JP2005347018A - Manufacturing method of bipolar battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bipolar battery wherein liquid junction between unit cells is prevented even when a plurality of unit cells using a polymer electrolyte are laminated to form the battery. <P>SOLUTION: A positive electrode 3 is provided on one side of one collector 2, and a negative electrode 4 is provided on the other side. Pregel is applied to and impregnated into the positive electrode 3 and the negative electrode 4, respectively, and on the other hand, the pregel is also applied to and impregnated into a separator 5a. After that, the pregel of the positive electrode 3, the negative electrode 4, and the separator 5a is gelled, and a gelled gel-electrolyte impregnated separator (electrolyte layer 5) is held between the electrode 3 and the negative electrode 4 to laminate them. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、バイポーラ電池、バイポーラ電池の製造方法、組電池、およびこの組電池を用いた自動車に関する。   The present invention relates to a bipolar battery, a method for manufacturing a bipolar battery, an assembled battery, and an automobile using the assembled battery.

リチウム二次電池は、その中に封入する電解質として、高分子ゲル電解質を用いたものがある。   Some lithium secondary batteries use a polymer gel electrolyte as the electrolyte encapsulated therein.

高分子ゲル電解質は、たとえばポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのそのもの自体はリチウムイオン伝導性を持たない高分子の骨格中に電解液を保持させたものである(たとえば特許文献1参照)。   The polymer gel electrolyte is, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) itself having an electrolyte solution held in a polymer skeleton that does not have lithium ion conductivity (see, for example, Patent Document 1).

また、近年、1枚の集電体の一方の面に正極を設け、他方の面に負極を設けた、1枚の集電体に2つの電極を有するバイポーラ電極を用いて、このバイポーラ電極の正極と負極の間に電解質を挟んで積層したバイポーラ電池がある。   In recent years, a bipolar electrode having two electrodes on one current collector in which a positive electrode is provided on one surface of one current collector and a negative electrode on the other surface is used. There is a bipolar battery in which an electrolyte is sandwiched between a positive electrode and a negative electrode.

このようなバイポーラ電池においては、各層の電解質に含まれる電解液が染み出すと、それが各層同士を電気的に接続することになり、電池として機能しなくってしまう。これを液絡と称する。このため、電解液を含む電解質を用いたバイポーラ電池の製造は難しい。   In such a bipolar battery, when the electrolyte contained in the electrolyte of each layer oozes out, it electrically connects each layer and does not function as a battery. This is called a liquid junction. For this reason, it is difficult to manufacture a bipolar battery using an electrolyte containing an electrolytic solution.

このような観点から、従来、電解質内において電解液をゲル化させることで、各層の電解質の流動性をなくし、バイポーラ電池の製造が容易になるようにしたものがある(たとえば特許文献2参照)。このようなゲル化させた電解質をゲル電解質と称し、たとえばPEO(ポリエチレンオキシド)などの全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、またはPVDFなどリチウムイオン伝導性を持たない高分子の骨格中に、電解液を保持させたものなどが高分子ゲル電解質にあたる。一方、高分子ゲル電解質を構成するポリマーと電解液の比率は幅広く、ポリマー100%を全固体高分子電解質、電解液100%を液体電解質とすると、その中間体はすべて高分子ゲル電解質にあたる。   From such a point of view, there is a conventional technique in which the electrolyte is gelled in the electrolyte, thereby eliminating the fluidity of the electrolyte in each layer and facilitating the manufacture of a bipolar battery (see, for example, Patent Document 2). . Such a gelled electrolyte is called a gel electrolyte. For example, a solid electrolyte such as PEO (polyethylene oxide) containing an electrolyte solution usually used in a lithium ion battery, or lithium ion conductivity such as PVDF. A polymer gel electrolyte is one in which an electrolyte solution is held in a polymer skeleton that does not have a polymer. On the other hand, the ratio of the polymer constituting the polymer gel electrolyte to the electrolyte solution is wide. When 100% of the polymer is an all solid polymer electrolyte and 100% of the electrolyte solution is a liquid electrolyte, the intermediates are all polymer gel electrolytes.

このようなゲル電解質を用いたバイポーラ電池を作製しようとすると、製造時に各層を積層する段階から電解質を流動性のない状態にしておかなければならない。   If a bipolar battery using such a gel electrolyte is to be manufactured, the electrolyte must be kept in a non-fluid state from the stage of laminating each layer during manufacturing.

ゲル電解質は、通常電解質とポリマーを混合した流動性の高いプレゲル溶液を調整し、その後、ポリマーの架橋により流動性のないゲル電解質を作製する化学架橋、または、電解液とポリマーを揮発性の高い溶媒に溶かし均一に分散させたプレゲル分散溶液を調整後、溶媒を揮発させることにより流動性のないゲル電解質を作製する物理架橋で得ていた。   The gel electrolyte is usually prepared by preparing a highly fluid pregel solution in which the electrolyte and polymer are mixed, and then creating a gel electrolyte having no fluidity by crosslinking the polymer, or the electrolyte and polymer are highly volatile. After preparing a pregel dispersion solution dissolved in a solvent and uniformly dispersed, the solvent was volatilized to obtain a gel electrolyte having no fluidity.

このため、従来のバイポーラ電池の製造方法では、液絡を防ぐためにゲル電解質を用いる場合、まず、流動性のあるプレゲルを流動性のないゲル電解質にした後、これをバイポーラ電極の間に挟んで、交互に張り合わせるような工法でバイポーラ電池を製造していた。
特開平11−204136号公報 特開2000−100471号公報
For this reason, in the conventional bipolar battery manufacturing method, when a gel electrolyte is used to prevent liquid junction, first, a fluid pregel is made into a non-fluid gel electrolyte and then sandwiched between bipolar electrodes. The bipolar batteries were manufactured by a method of alternately bonding them together.
JP-A-11-204136 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-1000047

しかしながら、従来の製造方法で製造したバイポーラ電池は、ゲル電解質層を電極とは別に製作しているため、電極内部に電解質が十分に染み込まず、抵抗が大きくなり、大電流放電時にレート特性が低下するという問題があった。   However, since the bipolar battery manufactured by the conventional manufacturing method has the gel electrolyte layer manufactured separately from the electrode, the electrolyte does not sufficiently penetrate inside the electrode, the resistance increases, and the rate characteristic decreases during large current discharge. There was a problem to do.

また、電解液の比率が非常に高いゲル電解質層を用いると、複数の単電池層を積層しようとしたときに、ゲル電解質から電解液が染み出して、単電池相互に液絡してしまい、バイポーラ電池を完成させることができないという問題もあった。   Moreover, when using a gel electrolyte layer with a very high ratio of the electrolyte, when trying to stack a plurality of unit cell layers, the electrolyte exudes from the gel electrolyte, and the unit cells become liquid junctions, There was also a problem that the bipolar battery could not be completed.

そこで本発明の目的は、ゲル電解質層を用いた場合でも、電解質が電極内に良く入り込んで、電極と電解質層との界面の抵抗を低くすることのできるバイポーラ電池の製造方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a bipolar battery in which even when a gel electrolyte layer is used, the electrolyte enters the electrode well, and the resistance at the interface between the electrode and the electrolyte layer can be lowered. is there.

またの発明の他の目的は、ゲル電解質層を用いた場合に、製造中に液絡が起きないようにして、複数の単電池層を容易に積層することのできるバイポーラ電池の製造方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a bipolar battery manufacturing method in which a plurality of single battery layers can be easily stacked without causing liquid junction during manufacturing when a gel electrolyte layer is used. It is to be.

本発明の上記目的は、一つの集電体の第1面に正極を形成する工程と、前記集電体の前記正極を形成した面に対向する第2面に負極を形成する工程と、前記正極および前記負極にプレゲルを含浸させる工程と、前記正極および前記負極に含浸させた前記プレゲルをゲル化させる工程と、電解質を保持するための基材にプレゲルを含浸させる工程と、前記基材に含浸させた前記プレゲルをゲル化させてゲル電解質層を形成する工程と、第1の前記集電体の前記正極と第2の前記集電体の前記負極との間に前記ゲル電解質を挟み込む工程と、を有することを特徴とするバイポーラ電池の製造方法によって達成される。   The object of the present invention is to form a positive electrode on the first surface of one current collector, to form a negative electrode on a second surface of the current collector that faces the surface on which the positive electrode is formed, A step of impregnating the positive electrode and the negative electrode with pregel, a step of gelling the pregel impregnated with the positive electrode and the negative electrode, a step of impregnating the base material for holding the electrolyte with the pregel, and the base material Forming a gel electrolyte layer by gelling the impregnated pregel, and sandwiching the gel electrolyte between the positive electrode of the first current collector and the negative electrode of the second current collector It is achieved by the manufacturing method of the bipolar battery characterized by having.

本発明のバイポーラ電池の製造方法によれば、プレゲル状態で電極や電解液保持基材中に電解液を含浸させた後、これをゲル化することとしたので、電極と電解液保持基材中に電解液成分が十分に染み込むため、電極と電解質層との電気抵抗を低くすることができる。また、ゲル化させることで、プレゲルを含浸させた後にゲル化することから、電極および電解質層からの電解液の漏れがなく、複数の単電池層を積層する際に液絡が発生するのを防止することができる。   According to the bipolar battery manufacturing method of the present invention, the electrode and the electrolyte holding substrate are impregnated with the electrolyte in the pregel state, and then gelled. Therefore, in the electrode and the electrolyte holding substrate Since the electrolyte component sufficiently permeates into the electrode, the electrical resistance between the electrode and the electrolyte layer can be lowered. Moreover, since gelation occurs after impregnation with the pregel, there is no leakage of the electrolyte from the electrode and the electrolyte layer, and a liquid junction is generated when a plurality of unit cell layers are laminated. Can be prevented.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明を適用した一実施形態におけるバイポーラ電池の製造方法を説明するための説明図である。   FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing method of a bipolar battery in an embodiment to which the present invention is applied.

