JP2006185854A - Bipolar battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bipolar battery of which corrosion of a cathode-side collecting foil and contact resistance between a collector and an electrode active material are reduced. <P>SOLUTION: The bipolar battery uses a metal foil having coating layers 3a, 3b consisting of a non-ion-conductive polymer and electron conductive particles for the collector 2; lithium-transition metal complex oxide as a cathode active material; and carbon or lithium transition metal complex oxide as an anode active material. A battery pack using the bipolar battery, and a vehicle mounting the battery pack are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、バイポーラ電池、かかる電池を用いた組電池、前記電池を用いた車両に関する。   The present invention relates to a bipolar battery, an assembled battery using the battery, and a vehicle using the battery.

近年、先端電子産業の発達により電池の需要が増大している。特に、高エネルギー密度を有する電池が要求されている。かかる電池の一つとして、集電体の一方の面に正極用活物質を、残りの面に負極用活物質を塗布した電極を利用するバイポーラ電池が提案されている。   In recent years, the demand for batteries has increased due to the development of the advanced electronics industry. In particular, a battery having a high energy density is required. As one of such batteries, a bipolar battery using an electrode in which a positive electrode active material is applied to one surface of a current collector and a negative electrode active material is applied to the other surface has been proposed.

バイポーラ電池用集電箔としては、正極側では耐食性に優れ、かつ、負極ではリチウムとの合金化が起きないことが要求されている。そのため、集電箔として利用できる材料はごく限られており、例えばステンレス鋼が挙げられる。   Bipolar battery current collector foils are required to be excellent in corrosion resistance on the positive electrode side and not to be alloyed with lithium on the negative electrode. Therefore, materials that can be used as the current collector foil are very limited, and examples include stainless steel.

ところが、ステンレス鋼製集電箔を用いた場合においても、正極側が高電位(約4V)に対し耐え切れず、腐食して金属が溶出するという問題があった。その結果、電池特性が低下することとなる。   However, even when a stainless steel current collector foil is used, there is a problem in that the positive electrode side cannot withstand a high potential (about 4 V) and the metal is eluted due to corrosion. As a result, battery characteristics are degraded.

特許文献1には、正極用のAl集電箔と活物質ペーストとの反応を抑制するため、酸化アルミニウム被膜からなる保護被膜を該集電体に設けることが記載されている。しかしながら、酸化アルミニウム被膜を設ける目的は、集電体に活物質合剤層を形成する工程において、集電体と活物質ペーストとの反応を抑制することであり(段落「0023」)、電池として用いた場合に集電体と活物質との反応を抑制するものではない。すなわち、酸化アルミニウム自体は電気絶縁性を有するため、集電体としては不適(段落「0027」)だからである。そこで、電気伝導性を付与するために、かかる保護被膜は、カーボン粒子とカーボン粒子を結着するバインダを有することが好ましい(段落「0033」)との記載がある。
特開2003−157852号公報
Patent Document 1 describes that a protective film made of an aluminum oxide film is provided on the current collector in order to suppress the reaction between the Al current collector foil for positive electrode and the active material paste. However, the purpose of providing the aluminum oxide film is to suppress the reaction between the current collector and the active material paste in the step of forming the active material mixture layer on the current collector (paragraph “0023”). When used, it does not suppress the reaction between the current collector and the active material. That is, since aluminum oxide itself has electrical insulation, it is unsuitable as a current collector (paragraph “0027”). Therefore, there is a description that in order to impart electrical conductivity, such a protective coating preferably has carbon particles and a binder that binds the carbon particles (paragraph “0033”).
JP 2003-157852 A

しかし、酸化アルミニウム被膜は集電体を水蒸気中または水中で加熱して形成することが好ましい(特許文献1、段落「0062」)にも拘わらず、カーボン粒子などを該被膜に含ませる具体的な手段は記載されていない。   However, the aluminum oxide film is preferably formed by heating the current collector in water vapor or water (Patent Document 1, Paragraph “0062”). Means are not described.

