで除算した値は、0.58であった。また、電池要素の内部抵抗を測定すると、23Ωcm2であった。 The total thickness of the battery element was 47.5 μm. A value obtained by dividing the thickness of the positive electrode active material layer by the thickness of the separator was 0.58. Moreover, it was 23 ohm-cm < 2 > when the internal resistance of the battery element was measured.
(実施例6)
実施例6では、集電体は、厚さ15μmのステンレス箔により形成した。正極活物質層は、平均粒径0.8μmのLi・Ni系複合酸化物により、厚さ4μmに形成した。負極活物質層は、平均粒径0.8μmの非結晶性炭素材により、厚さ6μmに形成した。セパレータには、厚さ7μmで硬度JIS−A 105のアラミド不織布を用いた。
(Example 6)
In Example 6, the current collector was formed of a stainless steel foil having a thickness of 15 μm. The positive electrode active material layer was formed to a thickness of 4 μm using a Li / Ni composite oxide having an average particle diameter of 0.8 μm. The negative electrode active material layer was formed to a thickness of 6 μm using an amorphous carbon material having an average particle size of 0.8 μm. As the separator, an aramid nonwoven fabric having a thickness of 7 μm and a hardness of JIS-
電池要素の総厚は27μmとなった。正極活物質層の厚さを、セパレータの厚さで除算した値は、0.57であった。また、電池要素の内部抵抗を測定すると、20Ωcm2であった。 The total thickness of the battery element was 27 μm. A value obtained by dividing the thickness of the positive electrode active material layer by the thickness of the separator was 0.57. Moreover, it was 20 ohm-cm < 2 > when the internal resistance of the battery element was measured.
(比較例1)
比較例1として、上記実施例1と同様の製造工程によりバイポーラ電池を作製した。比較例1のバイポーラ電池では、集電体は、厚さ15μmのステンレス箔により形成した。正極活物質層は、平均粒径5μmのLi・Mn系複合酸化物により、厚さ50μmに形成した。負極活物質層は、平均粒径6μmの非結晶性炭素材により、厚さ60μmに形成した。セパレータには、厚さ25μmで硬度JIS−A 60のポリエステル不織布を用いた。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, a bipolar battery was manufactured by the same manufacturing process as in Example 1 above. In the bipolar battery of Comparative Example 1, the current collector was formed of a stainless steel foil having a thickness of 15 μm. The positive electrode active material layer was formed to a thickness of 50 μm using a Li · Mn composite oxide having an average particle diameter of 5 μm. The negative electrode active material layer was formed to a thickness of 60 μm from an amorphous carbon material having an average particle diameter of 6 μm. As the separator, a polyester nonwoven fabric having a thickness of 25 μm and a hardness of JIS-
電池要素の総厚は150μmとなった。正極活物質層の厚さを、セパレータの厚さで除算した値は、2.00であった。また、電池要素の内部抵抗を測定すると、60Ωcm2であった。 The total thickness of the battery element was 150 μm. A value obtained by dividing the thickness of the positive electrode active material layer by the thickness of the separator was 2.00. Moreover, it was 60 ohm-cm < 2 > when the internal resistance of the battery element was measured.
<試験>
以上のように作製した各実施例1〜6および比較例1のバイポーラ電池について、以下の試験を行った。
<Test>
The following tests were performed on the bipolar batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 manufactured as described above.
(共振周波数の測定)
電池要素の単電池層の略中央に加速度ピックアップを設け、インパルスハンマーによってハンマリングしたときの加速度ピックアップの振動スペクトルを測定した。該測定のための各種設定については、JIS B 0908(振動および衝撃ピックアップの校正方法・基本概念)に従った。
(Resonance frequency measurement)
An acceleration pickup was provided at substantially the center of the single cell layer of the battery element, and the vibration spectrum of the acceleration pickup when hammered by an impulse hammer was measured. Various settings for the measurement were in accordance with JIS B 0908 (vibration and shock pickup calibration method / basic concept).
測定スペクトルを、FFT分析器により解析し、周波数と加速度の次元に変換した。この得られた周波数に関して平均化とスムージングを行い、振動伝達率スペクトルを得た(図7参照)。 The measured spectrum was analyzed with an FFT analyzer and converted to frequency and acceleration dimensions. The obtained frequency was averaged and smoothed to obtain a vibration transmissibility spectrum (see FIG. 7).