本実施形態におけるバイポーラ電池の製造方法は、まず、図1(a)に示すように、集電体2の一方の面に正極3、他方の面に負極4を設け、正極3と負極4にそれぞれ後にゲル電解質となる流動性の高いプレゲル溶液を塗布して、含浸させる。   In the bipolar battery manufacturing method according to the present embodiment, first, as shown in FIG. 1A, the positive electrode 3 is provided on one surface of the current collector 2, and the negative electrode 4 is provided on the other surface. A pre-gel solution with high fluidity that will later become a gel electrolyte is applied and impregnated.

その後、塗布したプレゲルをゲル化して、図1(b)に示すように、一つの集電体2に正極3および負極4を設け、ゲル電解質含浸バイポーラ電極1を製作する。   Thereafter, the applied pregel is gelled, and as shown in FIG. 1B, the positive electrode 3 and the negative electrode 4 are provided on one current collector 2, and the gel electrolyte-impregnated bipolar electrode 1 is manufactured.

一方、図1(c)に示すように、セパレータ5aなどの電解液を保持するための基材に、同様にしてプレゲル溶液を含浸させ、その後プレゲルをゲル化させて、図1(d)に示すように、ゲル電解質層5(ゲル電解質含浸セパレータ)を形成する。   On the other hand, as shown in FIG. 1 (c), the base material for holding the electrolytic solution such as the separator 5a is impregnated with the pregel solution in the same manner, and then the pregel is gelled. As shown, a gel electrolyte layer 5 (gel electrolyte impregnated separator) is formed.

そして、図1(e)に示すように、これらゲル化した電解質を含浸させた正極3と負極4を有するバイポーラ電極1の間に、同じくセパレータ5aにゲル電解質を含浸させた電解質層5を挟み込んで、複数積層することにより、図1(f)に示すように、バイポーラ電池10を完成させる。   Then, as shown in FIG. 1 (e), an electrolyte layer 5 in which a separator 5a is impregnated with a gel electrolyte is sandwiched between a bipolar electrode 1 having a positive electrode 3 and a negative electrode 4 impregnated with the gelled electrolyte. Thus, the bipolar battery 10 is completed by stacking a plurality of layers as shown in FIG.

図2は、完成したバイポーラ電池10の内部構成を示す図面である。   FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of the completed bipolar battery 10.

最終的に完成したバイポーラ電池は、図2に示すように、両端部以外においては、一つの集電体2の両面に正極3と負極4が形成されており、この集電体2の正極3と負極4との間に電解質層5を挟むことで単電池6が構成されている。そして、この単電池6が複数積層された構造となっている。また、各単電池6の周囲には、液漏れを防止するためのシール材9を設けている。このシール材は、バイポーラ電極1と電解質層5を複数積層した時点ではシール機能はなく、積層された集電体2の間に配置されているのみであり、その後の製造段階において、集電体2および7のシール材9が位置する部分を上下方向から熱圧着することで各単電池6がシールされることになる。なお、両端部にある集電体(端部集電体7と称する)は、一方の面に、正極3または負極4のみを有するもので、バイポーラ電池全体の電極と接続される。   In the finally completed bipolar battery, as shown in FIG. 2, a positive electrode 3 and a negative electrode 4 are formed on both surfaces of one current collector 2 except at both ends, and the positive electrode 3 of the current collector 2 is formed. A unit cell 6 is configured by sandwiching an electrolyte layer 5 between the anode 4 and the anode 4. A plurality of the unit cells 6 are stacked. Further, a sealing material 9 for preventing liquid leakage is provided around each unit cell 6. This sealing material does not have a sealing function when a plurality of bipolar electrodes 1 and electrolyte layers 5 are laminated, and is only disposed between the laminated current collectors 2. Each unit cell 6 is sealed by thermocompression bonding the portions where the sealing materials 9 of 2 and 7 are located from above and below. A current collector (referred to as an end current collector 7) at both ends has only the positive electrode 3 or the negative electrode 4 on one surface, and is connected to the electrodes of the entire bipolar battery.

図3は、このようなプレゲルを用いた電解質の含浸の状態を説明するための模式図である。   FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the state of impregnation of the electrolyte using such a pregel.

図3(a)に示すように、集電体2上に設けた電極層300(正極または負極)には、活物質301が含まれており、これに流動性の高いプレゲル溶液304を塗布することで、活物質301の内部にまでプレゲルが入り込むことになる。その後、これをゲル化することで、図3(b)に示すように、プレゲルをゲル化したゲル電解質305によって活物質301が十分に覆われた状態となる。このため、この電極層300上に電解質層5を乗せた場合、図3(c)に示すように、電極層300と電解質層5との界面306は、実際上区別のない状態となって、この界面部分における電気抵抗を少なくすることができるのである。   As shown in FIG. 3A, the electrode layer 300 (positive electrode or negative electrode) provided on the current collector 2 contains an active material 301, and a pregel solution 304 having high fluidity is applied thereto. As a result, the pregel enters into the active material 301. Then, by gelling this, as shown in FIG. 3B, the active material 301 is sufficiently covered with the gel electrolyte 305 obtained by gelling the pregel. Therefore, when the electrolyte layer 5 is placed on the electrode layer 300, the interface 306 between the electrode layer 300 and the electrolyte layer 5 is practically indistinguishable as shown in FIG. The electrical resistance at this interface can be reduced.

ここで、プレゲル溶液を正極、負極、およびセパレータへ含浸させる際には、ダイコータ塗布法、スプレー塗布法、インクジェットプリント法などを用いることができる。これらの方法はプレゲル溶液の塗布量を厳密に制御することができるため好ましい。そして、均一にプレゲル溶液を塗布することで、電池の電流密度分布が均一になる。   Here, when impregnating the pregel solution into the positive electrode, the negative electrode, and the separator, a die coater coating method, a spray coating method, an ink jet printing method, or the like can be used. These methods are preferable because the application amount of the pregel solution can be strictly controlled. And the current density distribution of a battery becomes uniform by apply | coating a pregel solution uniformly.

ダイコータ塗布法を用いる場合は、ダイコータによりプレゲル溶液を電極やセパレータに塗布することで、粘度の高いプレゲル溶液でも容易に、かつ均一に塗布することが可能になる。スプレー塗布法を用いる場合は、スプレーコータを用いて、プレゲル溶液を噴霧することになるため、プレゲル溶液の液滴を小さくすることができる。このため、電極やセパレータのより一層深部にまでプレゲルを染み込ませることが可能となる。インクジェットプリント法を用いる場合は、インクジェットプリンタを用いることにより、スプレーコータを使う場合と同様に、プレゲルの液滴を小さくすることができ、電極やセパレータの深部までプレゲルを染み込ませることができる。   When using the die coater coating method, it is possible to easily and evenly apply a pregel solution having a high viscosity by applying the pregel solution to the electrodes and the separator with the die coater. When the spray coating method is used, since the pregel solution is sprayed using a spray coater, the droplets of the pregel solution can be made small. For this reason, it becomes possible to saturate the pregel even deeper in the electrode and the separator. In the case of using the ink jet printing method, by using an ink jet printer, the pregel droplets can be made small as in the case of using the spray coater, and the pregel can be infiltrated to the deep part of the electrode or the separator.

含浸させるプレゲル溶液の量は、正極、負極、およびセパレータのそれぞれの空隙量の合計に対して100容積%以上であることが好ましい。これは全体の空隙量より含浸させるプレゲル量が少ない場合、プレゲルによって含浸させる電解質そのものが好くなう、空隙がそのまま残り、イオン移動の妨げになるおそれがあるからである。なお、含浸するプレゲル溶液量の上限については、プレゲル溶液が電極やセパレータに対して、その表面張力により保持される限界以下にする必要がある。これは、電極やセパレータの保持力を超えて多くのプレゲルを塗布した場合、その後のゲル化によっても電極やセパレータから、一部が液化して漏れ出てしまう可能性があるため好ましくない。   The amount of the pregel solution to be impregnated is preferably 100% by volume or more based on the total amount of voids of the positive electrode, the negative electrode, and the separator. This is because when the amount of pregel to be impregnated is smaller than the total amount of voids, the electrolyte itself impregnated with the pregel is preferred, and voids remain as they are, which may hinder ion migration. In addition, about the upper limit of the amount of pregel solution to impregnate, it is necessary to make below the limit with which a pregel solution is hold | maintained with respect to an electrode or a separator by the surface tension. This is not preferable when a large amount of pregel is applied beyond the holding force of the electrode or separator, because part of the pregelling may be liquefied and leaked from the electrode or separator due to subsequent gelation.

また、溶媒を揮発させてゲル化をする工程により作成するゲル電池の場合の容積とは溶媒が揮発した後のゲル電解質の容積とする。   Moreover, the volume in the case of the gel battery produced by the process which volatilizes a solvent and gelatinizes is made into the volume of the gel electrolyte after a solvent volatilizes.