そこで、本発明の目的は、電池として使用する際に、正極の腐食を低減したバイポーラ電池を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a bipolar battery that reduces corrosion of the positive electrode when used as a battery.

また、本発明の目的はかかるバイポーラ電池を用いた組電池を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an assembled battery using such a bipolar battery.

さらに、本発明の目的はかかるバイポーラ電池または組電池を用いた車両を提供することにある。   Furthermore, an object of the present invention is to provide a vehicle using such a bipolar battery or an assembled battery.

上記目的を達成するため、非イオン伝導性で、かつ、電子伝導性を有する層を被覆した金属箔を集電体に用いることを特徴とするバイポーラ電池を考案した。   In order to achieve the above object, a bipolar battery characterized in that a metal foil coated with a layer having non-ion conductivity and electron conductivity is used as a current collector has been devised.

また、上記目的を達成するため、上記バイポーラ電池を用いたことを特徴とする組電池を考案した。   In order to achieve the above object, an assembled battery using the above bipolar battery has been devised.

さらに、上記目的を達成するため、上記バイポーラ電池または上記組電池を用いたことを特徴とする車両を考案した。   Furthermore, in order to achieve the above object, a vehicle characterized by using the bipolar battery or the assembled battery has been devised.

バイポーラ電池において、非イオン伝導性で、かつ、電子伝導性を有する層を被覆した金属箔を集電体に用いるので、電池として使用する際に、正極側の集電箔の腐食を低減することができる。さらに、集電体と電極活物質との接触抵抗を低減することもできる。   In a bipolar battery, a metal foil coated with a layer having non-ion conductivity and electron conductivity is used as a current collector. Therefore, when used as a battery, corrosion of the current collector foil on the positive electrode side should be reduced. Can do. Furthermore, the contact resistance between the current collector and the electrode active material can be reduced.

組電池において、上記バイポーラ電池を用いたので、電池特性に優れる。   Since the bipolar battery is used in the assembled battery, the battery characteristics are excellent.

車両において、上記バイポーラ電池または組電池を用いたので、電池特性に優れる。   Since the bipolar battery or the assembled battery is used in the vehicle, the battery characteristics are excellent.

本発明のバイポーラ電池について、バイポーラ用集電体とかかるバイポーラ用集電体を用いたバイポーラ電池に分けて説明する。なお、リチウムイオン電池を代表例として説明する。   The bipolar battery of the present invention will be described separately for a bipolar current collector and a bipolar battery using such a bipolar current collector. A lithium ion battery will be described as a representative example.

(バイポーラ用集電体)
本発明のバイポーラ電池に用いられるバイポーラ用集電体は、非イオン伝導性で、かつ、電子伝導性を有する層を被覆した金属箔である。
(Bipolar current collector)
The bipolar current collector used in the bipolar battery of the present invention is a metal foil coated with a layer having nonionic conductivity and electron conductivity.

金属箔としては、アルミニウムは含まれないが、アルミニウムよりも硬い金属製の箔が好ましい。具体的には、ステンレス鋼(SUS)、銅、ニッケル、チタンなどを挙げることができる。金属箔に被覆層を設けることにより、Liイオンとの反応が防止できるため、ステンレス鋼ばかりでなくその他の金属箔も用いることができる。金属箔の厚さは、通常、1〜100μmの範囲にある。   The metal foil does not include aluminum, but is preferably a metal foil that is harder than aluminum. Specific examples include stainless steel (SUS), copper, nickel, titanium, and the like. Since the reaction with Li ions can be prevented by providing a coating layer on the metal foil, not only stainless steel but also other metal foils can be used. The thickness of the metal foil is usually in the range of 1 to 100 μm.