上記振動伝達率スペクトルについて、上記各実施例1〜6および比較例1について、それぞれ、最も低周波側に現れる最大ピーク周波数を求めた。該最大ピーク周波数のことを、以下では、第1共振ピークという。 About the said vibration transmissibility spectrum, about each said Examples 1-6 and the comparative example 1, the maximum peak frequency which appears on the lowest frequency side was calculated | required, respectively. Hereinafter, the maximum peak frequency is referred to as a first resonance peak.
(振動減衰率の測定)
上記「共振周波数の測定」で得た振動伝達率スペクトルについて、10〜300Hzまでの振動伝達率の平均を算出した。この平均値を以下では、振動平均値という。比較例1の従来構造の場合の振動平均値を基準とし、各実施例1〜6の振動平均値がどれだけ低減しているかを調べた。低減している割合は、百分率で示す。たとえば、平均減衰率が0%の場合は、比較例1と同等の平均振動値であり、減衰が起きていないことを示す。また、たとえば、平均振動率が30%である場合は、比較例1に対して実施例の振動平均値が30%低減されたことを示す。
(Measurement of vibration damping rate)
For the vibration transmissibility spectrum obtained in the above “resonance frequency measurement”, the average of the vibration transmissibility up to 10 to 300 Hz was calculated. Hereinafter, this average value is referred to as a vibration average value. Based on the vibration average value in the case of the conventional structure of Comparative Example 1, how much the vibration average value of each of Examples 1 to 6 was reduced was examined. The rate of reduction is expressed as a percentage. For example, when the average damping rate is 0%, the average vibration value is the same as that of Comparative Example 1, indicating that no damping has occurred. Further, for example, when the average vibration rate is 30%, it indicates that the vibration average value of the example is reduced by 30% with respect to Comparative Example 1.
(熱上昇および放熱時間の測定)
電池要素の集電体の縁に熱電対を取り付けて、10Cのサイクル試験を60分行い、試験中の電池要素の最高到達温度を、熱上昇として測定した。また、60分のサイクル試験の後、電流を止め、室温で放置した場合の温度変化を調べ、室温に戻るまでの時間を測定した。測定は、最大60分まで行い、60分で室温まで戻らない場合は、60分以上と測定結果に記した。
(Measurement of heat rise and heat dissipation time)
A thermocouple was attached to the edge of the current collector of the battery element, a 10C cycle test was conducted for 60 minutes, and the maximum temperature reached for the battery element under test was measured as a heat rise. In addition, after a cycle test for 60 minutes, the current was stopped and the temperature change when left at room temperature was examined, and the time until returning to room temperature was measured. The measurement was performed for a maximum of 60 minutes, and when it did not return to room temperature in 60 minutes, it was recorded in the measurement result as 60 minutes or more.
試験結果は、まとめて、図10に示す通りである。 The test results are summarized as shown in FIG.
<試験結果>
図10は、試験結果を示す図である。
<Test results>
FIG. 10 is a diagram showing test results.
試験結果において、第1共振ピークを参照する。比較例1では、第1共振ピークが80Hzであり、車上で発生しうる振動数の範囲内(100Hz以下)であった。したがって、比較例1では、車両に搭載すると、共振してしまうことがわかった。 In the test results, reference is made to the first resonance peak. In Comparative Example 1, the first resonance peak was 80 Hz, which was within the range of frequencies that can be generated on the vehicle (100 Hz or less). Therefore, in Comparative Example 1, it was found that when mounted on a vehicle, resonance occurred.
一方、実施例1〜6では、いずれも第1共振ピークが100Hz以上であり、車両に搭載しても共振しないことがわかった。 On the other hand, in Examples 1-6, it turned out that a 1st resonance peak is 100 Hz or more, and even if it mounts in a vehicle, it does not resonate.