なおかつ、正極および負極に含浸させるプレゲル溶液の量は、正極および負極共に、それぞれの空隙量に対して、少なくとも90容積%以上であることが好ましい。これは、90容積%以上とすることで、後述する実施例からわかるように、電池の高出力化を果たすことができ、また、レート特性を向上させることが可能となるためである。なお、含浸するプレゲル溶液量の上限については、プレゲル溶液が電極やセパレータに対して、その表面張力により保持される限界以下にする必要がある。これは、電極やセパレータの保持力を超えて多くのプレゲルを塗布した場合、その後のゲル化によっても電極やセパレータから、一部が液化して漏れ出てしまう可能性があるため好ましくないものである。   In addition, the amount of the pregel solution impregnated in the positive electrode and the negative electrode is preferably at least 90% by volume or more with respect to the respective void amounts in both the positive electrode and the negative electrode. This is because, by setting it to 90% by volume or more, as can be seen from the examples described later, it is possible to increase the output of the battery and to improve the rate characteristics. In addition, about the upper limit of the amount of pregel solution to impregnate, it is necessary to make below the limit with which a pregel solution is hold | maintained with respect to an electrode or a separator by the surface tension. This is not preferable because when a large amount of pregel is applied beyond the holding power of the electrode or separator, some of the pregelling may be liquefied and leaked from the electrode or separator due to subsequent gelation. is there.

プレゲルの塗布後は、電極およびセパレータを温度を45℃程度、圧力1×10〜1×10Pa程度で10〜30分間程度、減圧下に導入し、完全にプレゲルを電極やセパレータ内部にまで染み込ませる。ここで減圧条件は、電解質に用いられる溶媒の物性、プレゲルの粘度、電極の空隙率によって条件が異なる。したがって、最適な条件を性能と照らし合わせて条件だしを行う必要がある。 After application of the pregel, the electrode and separator are introduced under reduced pressure at a temperature of about 45 ° C. and a pressure of about 1 × 10 2 to 1 × 10 3 Pa for about 10 to 30 minutes, and the pregel is completely placed inside the electrode and separator. Let it soak. Here, the decompression condition varies depending on the physical properties of the solvent used for the electrolyte, the viscosity of the pregel, and the porosity of the electrode. Therefore, it is necessary to check the optimum conditions against the performance.

なお、電極を減圧下に導入する際は、一つの集電体に正極および負極を形成し、それぞれにプレゲル溶液を塗布した後、この集電体ごと減圧下に導入すればよい。   In addition, when introducing an electrode under reduced pressure, a positive electrode and a negative electrode may be formed on one current collector, and after applying a pregel solution to each current collector, the current collector may be introduced under reduced pressure.

電解質のゲル化方法は、プレゲルに開始剤を入れて、化学架橋ポリマーによりゲル化することができる。化学架橋ポリマーは保液性がよく、ゲル化後の液絡なくバイポーラ電極およびゲル電解質層を積層することが容易になる。   In the gelation method of the electrolyte, an initiator is added to the pregel, and the gel can be gelled by the chemically crosslinked polymer. Chemically cross-linked polymers have good liquid retention and facilitate the lamination of bipolar electrodes and gel electrolyte layers without liquid junction after gelation.

また、他のゲル化方法としては、プレゲルを溶媒に分散させた状態で電極に塗布し、その後、電極内部に染み込んだプレゲルを加熱することで、溶媒成分を飛ばして物理架橋させることによりゲル化してもよい。この物理架橋の場合は、電極内で均一にゲル化されるため、電池が高出力化し、レート特性を一層向上させることができる。   As another gelation method, the pregel is applied to the electrode in a state of being dispersed in a solvent, and then the pregel soaked into the electrode is heated, so that the solvent component is skipped and the gel is physically crosslinked. May be. In the case of this physical crosslinking, since the gel is uniformly formed in the electrode, the output of the battery can be increased and the rate characteristics can be further improved.

このように、電極および電解質等を積層する段階では、それぞれに含浸させたプレゲルは加工させてゲル状態にしてから積層しているため、製造中における電解液の染み出しもなく、製造中の単電池層間の液絡を防止することができる。また、電極、電解質の空隙率に対する電解質の塗布量を規定することによりさらに液絡のないバイポーラ電池の製造が容易になる。   In this way, at the stage of laminating electrodes and electrolytes, the pregels impregnated in each are processed into a gel state and then laminated, so that there is no oozing out of the electrolyte during production, and the single gel during production is not. A liquid junction between battery layers can be prevented. In addition, by defining the amount of electrolyte applied to the porosity of the electrode and electrolyte, it becomes easier to manufacture a bipolar battery without a liquid junction.

ここで、高分子ゲル電解質とは、ポリマーマトリックス中に電解液を保持させたものであり、ゲル電解質中の電解液の割合は、数%〜98質量%程度である。特に、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効果がある。これは、電解液を70重量%以下とすると化学架橋ゲル電解質においても物理架橋ゲル電解質においても電解質保持力が必要十分になる。ところが70重量%以上になると電解液が漏れ出す可能性があるため、今回の発明は、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。   Here, the polymer gel electrolyte is one in which an electrolytic solution is held in a polymer matrix, and the ratio of the electrolytic solution in the gel electrolyte is about several% to 98% by mass. In particular, it is effective for gel electrolytes having a large amount of electrolytic solution with an electrolytic solution ratio of 70% by mass or more. This means that when the electrolytic solution is 70% by weight or less, the electrolyte holding power is necessary and sufficient for both the chemically crosslinked gel electrolyte and the physically crosslinked gel electrolyte. However, since there is a possibility that the electrolyte solution leaks when the content is 70% by weight or more, the present invention is particularly effective for the gel electrolyte having a large amount of the electrolyte solution having a ratio of 70% by mass or more.

以下さらに、ここで用いられる集電体、正極、負極、電解質、およびその他構成物について説明する。   Hereinafter, the current collector, the positive electrode, the negative electrode, the electrolyte, and other components used here will be described.

基本的にこれら電池を構成する部材(材料)については、リチウムイオン二次電池で使用されているものである。   Basically, members (materials) constituting these batteries are those used in lithium ion secondary batteries.

以下これらについて具体例を挙げて説明する。   These will be described below with specific examples.

[集電体]
集電体は、製法上、スプレーコートなどの薄膜製造技術により、いかような形状を有するものにも製膜積層して形成し得る必要上、たとえば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金などの金属粉末を主成分として、これにバインダー(樹脂)、溶剤を含む集電体金属ペーストを加熱して成形してなるものである。また、これら金属粉末を1種単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよいし、さらに、製法上の特徴を生かして金属粉末の種類の異なるものを多層に積層したものであってもよい。
[Current collector]
The current collector needs to be formed by laminating and stacking whatever shape it has, such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (for example, by a thin film manufacturing technique such as spray coating). SUS), a metal powder such as an alloy thereof as a main component, and a current collector metal paste containing a binder (resin) and a solvent is heated and molded. In addition, these metal powders may be used alone or in combination of two or more, and moreover, different types of metal powders are laminated in multiple layers taking advantage of the characteristics of the manufacturing method. It may be a thing.

上記バインダーとしては、特に制限されるべきものではなく、たとえば、エポキシ樹脂など、従来公知の樹脂バインダー材料を用いることができるほか、導電性高分子材料を用いても良い。   The binder is not particularly limited. For example, a conventionally known resin binder material such as an epoxy resin can be used, and a conductive polymer material may be used.

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。   Although the thickness of a collector is not specifically limited, Usually, it is about 1-100 micrometers.

[正極(正極活物質層)]
正極は、正極活物質を含む。このほかにも、導電助剤、バインダーなどが含まれ得る。この電極に、上記したようにプレゲルを含浸させた後、化学架橋または物理架橋によりゲル電解質として正極および負極内に十分に浸透させている。
[Positive electrode (positive electrode active material layer)]
The positive electrode includes a positive electrode active material. In addition, a conductive auxiliary agent, a binder, and the like can be included. After impregnating this electrode with the pregel as described above, it is sufficiently infiltrated into the positive electrode and the negative electrode as a gel electrolyte by chemical crosslinking or physical crosslinking.

上記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、遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用できる。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系複合酸化物などが挙げられる。このほか、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。 As the positive electrode active material, a composite oxide of transition metal and lithium, 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 sulfate 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.

正極活物質の粒径は、製法上、正極材料をペースト化してスプレーコートなどにより製膜し得るものであればよいが、さらにバイポーラ電池の電極抵抗を低減するために、電解質が固体でない溶液タイプのリチウムイオン電池で用いられる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、正極活物質の平均粒径が10〜0.1μmであるとよい。   The positive electrode active material may have any particle size as long as the positive electrode material can be formed into a paste by spray coating and the like, but in order to reduce the electrode resistance of the bipolar battery, the electrolyte is not a solid solution type. What is smaller than the generally used particle size used in the lithium ion battery of the present invention may be used. Specifically, the average particle diameter of the positive electrode active material is preferably 10 to 0.1 μm.

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。   The polymer gel electrolyte is a solid polymer electrolyte having ion conductivity containing an electrolyte solution usually used in a lithium ion battery. Further, in the polymer skeleton having no lithium ion conductivity, In addition, those holding the same electrolytic solution are also included.

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、たとえば、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。 Here, the electrolyte solution (electrolyte salt and plasticizer) contained in the polymer gel electrolyte may be any one that is normally used in lithium ion batteries. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , inorganic acid anion salts such as LiAlCl 4 and Li 2 B 10 Cl 10 , organic acid anions such as LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N Including at least one lithium salt (electrolyte salt) selected from ionic salts, cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxa , Ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; esters such as methyl propionate; amides such as dimethylformamide; Those using an organic solvent (plasticizer) such as an aprotic solvent in which at least one selected from methyl and methyl formate are mixed can be used. However, it is not necessarily limited to these.