非イオン伝導性を与える材料としては、イオンを伝導しない材料であれば特に制限はないが、例えば、非イオン伝導性ポリマーを挙げることができる。かかるポリマーは電解質との相溶性が悪く、十分にはじくことができる。具体例には、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレン、それらの共重合体などのオレフィン樹脂;シリコーン樹脂;アクリル樹脂;ポリエステル樹脂;アラミド樹脂;エポキシ樹脂;ウレタン樹脂などを挙げることができる。これらの樹脂は単独でも、あるいは混合して用いられる。   The material that imparts nonionic conductivity is not particularly limited as long as it is a material that does not conduct ions, and examples thereof include a nonionic conductive polymer. Such polymers are poorly compatible with the electrolyte and can be sufficiently repelled. Specific examples include fluorine resins such as polytetrafluoroethylene; olefin resins such as polyethylene, polypropylene, and copolymers thereof; silicone resins; acrylic resins; polyester resins; aramid resins; epoxy resins; it can. These resins may be used alone or in combination.

電子伝導性を与える材料としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、炭素繊維などの炭素系粒子材料;金、白金などの金属微粒子;導電性セラミックなどのセラミック微粒子を挙げることができる。この材料を被覆層に分散させることによって、層に十分な電子伝導性が与えられる。粒子の大きさは、通常、10〜20μmの範囲にある。   Examples of the material that imparts electron conductivity include carbon-based particle materials such as carbon black, acetylene black, graphite, carbon nanotube, and carbon fiber; metal fine particles such as gold and platinum; and ceramic fine particles such as conductive ceramics. it can. By dispersing this material in the coating layer, the layer is given sufficient electronic conductivity. The size of the particles is usually in the range of 10-20 μm.

非イオン伝導性を与える材料と電子伝導性を与える材料との使用割合は、用いる金属箔や電極用電解質によって相違するため、適宜選択する。その比率(質量比)は、通常、50:50〜90:10、好ましくは70:30である。   Since the usage ratio of the material which gives nonionic conductivity and the material which gives electronic conductivity changes with metal foils and electrode electrolyte to be used, it selects suitably. The ratio (mass ratio) is usually 50:50 to 90:10, preferably 70:30.

これらの材料は次の方法によって、金属箔に被覆する。これらの材料を、必要によりN−メチルピロリドン(NMP)などの溶媒に分散させて分散液を調製し、分散液をコータなどによって金属箔の正極側あるいは両面に塗布、乾燥することによって被覆できる。被覆層の厚さは、通常、0.1〜10μmの範囲にある。   These materials are coated on the metal foil by the following method. If necessary, these materials can be dispersed in a solvent such as N-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a dispersion, and the dispersion can be coated on the positive electrode side or both surfaces of the metal foil with a coater or the like and dried. The thickness of the coating layer is usually in the range of 0.1 to 10 μm.

また、かかる被覆層として、上記層の代わりに、金メッキ層あるいは白金メッキ層を用いることもできる。金属箔の正極側または両面にメッキをすることによって得られる。被覆層の厚さは、通常、0.1〜10μmの範囲にある。   In addition, as the coating layer, a gold plating layer or a platinum plating layer can be used instead of the above layer. It is obtained by plating on the positive electrode side or both surfaces of the metal foil. The thickness of the coating layer is usually in the range of 0.1 to 10 μm.

このように、被覆層を金属箔に設けたことにより、金属箔と電極電解質とが直接触れることを防ぐことができる。また、生じた電子または電流を容易に取り出すことができる。   Thus, by providing the coating layer on the metal foil, direct contact between the metal foil and the electrode electrolyte can be prevented. In addition, the generated electrons or current can be easily taken out.