試験結果において、振動減衰率を参照する。振動減衰率は、実施例1〜6のいずれも30%以上であり、従来構造の比較例1に対して格段に振動を減衰できることがわかった。実施例1〜6の中では、実施例6の振動減衰率が最も高かった。これは、実施例6が最も正極活物質層および負極活物質層が薄く、総厚も薄かったため、電池要素のバランスがとれていたからである。このことから、電池要素は、正極活物質層および負極活物質層を薄く形成し、総厚を形成することが好ましいことがわかる。 Refer to the vibration damping rate in the test results. The vibration damping rate of each of Examples 1 to 6 was 30% or more, and it was found that the vibration can be significantly damped with respect to Comparative Example 1 having a conventional structure. Among Examples 1 to 6, the vibration damping rate of Example 6 was the highest. This is because in Example 6, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer were the thinnest and the total thickness was also thin, so that the battery elements were balanced. From this, it can be seen that the battery element preferably has a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer formed thinly to form a total thickness.
試験結果において、熱上昇を参照する。熱上昇は、実施例1〜6の中では、実施例3が最大で20δTであった。しかし、比較例1の30δTと比べると、2/3まで温度上昇が低減されていることがわかった。実施例1〜6の中では、実施例6の熱上昇が最も低かった。これは、実施例6が最も正極活物質層および負極活物質層が薄く、内部抵抗が最も低かったため、発熱量が他の実施例1〜5よりも小さかったからである。加えて、通電中にも、正極活物質層および負極活物質層内に熱がこもらず、集電体を通じて放熱されていたので、熱上昇が小さかったと考えられる。 Refer to heat rise in the test results. The heat rise was 20 δT at maximum in Example 3 among Examples 1-6. However, compared with 30 δT of Comparative Example 1, it was found that the temperature increase was reduced to 2/3. Among Examples 1-6, the heat rise of Example 6 was the lowest. This is because in Example 6, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer were the thinnest and the internal resistance was the lowest, so the calorific value was smaller than those in other Examples 1-5. In addition, it is considered that the increase in heat was small because heat was not trapped in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and was radiated through the current collector even during energization.
試験結果において、放熱時間を参照する。放熱時間は、比較例では60分以上だったのに対し、実施例1〜6では、最大でも15分であった。この結果から、実施例1〜6のように、従来構造よりも正極活物質層および負極活物質層の厚さを薄くすることによって、放熱特性が格段に向上することがわかる。放熱時間については、実施例6が最も短かった。 Refer to the heat release time in the test results. The heat dissipation time was 60 minutes or more in the comparative example, whereas in Examples 1 to 6, it was 15 minutes at the maximum. From this result, it can be seen that, as in Examples 1 to 6, the heat dissipation characteristics are remarkably improved by reducing the thickness of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer as compared with the conventional structure. Regarding the heat dissipation time, Example 6 was the shortest.
以上のように、実施例1〜6のいずれも、正極活物質層および負極活物質層を従来構造よりも薄くすることによって、従来構造の比較例1に比べて、放熱性、耐熱性および防振性が向上していることがわかる。加えて、実施例1〜6では電池要素の内部抵抗が、比較例1の電池要素の内部抵抗よりも格段に小さくなっているので、出力も向上できる。 As described above, in each of Examples 1 to 6, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer were made thinner than the conventional structure, so that heat dissipation, heat resistance, and prevention were reduced as compared with Comparative Example 1 of the conventional structure. It can be seen that the vibration is improved. In addition, in Examples 1-6, since the internal resistance of the battery element is much smaller than the internal resistance of the battery element of Comparative Example 1, the output can also be improved.
(第2実施例)
第1実施例では、単電池層が1層のバイポーラ電池だけを用いて、実験を行った。これに対し、第2実施例では、実施例1〜6のバイポーラ電池のいずれかの単電池層が複数積層された電池要素を有するバイポーラ電池を作製した。
(Second embodiment)
In the first example, an experiment was performed using only a bipolar battery having a single cell layer. On the other hand, in the second example, a bipolar battery having a battery element in which a plurality of single battery layers of any of the bipolar batteries of Examples 1 to 6 were stacked was manufactured.
(実施例7)
実施例7では、実施例1の単電池層が3層積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池を作製した。詳細な、作製工程は次の通りである。
(Example 7)
In Example 7, a bipolar battery having a battery element in which three single battery layers of Example 1 were laminated was manufactured. The detailed manufacturing process is as follows.