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。   Examples of the polymer having ion conductivity include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof.

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、たとえば、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。   For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), etc. are used as the polymer having no lithium ion conductivity used in the polymer gel electrolyte. it can. However, it is not necessarily limited to these. Note that PAN, PMMA, etc. are in a class that has almost no ionic conductivity, and therefore can be a polymer having the above ionic conductivity, but here, they are used for a polymer gel electrolyte. This is exemplified as a polymer having no lithium ion conductivity.

上記リチウム塩としては、たとえば、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。 As the lithium salt, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 and the like inorganic acid anion salts, Li (CF 3 SO 2) 2 N, An organic acid anion salt such as Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N 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.

本実施形態では、これら電解液、リチウム塩、および高分子(ポリマー)を混合してプレゲル溶液を作成し、正極および負極に含浸させている。   In this embodiment, these electrolyte solution, lithium salt, and polymer (polymer) are mixed to prepare a pregel solution, and the positive electrode and the negative electrode are impregnated.

正極における、正極活物質、導電助剤、バインダーの配合量は、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。たとえば、正極内における電解質、特に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、正極内における電解質、特に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 blending amount of the positive electrode active material, the conductive additive, and the binder in the positive electrode should be determined in consideration of the intended use of the battery (output importance, energy importance, etc.) and ion conductivity. For example, if the amount of the electrolyte in the positive electrode, particularly the solid polymer electrolyte, 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, when the amount of the electrolyte in the positive electrode, particularly the solid polymer electrolyte, is too large, the energy density of the battery decreases. Therefore, in consideration of these factors, the solid polymer electrolytic mass meeting the purpose is determined.

正極の厚さは、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。一般的な正極活物質層の厚さは10〜500μm程度である。   The thickness of the positive electrode is not particularly limited, and should be determined in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, emphasis on energy, etc.) and ion conductivity, as described for the blending amount. A typical positive electrode active material layer has a thickness of about 10 to 500 μm.

[負極(負極活物質層)]
負極4は、負極活物質を含む。このほかにも、導電助剤、バインダーなどが含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極」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 (negative electrode active material layer)]
The negative electrode 4 includes a negative electrode active material. In addition, a conductive auxiliary agent, a binder, and the like can be included. Since the contents other than the type of the negative electrode active material are basically the same as the contents described in the section “Positive electrode”, the description 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。たとえば、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物金属、カーボンなどが好ましい。より好ましくは、カーボン、遷移金属酸化物、リチウム−遷移金属複合酸化物である。さらに好ましくは、チタン酸化物、リチウム−チタン複合酸化物、カーボンである。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。   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. For example, metal oxide, lithium-metal composite oxide metal, carbon and the like are preferable. More preferred are carbon, transition metal oxide, and lithium-transition metal composite oxide. More preferred are titanium oxide, lithium-titanium composite oxide, and carbon. These may be used alone or in combination of two or more.

[電解質]
電解質としては、高分子ゲル電解質であり、既に説明したように、本実施形態では基材としてセパレータにプレゲル溶液を含浸させた後、化学架橋または物理架橋により高分子ゲル電解質層として用いている。
[Electrolytes]
The electrolyte is a polymer gel electrolyte. As described above, in this embodiment, a separator as a base material is impregnated with a pregel solution and then used as a polymer gel electrolyte layer by chemical crosslinking or physical crosslinking.

このような高分子ゲル電解質としては、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。これらについては、正極に含まれる電解質の1種として説明した高分子ゲル電解質と同様であるため、ここでの説明は省略する。   As such a polymer gel electrolyte, a solid polymer electrolyte having ion conductivity includes an electrolytic solution usually used in a lithium ion battery. Those in which the same electrolyte solution is held in the molecular skeleton are also included. Since these are the same as the polymer gel electrolyte described as one type of electrolyte contained in the positive electrode, description thereof is omitted here.

これら高分子ゲル電解質は、電池を構成する高分子電解質のほか、上記したように正極および/または負極にも含まれ得るが、電池を構成する高分子電解質、正極、負極によって異なる高分子電解質を用いてもよいし、同一の高分子電解質を使用してもよいし、層によって異なる高分子電解質を用いてもよい。   These polymer gel electrolytes can be included in the positive electrode and / or the negative electrode as described above in addition to the polymer electrolyte constituting the battery. However, different polymer electrolytes are used depending on the polymer electrolyte, positive electrode, and negative electrode constituting the battery. The same polymer electrolyte may be used, or different polymer electrolytes may be used depending on the layer.

電池を構成する電解質の厚さは、特に限定するものではない。しかしながら、コンパクトなバイポーラ電池を得るためには、電解質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。一般的な固体高分子電解質層の厚さは10〜100μm程度である。ただし、電解質の形状は、製法上の特徴を生かして、電極(正極または負極)の上面ならびに側面外周部も被覆するように形成することも容易であり、機能、性能面からも部位によらず常にほぼ一定の厚さにする必要はない。   The thickness of the electrolyte constituting the battery is not particularly limited. However, in order to obtain a compact bipolar battery, it is preferable to make it as thin as possible as long as the function as an electrolyte can be secured. The thickness of a general solid polymer electrolyte layer is about 10 to 100 μm. However, the shape of the electrolyte can be easily formed so as to cover the upper surface of the electrode (positive electrode or negative electrode) as well as the outer periphery of the side surface, taking advantage of the characteristics of the manufacturing method. It is not always necessary to have a substantially constant thickness.

[電池外装材(電池ケース)]
さらに、この電池では、図2に示したバイポーラ電池の構成物体と外部からの衝撃、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型板を含めた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)に収容している。
[Battery exterior material (battery case)]
Furthermore, in this battery, in order to prevent the external impact and environmental degradation during use in order to prevent the components and the external impact and environmental degradation of the bipolar battery shown in FIG. The entire battery stack including the template is accommodated in a battery exterior material or battery case (not shown).

このための電池ケースとしては、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。   As a battery case for this purpose, from the viewpoint of weight reduction, a polymer-metal composite laminate film or aluminum laminate in which metals (including alloys) such as aluminum, stainless steel, nickel and copper are coated with an insulator such as a polypropylene film. It is preferable to use a conventionally known battery exterior material such as a pack, and a part or the whole of its peripheral part is joined by heat fusion so that the battery stack is housed and sealed.

この場合、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。   In this case, the positive electrode and the negative electrode lead may be structured to be sandwiched between the heat-sealed portions and exposed to the outside of the battery exterior material. In addition, the use of polymer-metal composite laminate films and aluminum laminate packs with excellent thermal conductivity allows heat to be efficiently transferred from the heat source of the automobile and the inside of the battery to be quickly heated to the battery operating temperature. preferable.

[正極および負極端子板]
正極および負極端子板(不図示)は、最外層の端部集電体7に取り付けられる。正極および負極端子板(不図示)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、製膜により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。
[Positive electrode and negative electrode terminal plate]
A positive electrode and a negative electrode terminal plate (not shown) are attached to the outermost end collector 7. The positive electrode and negative electrode terminal plates (not shown) have functions as terminals and should be as thin as possible from the viewpoint of thinning, but the electrodes, electrolytes, and current collectors laminated by film formation are all mechanical. Since the strength is weak, it is desirable to have a strength sufficient to sandwich and support them from both sides. Furthermore, it can be said that the thickness of the positive electrode and the negative electrode terminal plate is usually preferably about 0.1 to 2 mm from the viewpoint of suppressing internal resistance at the terminal portion.

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。たとえば、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。   As the material of the positive electrode and the negative electrode terminal plate, materials usually used in lithium ion batteries can be used. For example, aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof can be used. Aluminum is preferably used from the viewpoints of corrosion resistance, ease of production, economy, and the like.

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。   The material of the positive electrode terminal plate and the negative electrode terminal plate may be the same material or different materials. Furthermore, the positive electrode and the negative electrode terminal plate may be a laminate of different materials.

正極および負極端子板の形状は、型板と兼用する場合には、自動車の熱源外面等をトレースした形状に、また、型板と対極する位置に設けられる端子板では、該端子板を設置する集電体外面をトレースした形状であればよく、プレス成形等によりトレースして形成すればよい。なお、型板と対極する位置に設けられる端子板では、集電体と同様にスプレーコートにより形成してもよい。   The shape of the positive electrode and the negative electrode terminal plate is a shape obtained by tracing the outer surface of a heat source of an automobile when used also as a template, and the terminal plate is installed in a terminal plate provided at a position opposite to the template. Any shape that traces the outer surface of the current collector may be used, and it may be formed by tracing by press molding or the like. Note that the terminal plate provided at a position opposite to the template may be formed by spray coating in the same manner as the current collector.

[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。
[Positive electrode and negative electrode lead]
As for the positive electrode and the negative electrode lead, known leads usually used in lithium ion batteries can be used. In addition, since the part taken out from 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 (particularly electronic equipment) by contacting with them and causing electric leakage. In addition, it is preferable to coat with a heat-resistant insulating heat-shrinkable tube or the like.

図4は、上述した製造方法により製作したバイポーラ電池10をアルミラミネートパックにより電池20として構成した場合の外観を示す図面である。この電池20は、バイポーラ電池15の端部集電体に上記の正極端子板および負極端子板を設け、さらにリードを取り付けて、電極23および24としている。   FIG. 4 is an external view when the bipolar battery 10 manufactured by the above-described manufacturing method is configured as the battery 20 by an aluminum laminate pack. In the battery 20, the positive electrode terminal plate and the negative electrode terminal plate are provided on the end current collector of the bipolar battery 15, and leads are attached to form electrodes 23 and 24.