リチウムイオン二次電池用集電(金属)箔に要求される特性として、正極側はLi/Liに対し4V以上と非常に高電位のため、腐食すなわち金属の溶出のないことが、負極側では低電位でLi金属と合金化しないことがある。すなわち、バイポーラ用集電箔ではこれらの要求を満たす必要がある。このため、従来、バイポーラ用集電箔としては、ステンレス鋼が用いられてきたが、特に正極側が高電位に対し耐え切れず、腐食して金属が溶出し、電池特性が低下するという問題があった。これに対し、本発明の被覆層を用いれば、正極側の集電箔の腐食を抑制することができる。また、集電箔の両面に被覆層を設ければ、負極側において、Li金属との合金化を抑えることができる。 As a characteristic required for a current collector (metal) foil for a lithium ion secondary battery, the positive electrode side has a very high potential of 4 V or more with respect to Li / Li + , so that there is no corrosion, that is, no metal elution, on the negative electrode side. Then, it may not be alloyed with Li metal at a low potential. That is, the bipolar current collector foil needs to satisfy these requirements. For this reason, stainless steel has conventionally been used as a bipolar current collector foil. However, there is a problem that the positive electrode side cannot withstand a high potential, corrodes metal, and battery characteristics deteriorate. It was. On the other hand, if the coating layer of the present invention is used, corrosion of the positive electrode current collector foil can be suppressed. Moreover, if a coating layer is provided on both surfaces of the current collector foil, alloying with Li metal can be suppressed on the negative electrode side.

さらに、集電箔に被覆層を設けることにより、次の効果が認められる。集電箔のピンホールを塞いで、バイポーラ電池ゆえに起こる隣接する電池間の短絡または液絡を防ぐことができる。さらに、非イオン伝導性を与える材料を用いる方法によれば、電池を作製した場合に、電極用活物質粒子を柔らかい被覆層にめり込ませることで、電極用活物質と集電箔との接触抵抗を低減することができる。   Furthermore, the following effects are recognized by providing a coating layer on the current collector foil. By closing the pinhole of the current collector foil, it is possible to prevent a short circuit or a liquid junction between adjacent batteries due to the bipolar battery. Furthermore, according to the method using a material that imparts nonionic conductivity, when the battery is manufactured, the active material particles for the electrode are embedded in the soft coating layer, so that the active material for the electrode and the current collector foil Contact resistance can be reduced.

図1は電極活物質と集電体との間の接触抵抗について説明する図面である。この図を含めて、図において、わかり易くするように層の厚さは拡大してある。図1において、正極用活物質層4が被覆層3を有する集電体2に積層している。被覆層3が柔らかいため、正極用活物質層4の粒状物はプレスによって、集電体2に接触するとともに、安定してその状態が維持される。このような構成によって、正極用活物質と集電体との間の接触抵抗を低減することが可能となる。   FIG. 1 is a diagram illustrating the contact resistance between an electrode active material and a current collector. Including the figure, the thickness of the layer is enlarged for easy understanding. In FIG. 1, a positive electrode active material layer 4 is laminated on a current collector 2 having a coating layer 3. Since the coating layer 3 is soft, the granular material of the positive electrode active material layer 4 is brought into contact with the current collector 2 by pressing, and the state is stably maintained. With such a configuration, the contact resistance between the positive electrode active material and the current collector can be reduced.

(バイポーラ電池)
図2は本発明のバイポーラ電極を説明するための断面図である。図2において、被覆層3a,bが両面に形成された集電体2の片面に正極用活物質層4を形成し、残りの面に負極用活物質層5が形成されている。被覆層は、必要により、集電体全体を被覆してもよい。バイポーラ電極を除いては、従来の電池に用いられる材料および製法を利用することができる。本発明では、集電箔は上記バイポーラ用集電体で説明した被覆集電箔を用いる。
(Bipolar battery)
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the bipolar electrode of the present invention. In FIG. 2, a positive electrode active material layer 4 is formed on one surface of a current collector 2 having coating layers 3a and b formed on both surfaces, and a negative electrode active material layer 5 is formed on the remaining surface. The coating layer may cover the entire current collector, if necessary. Except for the bipolar electrode, the materials and manufacturing methods used in conventional batteries can be used. In the present invention, the coated current collector foil described in the bipolar current collector is used as the current collector foil.