厚さ20μmのステンレス(SUS)箔を集電体として使用した。集電体の片面には、平均粒径が5μmでLi・Mn系複合酸化物からなる正極活物質を、厚さ15μmとなるように塗布・乾燥して、正極活物質層を形成した。 A stainless steel (SUS) foil having a thickness of 20 μm was used as a current collector. On one side of the current collector, a positive electrode active material having an average particle diameter of 5 μm and made of a Li / Mn composite oxide was applied and dried to a thickness of 15 μm to form a positive electrode active material layer.
さらに、集電体の他方の面には、平均粒径が6μmで非結晶性炭素材からなる負極活物質を、厚さ15μmとなるように塗布・乾燥して、負極活物質層を形成した。このようにバイポーラ電極を形成した。 Furthermore, on the other surface of the current collector, a negative electrode active material made of an amorphous carbon material having an average particle diameter of 6 μm was applied and dried to a thickness of 15 μm to form a negative electrode active material layer. . In this way, a bipolar electrode was formed.
また、上記と同様の集電体に同様の正極材または負極材だけを片面に塗布して、積層の両端に配置するための端部電極を形成した。 Moreover, only the same positive electrode material or negative electrode material was apply | coated to the single side | surface to the same collector as the above, and the edge part electrode for arrange | positioning at the both ends of lamination | stacking was formed.
これらの電極の間に、架橋型ゲル電解質の前駆体を厚さ25μmで硬度JIS−A 60のポリエステル不織布セパレータに染み込ませた電解質層を挟んで重ね、3層構造の電池要素を構成した。
A battery element having a three-layer structure was formed by sandwiching an electrolyte layer in which a crosslinked gel electrolyte precursor was impregnated with a polyester nonwoven fabric separator having a thickness of 25 μm and a hardness of JIS-
この電池要素の正極端側には、厚さ100μmで幅100mmのアルミニウムのタブを振動溶着し、負極端側には厚さ100μmで幅100mmの銅のタブを振動溶着した。これを、ラミネート材で封止して、約80℃で約2時間加熱架橋し、実施例7の3層構造のバイポーラ電池とした。 An aluminum tab having a thickness of 100 μm and a width of 100 mm was vibration welded on the positive electrode end side of the battery element, and a copper tab having a thickness of 100 μm and a width of 100 mm was vibration welded on the negative electrode end side. This was sealed with a laminating material and crosslinked by heating at about 80 ° C. for about 2 hours to obtain a bipolar battery having a three-layer structure of Example 7.
以下の実施例8〜16では、実施例7と同様の製造工程によりバイポーラ電池を作製した。実施例8〜16については、上述のどの実施例と同様の単電池層を何層積層したかについて説明する。 In the following Examples 8 to 16, bipolar batteries were manufactured by the same manufacturing process as in Example 7. In Examples 8 to 16, the number of single cell layers similar to which of the above-described examples is stacked.
(実施例8)
実施例8では、実施例2の単電池層を3層積層したバイポーラ電池を作製した。
(Example 8)
In Example 8, a bipolar battery in which three single battery layers of Example 2 were stacked was produced.
(実施例9)
実施例9では、実施例3の単電池層を3層積層したバイポーラ電池を作製した。
Example 9
In Example 9, a bipolar battery in which three single battery layers of Example 3 were stacked was produced.
(実施例10)
実施例10では、実施例4の単電池層を3層積層したバイポーラ電池を作製した。
(Example 10)
In Example 10, a bipolar battery in which three single battery layers of Example 4 were stacked was manufactured.
(実施例11)
実施例11では、実施例5の単電池層を3層積層したバイポーラ電池を作製した。
(Example 11)
In Example 11, a bipolar battery in which three single battery layers of Example 5 were stacked was produced.
(実施例12)
実施例12では、実施例6の単電池層を3層積層したバイポーラ電池を作製した。
(Example 12)
In Example 12, a bipolar battery in which three single battery layers of Example 6 were stacked was produced.
(実施例13)
実施例13では、実施例4の単電池層を10層積層したバイポーラ電池を作製した。
(Example 13)
In Example 13, a bipolar battery in which 10 single battery layers of Example 4 were stacked was produced.
(実施例14)
実施例14では、実施例4の単電池層を100層積層したバイポーラ電池を作製した。
(Example 14)
In Example 14, a bipolar battery in which 100 single cell layers of Example 4 were stacked was produced.