(参考例1)
参考例1は、上述した実施形態により製造されたバイポーラ電池を複数個接続した組電池である。
(Reference Example 1)
Reference Example 1 is an assembled battery in which a plurality of bipolar batteries manufactured according to the above-described embodiment are connected.

図5は、参考例1による組電池の斜視図であり、図6は、内部構成を上方から見た図面である。   FIG. 5 is a perspective view of the assembled battery according to Reference Example 1, and FIG. 6 is a view of the internal configuration as viewed from above.

図示するようにこの組電池50は、上述した実施形態により製造されたバイポーラ電池1をラミネートパックによりパッケージした電池20(図4参照)を複数個直列に接続したものをさらに並列に接続したものである。電池20同士は、導電バー53により各電池の電極23および24が接続されている。この組電池50には電極ターミナル51および52が、この組電池50の電極として組電池50の一側面に設けられている。   As shown in the figure, this assembled battery 50 is a battery in which a plurality of batteries 20 (refer to FIG. 4) in which the bipolar battery 1 manufactured according to the above-described embodiment is packaged with a laminate pack are connected in parallel. is there. Between the batteries 20, the electrodes 23 and 24 of each battery are connected by a conductive bar 53. The assembled battery 50 is provided with electrode terminals 51 and 52 on one side of the assembled battery 50 as electrodes of the assembled battery 50.

この組電池においては、電池20それを直接に接続しさらに並列に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を製造することができる。   In this assembled battery, ultrasonic welding, heat welding, laser welding, rivet, caulking, electron beam, etc. can be used as a connection method when the battery 20 is directly connected and connected in parallel. By adopting such a connection method, a long-term reliable assembled battery can be manufactured.

本参考例1による組電池によれば、一つひとつのバイポーラ電池20自体が、その製造段階における液絡がなく、また、電池20の内部抵抗も低いため、それを直列または並列に接続して組電池化したことで、高容量、高出力と得ることができ、しかも一つひとつの電池は、内部の単電池における液絡が防止されているので信頼性が高く、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 according to the first reference example, each bipolar battery 20 itself has no liquid junction at the manufacturing stage, and the internal resistance of the battery 20 is low. Therefore, the assembled battery is connected in series or in parallel. As a result, it is possible to obtain high capacity and high output, and each battery is highly reliable because the liquid junction in the internal cell is prevented, improving long-term reliability as an assembled battery. Can be made.

なお、組電池としての電池20の接続は、電池20を複数個すべて並列に接続してもよいし、また、電池20を複数個すべて直列に接続してもよい。   In addition, connection of the battery 20 as an assembled battery may connect all the batteries 20 in parallel, and may connect all the batteries 20 in series.

(参考例2)
参考例2は、上述した参考例1による組電池を複数個接続した組電池モジュールである。
(Reference Example 2)
Reference Example 2 is an assembled battery module in which a plurality of assembled batteries according to Reference Example 1 described above are connected.

図7は、参考例2による組電池モジュールの斜視図である。   FIG. 7 is a perspective view of an assembled battery module according to Reference Example 2.

この組電池モジュール60は、前述した第5の実施形態による組電池50を複数個積層し、各組電池50の電極ターミナル51、52を導電バー61および62によって接続し、モジュール化したものである。   This assembled battery module 60 is a module in which a plurality of assembled batteries 50 according to the fifth embodiment described above are stacked and the electrode terminals 51 and 52 of each assembled battery 50 are connected by conductive bars 61 and 62. .

このように、組電池50をモジュール化することによって、電池制御を容易にし、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車などの車載用として最適な組電池モジュールとなる。そして、この組電池モジュール60は、上述した組電池を用いたものであるから長期的信頼性の高いものとなる。   As described above, by modularizing the assembled battery 50, battery control is facilitated, and for example, an assembled battery module optimal for in-vehicle use such as an electric vehicle or a hybrid vehicle is obtained. Since the assembled battery module 60 uses the above-described assembled battery, it has high long-term reliability.

なお、このような組電池モジュールも組電池の一種である。   Such an assembled battery module is also a kind of assembled battery.

(参考例3)
参考例3は、上述した参考例2による組電池モジュールを搭載し、モータの電源として使用してなる自動車である。組電池モジュールをモータ用電源として用いる自動車としては、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である。
(Reference Example 3)
Reference Example 3 is an automobile on which the assembled battery module according to Reference Example 2 described above is mounted and used as a motor power source. An automobile using the assembled battery module as a power source for a motor is an automobile whose wheels are driven by a motor, such as an electric vehicle and a hybrid vehicle.

参考までに、図8に、組電池モジュール60を搭載する自動車100の概略図を示す。自動車に搭載される組電池モジュール60は、上記説明した特性を有する。このため、組電池モジュール60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. 8 shows a schematic diagram of an automobile 100 on which the assembled battery module 60 is mounted. The assembled battery module 60 mounted on the automobile has the characteristics described above. For this reason, the automobile on which the assembled battery module 60 is mounted has high durability, and can provide a sufficient output even after being used for a long period of time.

上述した実施形態に基づいてバイポーラ電池を製作し、単電池同士の液絡評価のために充放電サイクル特性を試験した。   Bipolar batteries were manufactured based on the above-described embodiment, and charge / discharge cycle characteristics were tested for liquid junction evaluation between single cells.

[サンプル作製]
実際に作製したバイポーラ電池は、下記のとおりである。
[Sample preparation]
The actually manufactured bipolar battery is as follows.

<基本構成>
集電体2は、ステンレス(SUS)箔(厚さ20μm)を使用し、端部集電体7には下記の正極3または負極4のいずれか一方を形成して終端の正極および負極を作製し、集電体2には正極3および負極4を形成してバイポーラ電極を作製した。
<Basic configuration>
The current collector 2 is made of stainless steel (SUS) foil (thickness 20 μm), and the end current collector 7 is formed with either the following positive electrode 3 or negative electrode 4 to produce a terminal positive electrode and a negative electrode. A positive electrode 3 and a negative electrode 4 were formed on the current collector 2 to produce a bipolar electrode.

ここで、正極3は、LiMn(85質量%)に、導電助剤としてアセチレンブラック(5質量%)、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)(10質量%)、粘度調整溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)(適量)を入れて、これらを混合して正極スラリーを作製し、これを正極活物質として、集電休であるステンレス箔(厚さ20μm)の片面に塗布し、乾燥させて正極3とした。 Here, the positive electrode 3 is composed of LiMn 2 O 4 (85% by mass), acetylene black (5% by mass) as a conductive additive, polyvinylidene fluoride (PVDF) (10% by mass) as a binder, and N— as a viscosity adjusting solvent. Methyl-2-pyrrolidone (NMP) (appropriate amount) is added, and these are mixed to prepare a positive electrode slurry. This is used as a positive electrode active material and applied to one side of a stainless steel foil (thickness 20 μm) that is a current collecting holiday. The positive electrode 3 was obtained by drying.

負極4は、ハードカーボン(90質量%)、バインダーとしてPVDF(10質量%)、粘度調整溶媒としてNMP(適量)を入れて、これらを混合して負極スラリーを作製し、この負極スラリーを正極3を塗布したステンレス箔の反対面に塗布し、乾燥させて負極4とした。   In the negative electrode 4, hard carbon (90% by mass), PVDF (10% by mass) as a binder, NMP (appropriate amount) as a viscosity adjusting solvent are mixed, and these are mixed to prepare a negative electrode slurry. Was applied to the opposite surface of the coated stainless steel foil and dried to obtain a negative electrode 4.

これにより厚み20μmからなるバイポーラ電極を作製した。   Thus, a bipolar electrode having a thickness of 20 μm was produced.

完成した電極を130mm×80mmに切り取り、また、外周10mm部分はシール層を形成するために電極部分は削り取った。   The completed electrode was cut into 130 mm × 80 mm, and the electrode portion was scraped off in order to form a seal layer at the outer periphery of 10 mm.

したがって電極面積は120mm×70mmのバイポーラ電極が完成した。   Therefore, a bipolar electrode having an electrode area of 120 mm × 70 mm was completed.

正極の空隙率と電極の体積から正極には0.2268mlの空隙がある。また、負極の空隙率と電極の体積から負極には0.2268mlの空隙がある。   From the porosity of the positive electrode and the volume of the electrode, there is a 0.2268 ml void in the positive electrode. In addition, the negative electrode has 0.2268 ml of void from the porosity of the negative electrode and the volume of the electrode.

次に、セパレータとして厚み22μmで空隙率33%、125mm×75mmの不織布を用いた。したがってセパレータの空隙率と体積からセパレータには0.20625mlの空隙がある。よって、各層の空隙量は0.65985mlとなる。   Next, a nonwoven fabric having a thickness of 22 μm, a porosity of 33%, and 125 mm × 75 mm was used as a separator. Therefore, from the porosity and volume of the separator, there is 0.20625 ml of void in the separator. Therefore, the amount of voids in each layer is 0.65985 ml.