図3は本発明のバイポーラ電池における層の積層例を説明するための一部破断した断面図である。図3Aにおいて、被覆層3a、集電体2、被覆層3b、負極用活物質層5、電解質7、正極用活物質層4、被覆層3a、集電体2、被覆層3bの順に、上から下に、積層されている。ここで、電解質層7は固体電解質から形成されている。図3Bはゲル電解質を含浸させたセパレータを用いたバイポーラ電池である。図3Bにおいて、電解質層7がゲル状であるため、図3Aとは異なって、ゲル状電解質が外部に漏洩しないように漏洩防止部15が設けられている。なお、漏洩防止部15には、ポリオレフィン系樹脂などの熱融着樹脂が用いられる。ここで、負極用活物質層5、電解質層7、正極用活物質層4を順次積層したものを単電池と称する。   FIG. 3 is a partially broken sectional view for explaining an example of layer stacking in the bipolar battery of the present invention. 3A, the coating layer 3a, the current collector 2, the coating layer 3b, the negative electrode active material layer 5, the electrolyte 7, the positive electrode active material layer 4, the coating layer 3a, the current collector 2, and the coating layer 3b are arranged in this order. It is laminated from the bottom to the bottom. Here, the electrolyte layer 7 is formed of a solid electrolyte. FIG. 3B shows a bipolar battery using a separator impregnated with a gel electrolyte. In FIG. 3B, since the electrolyte layer 7 has a gel shape, unlike FIG. 3A, the leakage preventing portion 15 is provided so that the gel electrolyte does not leak to the outside. The leakage prevention unit 15 is made of a heat sealing resin such as a polyolefin resin. Here, the negative electrode active material layer 5, the electrolyte layer 7, and the positive electrode active material layer 4 are sequentially stacked and referred to as a unit cell.

負極用活物質としては、従来公知の材料であれば特に制限はされないが、リチウム金属、リチウム合金、LiTi12などのリチウム−遷移金属複合酸化物、ハードカーボン、グラファイトなどの炭素材料、酸化物材料などから適宜選択することができる。さらに必要に応じて、電子伝導性を高めるためのアセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの導電助剤;ポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴムなどのバインダ;ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、それらの共重合体などの固体電解質;LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSONなどのイオン伝導性を高めるための電解質支持塩などを用いることができる。なお、負極用活物質層の膜厚は、通常、1〜500μm程度である。 The active material for the negative electrode is not particularly limited as long as it is a conventionally known material, but a carbon material such as lithium metal, lithium alloy, lithium-transition metal composite oxide such as Li 4 Ti 5 O 12 , hard carbon, graphite or the like. In addition, an oxide material can be selected as appropriate. Further, if necessary, conductive aids such as acetylene black, carbon black, graphite, and carbon fiber for enhancing electron conductivity; binders such as polyvinylidene fluoride and styrene butadiene rubber; polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO) ), a solid electrolyte such as a copolymer thereof; 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 An electrolyte supporting salt for enhancing ion conductivity such as N and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N can be used. In addition, the film thickness of the active material layer for negative electrodes is about 1-500 micrometers normally.

正極用活物質としては、特に制限されるものではなく、従来公知の材料、例えば、遷移金属とリチウムとの複合酸化物を好適に使用できる。具体的には、LiMnなどのLi・Mn系複合酸化物、LiCoOなどのLi・Co系複合酸化物、LiCr、LiCrOなどのLi・Cr系複合酸化物、LiNiOなどのLi・Ni系複合酸化物、LiFeOなどのLi・Fe系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したもの(例えば、LiNiCo1−x(0<x<1)等)などが使用できる。さらに必要に応じて、電子伝導性を高めるための導電助剤、バインダ、固体電解質、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩などを用いることができる。なお、正極用活物質層の膜厚は、通常、1〜500μm程度である。 The positive electrode active material is not particularly limited, and a conventionally known material, for example, a composite oxide of a transition metal and lithium can be suitably used. Specifically, Li · Mn-based composite oxides such as LiMn 2 O 4 , Li · Co-based composite oxides such as LiCoO 2 , Li · Cr-based composite oxides such as Li 2 Cr 2 O 7 and Li 2 CrO 4 Products, Li / Ni-based composite oxides such as LiNiO 2 , Li / Fe-based composite oxides such as LiFeO 2 , and parts of these transition metals substituted with other elements (for example, LiNi x Co 1-x O 2 (0 <x <1) or the like can be used. Furthermore, if necessary, a conductive additive for increasing electron conductivity, a binder, a solid electrolyte, an electrolyte supporting salt for increasing ion conductivity, and the like can be used. The film thickness of the positive electrode active material layer is usually about 1 to 500 μm.