(実施例15)
実施例15では、実施例3の単電池層の間に、実施例2の単電池層が挟まれてなる3層のバイポーラ電池を作製した。
(Example 15)
In Example 15, a three-layer bipolar battery in which the single battery layer of Example 2 was sandwiched between the single battery layers of Example 3 was produced.
(実施例16)
実施例16では、実施例6の単電池層の間に、実施例5の単電池層が挟まれてなる3層のバイポーラ電池を作製した。
(Example 16)
In Example 16, a three-layer bipolar battery in which the single battery layer of Example 5 was sandwiched between the single battery layers of Example 6 was produced.
(比較例2)
比較例2として、比較例1の単電池層を3層積層したバイポーラ電池を作製した。
(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, a bipolar battery in which three single battery layers of Comparative Example 1 were laminated was produced.
(比較例3)
比較例3として、比較例1の単電池層を10層積層したバイポーラ電池を作製した。
(Comparative Example 3)
As Comparative Example 3, a bipolar battery in which 10 cell layers of Comparative Example 1 were stacked was fabricated.
(比較例4)
比較例4として、比較例1の単電池層を100層積層したバイポーラ電池を作製した。
(Comparative Example 4)
As Comparative Example 4, a bipolar battery in which 100 single battery layers of Comparative Example 1 were stacked was fabricated.
<試験>
以上のように作製した各実施例7〜16および比較例2〜4のバイポーラ電池について、第1実施例と同様に、「共振周波数の測定」、「振動減衰率の測定」「熱上昇および放熱時間の測定」の試験を行った。なお、熱上昇の測定では、実施例7〜12、15、16および比較例2については、2層目の温度を測定し、実施例13、14および比較例3、4については、5層目を測定した。
<Test>
For the bipolar batteries of Examples 7 to 16 and Comparative Examples 2 to 4 manufactured as described above, similarly to the first example, “measurement of resonance frequency”, “measurement of vibration damping factor”, “heat rise and heat dissipation” The “time measurement” test was performed. In the measurement of the heat rise, the temperature of the second layer was measured for Examples 7 to 12, 15, 16 and Comparative Example 2, and the fifth layer was measured for Examples 13 and 14 and Comparative Examples 3 and 4. Was measured.
試験結果は、まとめて図11に示す通りである。 The test results are summarized in FIG.
<試験結果>
図11は、試験結果を示す図である。
<Test results>
FIG. 11 is a diagram showing test results.
試験結果において、第1共振ピークを参照する。実施例7〜16は、いずれも、第1共振ピークが100Hz以上であり、車両に搭載しても、共振しないことがわかった。一方、比較例2〜4は、いずれも、第1共振ピークが100Hz以下であり、車両に搭載すると、共振するという結果が得られた。これにより、本発明のように正極活物質層および負極活物質層を薄くすることによって、単電池層の積層数を増やしても、車両の振動に共振しないバイポーラ電池が得られることがわかった。 In the test results, reference is made to the first resonance peak. In all of Examples 7 to 16, it was found that the first resonance peak was 100 Hz or higher, and even when mounted on a vehicle, it did not resonate. On the other hand, in all of Comparative Examples 2 to 4, the first resonance peak was 100 Hz or less, and the result of resonance when mounted on a vehicle was obtained. Thus, it was found that a bipolar battery that does not resonate with vehicle vibrations can be obtained by thinning the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer as in the present invention even if the number of single battery layers is increased.
試験結果において、振動減衰率を参照する。実施例7〜16のいずれも比較例1よりは、振動減衰率が高いことがわかった。また、実施例11、13、14を比較すると、積層数が多い方が、振動減衰率が高くなっていることがわかった。 Refer to the vibration damping rate in the test results. It was found that any of Examples 7 to 16 had a higher vibration damping rate than Comparative Example 1. Further, when Examples 11, 13, and 14 were compared, it was found that the vibration damping rate was higher when the number of layers was larger.
比較例2〜4については、積層数を多くしても、振動減衰率はほとんど、比較例1と変わらないことがわかった。 About Comparative Examples 2-4, even if it increased the number of lamination | stacking, it turned out that a vibration damping factor is hardly different from the comparative example 1. FIG.