なお、各集電体は120mmとした一辺の側に、一部各層と接触することのないように幅5mmで外部へ延長した電圧モニター用のタブを設けている。また、終端の正極と負極を設けた端部集電体7には、それぞれAl製で幅20mm厚さ200μmの強電タブを超音波溶接により取り付けている。
<プレゲル溶液の形成>
プレゲル溶液はイオン伝導性高分子マトリックスの前駆体である平均分子量7500〜9000のモノマー溶液(ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体)10質量%、電解液としてPC+EC(1:1)90質量%、1.0M Li(CSON、重合開始剤(パーヘキシルPV)からなる溶液を用いた。
In addition, each current collector is provided with a tab for voltage monitoring that extends to the outside with a width of 5 mm so as not to be in contact with each layer on one side of 120 mm. Further, the end current collector 7 provided with the terminal positive electrode and the negative electrode is provided with a high-power tab made of Al and having a width of 20 mm and a thickness of 200 μm by ultrasonic welding.
<Formation of pregel solution>
The pregel solution is a monomer solution (copolymer of polyethylene oxide and polypropylene oxide) having an average molecular weight of 7500 to 9000 which is a precursor of an ion conductive polymer matrix, 10% by mass of PC + EC (1: 1) as an electrolyte, A solution composed of 1.0 M Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N and a polymerization initiator (perhexyl PV) was used.

(実施例1)
前述したバイポーラ電極および端部集電体に正極(または負極)のみ設けた電極(以下これらを総称して単に電極と称する)のそれぞれの正極にスプレーコータにより0.2268mlのプレゲル溶液を均一に塗布した。またそれぞれの負極にも同様にスプレーコータにより0.2268mlのプレゲル溶液を均一に塗布した。セパレータには0.20625mlのプレゲルを塗布した。
(Example 1)
0.2268 ml of pregel solution is uniformly applied to each of the positive electrodes of the bipolar electrode and the electrode provided with only the positive electrode (or the negative electrode) on the end current collector (hereinafter collectively referred to simply as electrodes) by a spray coater. did. Similarly, 0.2268 ml of pregel solution was uniformly applied to each negative electrode by a spray coater. 0.20625 ml of pregel was applied to the separator.

これらを、圧力1×10Paで30分間、減圧下に導入し、完全にプレゲルを染み込ませた後、ラミネート材に密封し、80℃1時間加熱することにより電極およびセパレータにそれぞれゲル電解質を形成した。 These were introduced at a pressure of 1 × 10 2 Pa for 30 minutes under reduced pressure, completely impregnated with pregel, sealed in a laminate material, and heated at 80 ° C. for 1 hour, whereby gel electrolytes were respectively applied to the electrode and the separator. Formed.

各電極を、正極と負極がゲル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。なお、単電池層の周辺部で、集電体と集電体の間に、3層フィルムによるシール材を挟み込んで配置した。   Each electrode was laminated so that the positive electrode and the negative electrode faced each other with the gel electrolyte interposed therebetween to form a unit cell layer. In addition, the sealing material by a 3 layer film was inserted | pinched and arrange | positioned between the electrical power collectors at the peripheral part of the cell layer.

これを繰り返し、単電池層が3層形成されるように電極を積層し、電極積層体を構成した。その後、シール材の部分を端部集電体上から圧力をかけつつ熱融着し、各層をシールして各層の電解質を封じた。   This was repeated, and the electrodes were laminated so that three cell layers were formed, thereby forming an electrode laminate. Thereafter, the sealing material portion was thermally fused while applying pressure from above the end current collector, and each layer was sealed to seal the electrolyte of each layer.

最後にこれらをアルミラミネート外装内に真空密封して3層12.8Vバイポーラ電池を完成させた。   Finally, these were vacuum sealed in an aluminum laminate exterior to complete a three-layer 12.8V bipolar battery.

(比較例)
前記電極のそれぞれの正極にスプレーコータにより0.2268mlの前記プレゲル溶液を均一に塗布し、またそれぞれの負極にも同様にスプレーコータにより0.2268mlのプレゲル溶液を均一に塗布した。セパレータには0.20625mlのプレゲルを塗布した。
(Comparative example)
0.2268 ml of the pregel solution was uniformly applied to each positive electrode of the electrode by a spray coater, and 0.2268 ml of the pregel solution was also uniformly applied to each negative electrode by a spray coater. 0.20625 ml of pregel was applied to the separator.

各電極を、正極と負極がゲル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。   Each electrode was laminated so that the positive electrode and the negative electrode faced each other with the gel electrolyte interposed therebetween to form a unit cell layer.

単電池層の周辺部で集電体箔と集電体箔の間に、3層フィルムによるシール材を挟み込むように配置した。   A sealing material composed of a three-layer film was disposed between the current collector foil and the current collector foil at the periphery of the single cell layer.

これを繰り返し、単電池層が3層形成されるように電極を積層し、電極積層体を構成した。   This was repeated, and the electrodes were laminated so that three cell layers were formed, thereby forming an electrode laminate.

しかし、これらを重ねていく段階で粘度が低いプレゲル溶液が漏れ出し、各端電池層の間で、どうしても電解液(プレゲル)が接触してしまうため、バイポーラ電池自体の作製が不可能であった。   However, the pregel solution having a low viscosity leaks out in the process of stacking these layers, and the electrolyte solution (pregel) inevitably comes into contact between the end battery layers, so that the bipolar battery itself cannot be produced. .

(実施例2)
前記プレゲル塗布にダイコータを用いた。それ以外の構成は実施例1と同様にしてバイポーラ電池を作製した。
(Example 2)
A die coater was used for the pregel application. Otherwise, the bipolar battery was fabricated in the same manner as in Example 1.

(実施例3)
前記プレゲル塗布にインクジェットを用いた。それ以外の構成は実施例1と同様にしてバイポーラ電池を作製した。
(Example 3)
An ink jet was used for the pregel application. Otherwise, the bipolar battery was fabricated in the same manner as in Example 1.

(実施例4)
前記各電極のそれぞれの正極にスポイトで0.2268mlのプレゲル溶液をたらし、またそれぞれの負極にも同様にスポイトにより0.2268mlのプレゲル溶液をたらした。セパレータには0.20625mlのプレゲルをスポイトでたらした。これら以外の構成は実施例1と同様にしてバイポーラ電池を作製した。
Example 4
A 0.2268 ml pregel solution was dropped on each positive electrode of each electrode with a dropper, and a 0.2268 ml pregel solution was dropped on each negative electrode with a dropper. 0.20625 ml of pregel was dropped on the separator with a dropper. A bipolar battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except for these components.

(実施例5)
前記各電極のそれぞれの正極にスプレーコータにより0.21mlのプレゲル溶液を均一に塗布し、またそれぞれの負極にも同様にスプレーコータにより0.2268mlのプレゲル溶液を均一に塗布した。また、セパレータには0.23mlのプレゲルを塗布した。すなわち、正極は塗布したプレゲル溶液の量が正極の空隙量より少なくなるようにし、負極はプレゲル溶液の量と空隙量が同じになるようにし、さらにセパレータは空隙量よりもプレゲル溶液が多くなるようにして、全体としては、空隙量に対してプレゲル溶液の量が多くなるようにしたものである。
(Example 5)
0.21 ml of pregel solution was uniformly applied to each positive electrode of each electrode by a spray coater, and 0.2268 ml of pregel solution was also uniformly applied to each negative electrode by a spray coater. The separator was coated with 0.23 ml of pregel. That is, the amount of the pregel solution applied to the positive electrode is less than the amount of voids in the positive electrode, the amount of the pregel solution is the same as the amount of voids in the negative electrode, and the separator has more pregel solution than the amount of voids. As a whole, the amount of the pregel solution is increased with respect to the void amount.

これら以外の構成は実施例1と同様にしてバイポーラ電池を作製した。   A bipolar battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except for these components.

(実施例6)
前記各電極のそれぞれの正極にスプレーコータにより0.2268mlのプレゲル溶液を均一に塗布し、またそれぞれの負極にも同様にスプレーコータにより0.21mlのプレゲル溶液を均一に塗布した。また、セパレータには0.23mlのプレゲルを塗布した。すなわち、正極は塗布したプレゲル溶液の量が空隙量と同じになるようにし、負極はプレゲル溶液の量が空隙量よりも少なくなるようにし、さらにセパレータは空隙量よりもプレゲル溶液が多くなるようにして、全体としては、空隙量に対してプレゲル溶液の量が多くなるようにしたものである。
(Example 6)
0.2268 ml of pregel solution was uniformly applied to each positive electrode of each electrode by a spray coater, and 0.21 ml of pregel solution was also uniformly applied to each negative electrode by a spray coater. The separator was coated with 0.23 ml of pregel. That is, the positive electrode is applied so that the amount of the applied pregel solution is the same as the void amount, the negative electrode is such that the amount of the pregel solution is smaller than the void amount, and the separator is such that the pregel solution is larger than the void amount. As a whole, the amount of the pregel solution is increased with respect to the void amount.

これら以外の構成は実施例1と同様にしてバイポーラ電池を作製した。   A bipolar battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except for these components.

(実施例7)
前記各電極のそれぞれの正極にスプレーコータにより0.21mlのプレゲル溶液を均一に塗布し、またそれぞれの負極にも同様にスプレーコータにより0.2268mlのプレゲル溶液を均一に塗布した。また、セパレータには0.20625mlのプレゲルを塗布した。すなわち、正極は塗布したプレゲル溶液の量が空隙量より少なくなるようにし、負極はプレゲル溶液の量と空隙量が同じになるようにし、さらにセパレータは空隙量よりもプレゲル溶液が少なくなるようにして、全体としては、空隙量に対してプレゲル溶液の量が少なくなるようにしたものである。
(Example 7)
0.21 ml of pregel solution was uniformly applied to each positive electrode of each electrode by a spray coater, and 0.2268 ml of pregel solution was also uniformly applied to each negative electrode by a spray coater. The separator was coated with 0.20625 ml of pregel. That is, the amount of the applied pregel solution is less than the amount of voids in the positive electrode, the amount of the pregel solution is the same as the amount of voids in the negative electrode, and the pregel solution is smaller in the separator than the amount of voids. As a whole, the amount of the pregel solution is reduced with respect to the void amount.