正極用活物質としてはリチウム−遷移金属複合酸化物を、負極用活物質としてはカーボン若しくはリチウム−遷移金属複合酸化物を用いることが好ましい。容量、出力特性に優れた電池を構成できるからである。   It is preferable to use lithium-transition metal composite oxide as the positive electrode active material and carbon or lithium-transition metal composite oxide as the negative electrode active material. This is because a battery having excellent capacity and output characteristics can be configured.

電解質としては、特に制限されるものではなく、従来公知の材料、例えば、(a)高分子ゲル電解質、(b)高分子固体電解質または(c)これら電解質を含浸させたセパレータ(不織布セパレータを含む)(d)液体電解質を用いることができる。   The electrolyte is not particularly limited, and conventionally known materials such as (a) a polymer gel electrolyte, (b) a polymer solid electrolyte, or (c) a separator impregnated with these electrolytes (including a nonwoven fabric separator). (D) A liquid electrolyte can be used.

(a)高分子ゲル電解質
ゲル電解質とは、ポリマーマトリックス中に電解液を保持させたものをいう。上記ポリマーマトリックスとしては、PEO、PPO、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリふっ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)、PVdF、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)およびそれらの共重合体が望ましく、中でもPEO、PPOおよびそれらの共重合体、あるいは、PVdF−HFPを用いることが望ましい。電解液とは、電解質塩を溶媒に溶かしたものであり、電解質としては、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種が、溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)およびそれらの混合物が望ましい。
(A) Polymer gel electrolyte Gel electrolyte means what held electrolyte solution in a polymer matrix. Examples of the polymer matrix include PEO, PPO, polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), PVdF, poly (methyl methacrylate) (PMMA), and a combination thereof. A polymer is desirable, and among them, PEO, PPO and their copolymers, or PVdF-HFP is desirably used. The electrolyte solution, which electrolyte salt dissolved in a solvent, as the electrolyte, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 and the like inorganic acid anion As the solvent, at least one selected from organic acid anion salts such as salts, LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, etc. Ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (GBL), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC) and mixtures thereof are desirable.

本発明におけるゲル電解質中の電解液の割合としては、特に制限されるべきものではないが、イオン伝導度などの観点から、数質量%〜98質量%程度とするのが望ましい。本発明では、電解液の割合が70質量%以上の、電解液が多いゲル電解質について、特に効果がある。   The ratio of the electrolytic solution in the gel electrolyte in the present invention is not particularly limited, but is preferably about several mass% to 98 mass% from the viewpoint of ionic conductivity. The present invention is particularly effective for a gel electrolyte having a large amount of electrolytic solution in which the proportion of the electrolytic solution is 70% by mass or more.

(b)高分子固体電解質
全固体高分子電解質としては、例えば、PEO、PPO、これらの共重合体などの公知の固体高分子電解質が挙げられる。固体高分子電解質中には、イオン伝導性を確保するためにリチウム塩が含まれる。リチウム塩としては、LiBF、LiPF、LiN(SOCF、LiN(SO、またはこれらの混合物などが使用できる。
(B) Polymer solid electrolyte Examples of the all solid polymer electrolyte include known solid polymer electrolytes such as PEO, PPO, and copolymers thereof. The solid polymer electrolyte contains a lithium salt in order to ensure ionic conductivity. As the lithium salt, LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , or a mixture thereof can be used.