試験結果において、熱上昇を参照する。熱上昇は、実施例7〜16の中では、実施例9が最大で22δTであった。しかし、比較例2〜4を参照すると、40δT、60δT、80δTといずれもかなり温度が上昇したことがわかる。実施例7〜16では、正極活物質層および負極活物質層が薄く、電池要素全体の内部抵抗が、比較例2〜4に比べて小さいため、発熱量が少なかったからである。 Refer to heat rise in the test results. The heat rise was 22 δT at maximum in Example 9 among Examples 7-16. However, referring to Comparative Examples 2 to 4, it can be seen that the temperatures rose considerably at 40δT, 60δT, and 80δT. This is because in Examples 7 to 16, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer were thin, and the internal resistance of the whole battery element was smaller than that of Comparative Examples 2 to 4, so the amount of heat generation was small.
実施例16の熱上昇が最も低かった。これは、実施例16では、実施例6の単電池層の間に実施例5の単電池層を挟んだ構造を有するからである。実施例6の単電池のセパレータの硬度は、実施例5のセパレータの硬度よりも高い。したがって、硬度が低い方が放熱性が高められるので、熱がこもる積層内側の方で放熱性が高められる。したがって、内側で放熱が促進される分、熱上昇が低くなった。 The heat rise of Example 16 was the lowest. This is because the single cell layer of Example 5 is sandwiched between the single cell layers of Example 6 in Example 16. The hardness of the separator of the cell of Example 6 is higher than the hardness of the separator of Example 5. Therefore, since the heat dissipation is improved when the hardness is low, the heat dissipation is improved on the inner side of the stacked layer where heat is accumulated. Therefore, the heat rise was reduced by the amount of heat dissipation promoted inside.
実施例15と実施例16とを比較してみると、同じように、各層の単電池層でセパレータの硬度が異なる。しかし、それぞれを構成する単電池層の厚さが、実施例16の方が薄いので、実施例16の方が熱上昇が小さい。 Comparing Example 15 and Example 16, similarly, the hardness of the separator is different in each cell layer. However, since the thickness of the unit cell layer constituting each of the sixteenth embodiments is smaller, the heat rise in the sixteenth embodiment is smaller.
試験結果において、放熱時間を参照する。放熱時間は、比較例2〜4では60分以上だったのに対し、実施例7〜16では、最大でも18分であった。この結果から、実施例7〜16のように、従来構造よりも正極活物質層および負極活物質層の厚さを薄くすることによって、放熱特性が格段に向上することがわかる。 Refer to the heat release time in the test results. The heat radiation time was 60 minutes or longer in Comparative Examples 2 to 4, whereas in Examples 7 to 16, it was 18 minutes at the maximum. From this result, it can be seen that, as in Examples 7 to 16, the heat dissipation characteristics are remarkably improved by reducing the thickness of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer as compared with the conventional structure.
放熱時間については、実施例16が最も短かった。これは、熱上昇が低かったのと同じ理由で、放熱性が高いからである。 Regarding the heat dissipation time, Example 16 was the shortest. This is because the heat dissipation is high for the same reason that the heat rise is low.
以上のように、実施例7〜16のいずれも、従来構造の比較例2〜4に比べて、振動特性および温度特性について、向上していることがわかる。 As described above, it can be seen that all of Examples 7 to 16 are improved in vibration characteristics and temperature characteristics as compared with Comparative Examples 2 to 4 of the conventional structure.
(第2実施形態)
第2実施形態では、上記第1実施形態のバイポーラ電池を複数個、並列および/または直列に接続して、組電池を構成する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, a plurality of bipolar batteries of the first embodiment are connected in parallel and / or in series to constitute an assembled battery.
図12はバイポーラ電池の平面図、図13はケースに格納されたバイポーラ電池を示す三面図、図14は組電池を示す三面図である。 12 is a plan view of the bipolar battery, FIG. 13 is a three-sided view showing the bipolar battery stored in the case, and FIG. 14 is a three-sided view showing the assembled battery.