これら以外の構成は実施例1と同様にしてバイポーラ電池を作製した。   A bipolar battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except for these components.

(実施例8)
前記各電極のそれぞれの正極にスプレーコータにより0.2268mlのプレゲル溶液を均一に塗布し、またそれぞれの負極にも同様にスプレーコータにより0.21mlのプレゲル溶液を均一に塗布した。また、セパレータには0.20625mlのプレゲルを塗布した。すなわち、正極は塗布したプレゲル溶液の量が空隙量と同じになるようにし、負極はプレゲル溶液の量が空隙量より少なくなるようにし、さらにセパレータは空隙量よりもプレゲル溶液が少なくなるようにして、全体としては、空隙量に対してプレゲル溶液の量が少なくなるようにしたものである。
(Example 8)
0.2268 ml of pregel solution was uniformly applied to each positive electrode of each electrode by a spray coater, and 0.21 ml of pregel solution was also uniformly applied to each negative electrode by a spray coater. The separator was coated with 0.20625 ml of pregel. That is, the amount of the pregel solution applied to the positive electrode is the same as the amount of voids, the amount of the pregel solution is less than the amount of voids, and the separator has less pregel solution than the amount of voids. As a whole, the amount of the pregel solution is reduced with respect to the void amount.

これら以外の構成は実施例1と同様にしてバイポーラ電池を作製した。   A bipolar battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except for these components.

(実施例9)
前記各電極のそれぞれの正極にスプレーコータにより0.2268mlのプレゲル溶液を均一に塗布し、またそれぞれの負極にも同様にスプレーコータにより0.2268mlのプレゲル溶液を均一に塗布した。また、セパレータには0.19mlのプレゲルを塗布した。すなわち、正極および負極は塗布したプレゲル溶液の量が空隙量と同じになるようにし、セパレータは空隙量よりもプレゲル溶液が少なくなるようにして、全体としては、空隙量に対してプレゲル溶液の量が少なくなるようにしたものである。
Example 9
A 0.2268 ml pregel solution was uniformly applied to each positive electrode of each electrode by a spray coater, and 0.2268 ml of a pregel solution was also uniformly applied to each negative electrode by a spray coater. Further, 0.19 ml of pregel was applied to the separator. That is, the amount of the pregel solution applied to the positive electrode and the negative electrode is set to be the same as the amount of voids, and the separator has less pregel solution than the amount of voids. Is to reduce the number of

これら以外の構成は実施例1と同様にしてバイポーラ電池を作製した。   A bipolar battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except for these components.

(実施例10)
前記各電極のそれぞれの正極にスプレーコータにより0.205mlのプレゲル溶液を均一に塗布し、またそれぞれの負極にも同様にスプレーコータにより0.205mlのプレゲル溶液を均一に塗布した。また、セパレータには0.27mlのプレゲルを塗布した。すなわち、正極および負極は塗布したプレゲル溶液の量が空隙量よりも少なく、約90質量%となるようにし、セパレータは空隙量よりもプレゲル溶液が多くなるように、全体としては、空隙量に対してプレゲル溶液の量がわずかに多くなるようにしたものである。
(Example 10)
0.205 ml of pregel solution was uniformly applied to each positive electrode of each electrode by a spray coater, and 0.205 ml of pregel solution was also uniformly applied to each negative electrode by a spray coater. The separator was coated with 0.27 ml of pregel. That is, the positive electrode and the negative electrode are applied so that the amount of the pregel solution applied is less than the amount of voids and is about 90% by mass, and the separator is larger in amount of the pregel solution than the amount of voids. Thus, the amount of the pregel solution is slightly increased.

これ以外は実施例1と変わらずバイポーラ電池を作製した。   Other than this, a bipolar battery was produced as in Example 1.

(実施例11)
前記各電極のそれぞれの正極にスプレーコータにより0.19mlのプレゲル溶液を均一に塗布し、またそれぞれの負極にも同様にスプレーコータにより0.205mlのプレゲル溶液を均一に塗布した。また、セパレータには0.27mlのプレゲルを塗布した。すなわち、正極は塗布したプレゲル溶液の量が空隙量よりも少なく、約83質量%となるようにし、負極は塗布したプレゲル溶液の量が空隙量よりも少なく、約90質量%となるようにし、セパレータは空隙量よりもプレゲル溶液が多くなるように、全体としては、空隙量に対してプレゲル溶液の量がわずかに多くなるようにしたものである。
(Example 11)
A 0.19 ml pregel solution was uniformly applied to each positive electrode of each electrode by a spray coater, and 0.205 ml of a pregel solution was also uniformly applied to each negative electrode by a spray coater. The separator was coated with 0.27 ml of pregel. That is, the amount of the pregel solution applied to the positive electrode is less than the void amount and about 83% by mass, and the amount of the applied pregel solution is less than the void amount to about 90% by mass, As a whole, the amount of the pregel solution is slightly increased with respect to the void amount so that the separator has more pregel solution than the void amount.

これら以外の構成は実施例1と同様にしてバイポーラ電池を作製した。   A bipolar battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except for these components.

(実施例12)
前記各電極のそれぞれの正極にスプレーコータにより0.205mlのプレゲル溶液を均一に塗布し、またそれぞれの負極にも同様にスプレーコータにより0.19mlのプレゲル溶液を均一に塗布した。また、セパレータには0.27mlのプレゲルを塗布した。すなわち、正極は塗布したプレゲル溶液の量が空隙量よりも少なく、約90質量%となるようにし、負極は塗布したプレゲル溶液の量が空隙量よりも少なく、約83質量%となるようにし、セパレータは空隙量よりもプレゲル溶液が多くなるように、全体としては、空隙量に対してプレゲル溶液の量がわずかに多くなるようにしたものである。
(Example 12)
0.205 ml of pregel solution was uniformly applied to each positive electrode of each electrode by a spray coater, and 0.19 ml of pregel solution was also uniformly applied to each negative electrode by a spray coater. The separator was coated with 0.27 ml of pregel. That is, the amount of the pregel solution applied to the positive electrode is less than the void amount and about 90% by mass, and the amount of the applied pregel solution is less than the void amount to about 83% by mass, As a whole, the amount of the pregel solution is slightly increased with respect to the void amount so that the separator has more pregel solution than the void amount.

これら以外の構成は実施例1と同様にしてバイポーラ電池を作製した。   A bipolar battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except for these components.

<充放電評価>
上記実施例のバイポーラ電池を2.5mA(0.1C相当)の電流で10時間12.8Vまで定電流定電圧(CCCV)充電を行い満充電とした。さらに、充電後の電池を25mA(1C相当)で7.5Vまで放電し容量を測定後、25mAで2時間定電流定電圧(CCCV)充電を行い満充電とした。
<Evaluation of charge / discharge>
The bipolar battery of the above example was fully charged by constant current and constant voltage (CCCV) charging up to 12.8 V for 10 hours at a current of 2.5 mA (equivalent to 0.1 C). Further, the charged battery was discharged to 7.5 V at 25 mA (equivalent to 1 C) and the capacity was measured. Then, the battery was fully charged by constant current and constant voltage (CCCV) charging at 25 mA for 2 hours.

その後、さらに1.25A(50C相当)の電流で放電し1C放電に対する放電量を%で表1に示した。   Thereafter, the battery was further discharged at a current of 1.25 A (equivalent to 50 C), and the discharge amount with respect to 1 C discharge is shown in Table 1 in%.

なお、比較例については、既に説明したように製造段階で液絡が発生したため、このような充放電評価を行うことはできなかった。   In addition, about the comparative example, since the liquid junction generate | occur | produced in the manufacture stage as already demonstrated, such charging / discharging evaluation was not able to be performed.

Figure 2005347018
Figure 2005347018

<結果>
まず、比較例の場合、流動性の高いプレゲル溶液を用いてバイポーラ電極による直列化をしようとしても、各層をシールする前に液がつながってしまいバイポーラ電子の政策自体ができなかった。すなわち、プレゲル塗布後、減圧、加熱処理を行わない比較例では、バイポーラ電極を用いた直列化の実施が困難であるという結果となった。一方、実施例1〜12は、バイポーラ電極を用いた直列化が容易に行うことが可能であった。
<Result>
First, in the case of the comparative example, even if an attempt was made to serialize with a bipolar electrode using a pregel solution with high fluidity, the liquid was connected before sealing each layer, and the policy of bipolar electrons itself could not be made. That is, in the comparative example in which the pressure reduction and the heat treatment were not performed after the pregel application, it was difficult to perform serialization using the bipolar electrode. On the other hand, in Examples 1 to 12, it was possible to easily perform serialization using bipolar electrodes.

また、充放電評価の結果(表1参照)、実施例1〜3と4を比較するとどれもほぼ同様の容量が得られており活物質と電解質の接触は保たれていることがわかる。   Moreover, when the results of charge / discharge evaluation (see Table 1) and Examples 1 to 3 and 4 are compared, almost the same capacity is obtained, and it can be seen that the contact between the active material and the electrolyte is maintained.