(c)上記電解質を含浸させたセパレータ(不織布セパレータを含む)
セパレータに含浸させることのできる電解質としては、既に説明した(a)および(b)と同様のものを用いることができる。
(C) Separator impregnated with the electrolyte (including non-woven separator)
As the electrolyte that can be impregnated in the separator, the same electrolytes as those already described (a) and (b) can be used.

上記セパレータとしては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーからなる多孔性シートおよび不織布を挙げることができる。   Examples of the separator include a porous sheet and a nonwoven fabric made of a polymer that absorbs and holds the electrolyte.

多孔性シートとしては、例えば、微多孔質セパレータを用いることができる。該ポリマーとしては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;PP/PE/PPの3層構造をした積層体、ポリイミド、アラミドが挙げられる。上記セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできないが、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。上記セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)、その空孔率は20〜70%であることが望ましい。   As the porous sheet, for example, a microporous separator can be used. Examples of the polymer include polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); laminates having a three-layer structure of PP / PE / PP, polyimide, and aramid. The thickness of the separator cannot be unambiguously defined because it varies depending on the intended use. However, in the case of a secondary battery for driving a motor such as an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV), a single layer is used. Or it is desirable that it is 4-60 micrometers in a multilayer. The separator preferably has a fine pore size of 1 μm or less (usually a pore size of about several tens of nanometers) and a porosity of 20 to 70%.

不織布としては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。不織布セパレータの空孔率は50〜90%であることが好ましい。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5〜200μmであり、特に好ましくは10〜100μmである。厚さが5μm未満では電解質の保持性が悪化し、200μmを超える場合には抵抗が増大することになる。   As the nonwoven fabric, cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefin such as PP and PE; conventionally known materials such as polyimide and aramid are used alone or in combination. Further, the bulk density of the nonwoven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated polymer gel electrolyte. The porosity of the nonwoven fabric separator is preferably 50 to 90%. Furthermore, the thickness of the nonwoven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, particularly preferably 10 to 100 μm. When the thickness is less than 5 μm, the electrolyte retention deteriorates, and when it exceeds 200 μm, the resistance increases.

(d)液体電解質(電解液)
電解液とは、電解質塩を溶媒に溶かしたものが挙げられる。ここで、電解質としては、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種が、溶媒としては、EC、PC、GBL、DMC、DECおよびそれらの混合物が望ましい。
(D) Liquid electrolyte (electrolytic solution)
Examples of the electrolytic solution include those obtained by dissolving an electrolyte salt in a solvent. Here, as the electrolyte, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 inorganic acid anion salts such as, LiCF 3 SO 3, Li ( CF 3 SO 2 ) At least one selected from organic acid anion salts such as 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, and the solvent is EC, PC, GBL, DMC, DEC and mixtures thereof Is desirable.

電解質のなかでは、ゲル電解質を含浸させたセパレータが好ましい。容量、出力特性に優れた電池を構成できるからである。   Among electrolytes, a separator impregnated with a gel electrolyte is preferable. This is because a battery having excellent capacity and output characteristics can be configured.