図12に示すように、バイポーラ電池10を平面方向から見ると、正極タブ30aおよび負極タブ30bが両側に引き出されている。このようなバイポーラ電池10を、たとえば、図13に示すように、4枚重ねてケース60に格納する。図13では、正極タブ30a同士、負極タブ30b同士を同じ側に配置し、正極ターミナル61および負極ターミナル62により相互に接続されている。
As shown in FIG. 12, when the
バイポーラ電池10が格納された電池ケース60を積層して、連結板71および固定ねじ72より一体化され、図13に示すような組電池70が形成される。組電池70では、各電池ケース60の正極ターミナル61同士および負極ターミナル62同士が、板状のバスバー73、74によりそれぞれ接続されている。
A
このように、複数のバイポーラ電池が並列接続された組電池70が形成される。
Thus, the assembled
この組電池70においては、バイポーラ電池10を複数個接続する際の接続方法として、超音波溶接、熱溶接、レーザー溶接、リベット、かしめ、電子ビームなどを用いることができる。このような接続方法をとることで、長期的信頼性のある組電池70を製造することができる。
In this assembled
組電池70によれば、前述した第1実施形態に係るバイポーラ電池10を用いて組電池化することで、高容量、高出力を得ることができ、しかも一つひとつの電池の信頼性が高いため、組電池としての長期的信頼性を向上させることができる。
According to the assembled
また、上記のように少数のバイポーラ電池10を接続するためのケースを用いることにより、多くの組電池種を製造せずに、多様な設計の組電池を構成できるので、製造コストを低減できる。
In addition, by using the case for connecting a small number of
なお、組電池としてのバイポーラ電池10の接続は、上記のように並列接続に限られるものではない。複数個全て直列に接続してもよく、さらに、直列接続と並列接続とを組み合わせても良い。
In addition, the connection of the
(第3実施形態)
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70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70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。
(Third embodiment)
In the third embodiment, the
参考までに、図15に、組電池70を搭載する自動車80の概略図を示す。自動車に搭載される組電池70は、上記説明した特性を有する。このため、組電池70を搭載してなる自動車は高い耐久性を有し、長期間に渡って使用した後であっても充分な出力を提供しうる。
For reference, FIG. 15 shows a schematic diagram of an
10…バイポーラ電池、
12…正極活物質層、
13…負極活物質層、
14、51、52…セパレータ、
15…単電池層、
16…バイポーラ電極、
17…端部集電体、
18…シール部材、
20…電池要素、
30a…正極タブ、
30b…負極タブ、
31…マス、
32、53、54…バネ、
33、55、56…ダンパー、
40…外装、
41…ラミネートシート、
50…電池要素、
60…電池ケース、
61…正極ターミナル、
62…負極ターミナル、
70…組電池、
71…連結板、
73…バスバー、
80…自動車。
10 ... Bipolar battery,
12 ... positive electrode active material layer,
13 ... negative electrode active material layer,
14, 51, 52 ... separator,
15 ... single cell layer,
16: Bipolar electrode,
17 ... End current collector,
18 ... seal member,
20 ... Battery element,
30a ... positive electrode tab,
30b ... negative electrode tab,
31 ... trout,
32, 53, 54 ... springs,
33, 55, 56 ... Damper,
40 ... exterior,
41 ... Laminate sheet,
50 ... Battery element,
60 ... Battery case,
61 ... positive terminal,
62 ... negative terminal,
70 ... assembled battery,
71 ... connecting plate,
73 ... Bus bar,
80 ... A car.
Claims (15)
前記バイポーラ電極と交互に積層され、電解質を保持するセパレータと、
を有し、
隣接する前記正極活物質層、前記セパレータ、および前記負極活物質層を含んで構成される単電池層において、前記正極活物質層および前記負極活物質層の少なくとも一方が、前記セパレータよりも厚さが薄いことを特徴とするバイポーラ電池。 A bipolar electrode in which a positive electrode active material layer is formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer is formed on the other surface;
Separators alternately stacked with the bipolar electrodes and holding the electrolyte;
Have
In the unit cell layer including the adjacent positive electrode active material layer, the separator, and the negative electrode active material layer, at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is thicker than the separator. Bipolar battery characterized by being thin.
前記負極活物質層には、結晶性炭素材または非結晶性炭素材が用いられることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載のバイポーラ電池。 For the positive electrode active material layer, a Li · Mn-based composite oxide is used,
The bipolar battery according to any one of claims 1 to 11, wherein a crystalline carbon material or an amorphous carbon material is used for the negative electrode active material layer.
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