ところが大電流を流すと実施例4は放電容量が低下した。これは電極およびセパレータに対するプレゲルの塗布方法の違いによるものと考えられ、実施例4はプレゲルを均一に分散させることができなかったため放電量が低下したものと考えられる。   However, when a large current was passed, the discharge capacity of Example 4 decreased. This is considered to be due to the difference in the method of applying the pregel to the electrode and the separator. In Example 4, it was considered that the discharge amount was reduced because the pregel could not be uniformly dispersed.

したがって、プレゲルを均一かつ正確な量を塗ることができる実施例1〜3の塗布方法、すなわち、スプレーコータ、ダイコータ、インクジェットが良いことがわかる。   Therefore, it turns out that the coating method of Examples 1-3 which can apply a uniform and exact quantity of a pregel, ie, a spray coater, a die coater, and an inkjet is good.

また、実施例5、6と比較して実施例7〜9は、1Cの放電容量と50Cの放電率が共に減少している。これは実施例5、6は完全に各層の空隙を電解質が完全に覆っているのに対し、実施例7〜9では電解液が足りないためすべての活物質に電解液がいきわたっていないためと考えられる。したがって少なくても空隙の100%以上に対してプレゲルを塗布することが好ましいことがわかる。   In addition, compared with Examples 5 and 6, in Examples 7 to 9, both the discharge capacity of 1C and the discharge rate of 50C are decreased. This is because in Examples 5 and 6, the electrolytes completely covered the voids in the respective layers, whereas in Examples 7 to 9, there was not enough electrolyte, so the electrolyte was not spread over all active materials. Conceivable. Therefore, it can be seen that it is preferable to apply the pregel to 100% or more of the voids at least.

実施例11、12は、実施例10と比較して1Cの放電容量は出ているが大電流を流すと容量が低下している。これは実施例11、12では電極内部の電解液がすべての活物質を被ってはいるが、一方の電極に対するプレゲル量を少なくしているため、正極または負極のいずれかの空隙が多くなりイオン移動量が少なくなってしまったものと考えられる。したがって、電極内部には、実施例10の結果から各電極の空隙量の90%以上、プレゲル溶液を塗布した方がより大電流に良いバイポーラ電池を作製することが可能であることがわかった。   In Examples 11 and 12, a discharge capacity of 1 C is obtained as compared with Example 10, but the capacity decreases when a large current is passed. In Examples 11 and 12, the electrolyte inside the electrode covers all the active material, but since the amount of pregel with respect to one electrode is reduced, either the positive electrode or the negative electrode has more voids. It is thought that the amount of movement has decreased. Therefore, it was found from the results of Example 10 that it is possible to produce a bipolar battery having a larger current when applying a pregel solution of 90% or more of the void amount of each electrode.

以上のように本発明を適用した実施形態および実施例によれば、電極内にプレゲルを含浸させた後、これをゲル化することとしたので、電極内部に電解質が十分に染み込んだバイポーラ電極を製造することができる。また、電極およびゲル電解質層となるセパレータにそれぞれ個別にプレゲルを含浸させた後、ゲル化することとしたので、バイポーラ電極およびゲル電解質層のいずれからも、電池製造中に電解液が漏れ出すことがない。   As described above, according to the embodiments and examples to which the present invention is applied, since the electrode is impregnated with the pregel and then gelled, the bipolar electrode in which the electrolyte is sufficiently infiltrated is formed. Can be manufactured. In addition, since the separator to be the electrode and the gel electrolyte layer is individually impregnated with pregel and then gelled, the electrolyte solution leaks out from the bipolar electrode and the gel electrolyte layer during battery manufacture. There is no.

本発明を適用した実施形態によるバイポーラ電池の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the bipolar battery by embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用した実施形態によるバイポーラ電池の構造を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the structure of the bipolar battery by embodiment to which this invention is applied. プレゲルを用いた電解質の含浸の状態を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the state of the electrolyte impregnation using a pregel. 上記バイポーラ電池をラミネートパックにした電池の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the battery which made the said bipolar battery the laminate pack. 参考例1の組電池の斜視図である。5 is a perspective view of an assembled battery of Reference Example 1. FIG. 上記組電池の内部構成を上方から見た図面である。It is drawing which looked at the internal structure of the said assembled battery from upper direction. 参考例2の組電池モジュールの斜視図である。It is a perspective view of the assembled battery module of the reference example 2. 参考例3の組電池モジュールを設けた自動車の図面である。10 is a drawing of an automobile provided with the assembled battery module of Reference Example 3.

符号の説明Explanation of symbols

1…バイポーラ電極、
2…集電体、
3…正極、
4…負極、
5…電解質層、
6…単電池、
7…端部集電体、
9…シール材、
10…バイポーラ電池、
20…電池、
50…組電池、
60…組電池モジュール、
100…自動車。
1 Bipolar electrode,
2 ... current collector,
3 ... positive electrode,
4 ... negative electrode,
5 ... electrolyte layer,
6 ... single cell,
7 ... End current collector,
9 ... sealing material,
10 ... Bipolar battery,
20 ... Battery,
50 ... assembled battery,
60 ... assembled battery module,
100 ... an automobile.

Claims (7)

一つの集電体の第1面に正極を形成する工程と、
前記集電体の前記正極を形成した面に対向する第2面に負極を形成する工程と、
前記正極および前記負極にプレゲルを含浸させる工程と、
前記正極および前記負極に含浸させた前記プレゲルをゲル化させる工程と、
電解質を保持するための基材にプレゲルを含浸させる工程と、
前記基材に含浸させた前記プレゲルをゲル化させてゲル電解質層を形成する工程と、
第1の前記集電体の前記正極と第2の前記集電体の前記負極との間に前記ゲル電解質を挟み込む工程と、
を有することを特徴とするバイポーラ電池の製造方法。
Forming a positive electrode on the first surface of one current collector;
Forming a negative electrode on a second surface of the current collector opposite to the surface on which the positive electrode is formed;
Impregnating the positive electrode and the negative electrode with pregel;
Gelling the pregel impregnated in the positive electrode and the negative electrode;
Impregnating a base material for retaining an electrolyte with a pregel;
Forming a gel electrolyte layer by gelling the pregel impregnated in the substrate;
Sandwiching the gel electrolyte between the positive electrode of the first current collector and the negative electrode of the second current collector;
A method for producing a bipolar battery, comprising:
前記ゲル化は、前記プレゲルにあらかじめ重合開始剤を含ませたプレゲル溶液を用いて、前記プレゲルを含浸させる工程の後、加熱することによりゲル化することを特徴とする請求項1記載のバイポーラ電池の製造方法。   2. The bipolar battery according to claim 1, wherein the gelation is performed by heating after the step of impregnating the pregel using a pregel solution in which a polymerization initiator is preliminarily contained in the pregel. Manufacturing method. 前記ゲル化は、前記プレゲルを溶媒に分散させたプレゲル分散溶液を用いて、前記プレゲルを含浸させる工程の後、加熱することにより溶媒を蒸発させてゲル化することを特徴とする請求項1記載のバイポーラ電池の製造方法。   The gelling is characterized in that after the step of impregnating the pregel using a pregel dispersion solution in which the pregel is dispersed in a solvent, the gelation is performed by evaporating the solvent by heating. Manufacturing method of bipolar battery. 前記正極および前記負極にプレゲルを含浸させる工程および前記基材にプレゲルを含浸させる工程において、含浸させる前記プレゲルの量は前記正極、前記負極、および前記基材の空隙量の合計に対して100容積%以上で、かつ前記正極、前記負極、および前記基材が前記プレゲルを保持できる量以下となるようにすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のバイポーラ電池の製造方法。   In the step of impregnating the positive electrode and the negative electrode with pregel and the step of impregnating the base material with pregel, the amount of the pregel to be impregnated is 100 volumes with respect to the total amount of voids of the positive electrode, the negative electrode, and the base material. The bipolar battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the positive electrode, the negative electrode, and the base material are not more than an amount capable of holding the pregel. Method. 前記正極および前記負極にプレゲルを含浸させる工程において、含浸させる前記プレゲルの量は前記正極および前記負極のそれぞれの空隙量に対して90容積%以上で、かつ前記正極および前記負極が前記プレゲルを保持できる量以下となるようにすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のバイポーラ電池の製造方法。   In the step of impregnating the positive electrode and the negative electrode with pregel, the amount of the pregel to be impregnated is 90% by volume or more with respect to the respective void amounts of the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode hold the pregel. The method for producing a bipolar battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the amount is less than or equal to a possible amount. 前記正極および前記負極にプレゲルを含浸させる工程および前記基材にプレゲルを含浸させる工程は、ダイコータ塗布法、スプレー塗布法、インクジェットプリント法のうちいずれかによって、前記プレゲルを前記正極、前記負極、および前記基材に塗布する工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のバイポーラ電池の製造方法。   The step of impregnating the positive electrode and the negative electrode with pregel and the step of impregnating the base material with pregel are performed by any one of a die coater coating method, a spray coating method, and an ink jet printing method. The method for manufacturing a bipolar battery according to claim 1, further comprising a step of applying to the base material. 前記正極は正極活物質としてリチウム−遷移金属複合酸化物を含み、
前記負極は負極活物質としてカーボンまたはリチウム−遷移金属複合酸化物を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載のバイポーラ電池の製造方法。
The positive electrode includes a lithium-transition metal composite oxide as a positive electrode active material,
The method for manufacturing a bipolar battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the negative electrode contains carbon or a lithium-transition metal composite oxide as a negative electrode active material.
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