図4はバイポーラ型のリチウムイオン二次電池(以下、単にバイポーラ電池とも称する)の全体構造を模式的に示す断面図である。図4において、バイポーラ電池1では、集電体2の片方の面上に被覆層3bおよび正極用活物質層4を順次積層し、他方の面上に被覆層3aおよび負極用活物質層5を順次積層したバイポーラ電極6を、電解質層7を介して複数枚積層した構造の電極積層体(バイポーラ電池本体)8からなるものである。なお、バイポーラ電極6(電極6a、6bを含む)の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、こうしたバイポーラ電極6を複数枚積層した電極積層体8の最上層と最下層の電極6a、6bは、バイポーラ電極構造でなくてもよく、集電体2または端子板に必要な片面のみの被覆層3bおよび正極用活物質層4または被覆層3aおよび負極用活物質層5を配置した構造としてもよい。   FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the overall structure of a bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as a bipolar battery). In FIG. 4, in the bipolar battery 1, a coating layer 3b and a positive electrode active material layer 4 are sequentially laminated on one surface of a current collector 2, and a coating layer 3a and a negative electrode active material layer 5 are formed on the other surface. The electrode assembly (bipolar battery main body) 8 has a structure in which a plurality of sequentially stacked bipolar electrodes 6 are stacked via an electrolyte layer 7. Note that the number of stacked bipolar electrodes 6 (including the electrodes 6a and 6b) is adjusted according to a desired voltage. Further, the uppermost layer and the lowermost layer electrodes 6a and 6b of the electrode laminate 8 in which a plurality of such bipolar electrodes 6 are laminated may not have a bipolar electrode structure, and only one side necessary for the current collector 2 or the terminal plate may be used. The cover layer 3b and the positive electrode active material layer 4 or the cover layer 3a and the negative electrode active material layer 5 may be arranged.

バイポーラ電池1では、上下両端の集電体2にそれぞれ正極および負極リード12、11が接合されている。   In the bipolar battery 1, positive and negative electrode leads 12 and 11 are joined to current collectors 2 at both upper and lower ends, respectively.

また、本発明のバイポーラ電池1では、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、電極積層体8部分を電池外装材(外装ケース)13に減圧封入されている。   Further, in the bipolar battery 1 of the present invention, the electrode laminate 8 portion is sealed in a battery exterior material (exterior case) 13 under reduced pressure in order to prevent external impact and environmental degradation during use.

なお、電池の初充電は電池外装材に封入した後に行う。その後、外装材に熱をかけながらプレスを行う。熱プレスなどの方法は従来の電池の場合に準ずる。   The initial charging of the battery is performed after enclosing it in the battery outer packaging material. Thereafter, pressing is performed while heating the exterior material. A method such as hot pressing is the same as that of a conventional battery.

このバイポーラ電池1の基本構成は、複数積層した単電池層または単セルが直列に接続された構成ともいえるものである。   The basic configuration of the bipolar battery 1 can be said to be a configuration in which a plurality of stacked single battery layers or single cells are connected in series.

積層型電池に使われる集電体、正極用活物質、負極用活物質、電解質は、バイポーラ電池で説明した材料を用いることができる。   As the current collector, the positive electrode active material, the negative electrode active material, and the electrolyte used in the stacked battery, the materials described in the bipolar battery can be used.

正極用活物質としてはリチウム−遷移金属複合酸化物を、負極用活物質としてはカーボン若しくはリチウム−遷移金属複合酸化物を用いることが好ましい。容量、出力特性に優れた電池を構成できるからである。   It is preferable to use lithium-transition metal composite oxide as the positive electrode active material and carbon or lithium-transition metal composite oxide as the negative electrode active material. This is because a battery having excellent capacity and output characteristics can be configured.

その他の層などについて説明する。   Other layers will be described.

[電池外装材]
電池外装材としては、従来公知のケースを用いることができ、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた素電池を覆うことができる袋状のケースを挙げることができる。ラミネートフィルムは、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルムである。
[Battery exterior materials]
As a battery exterior material, a conventionally well-known case can be used, and a bag-like case that can cover a unit cell using a laminate film containing aluminum can be given. The laminate film is, for example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order.

[絶縁層]
絶縁層は、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止する目的で、各電極の周囲に形成される。必要に応じて、電極の周囲に絶縁層を設ける。該絶縁層としては、例えば、PE、PPなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミドなどが使用でき、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂が好ましい。
[Insulation layer]
The insulating layer is formed around each electrode for the purpose of preventing current collectors adjacent in the battery from contacting each other and short-circuiting due to slight unevenness at the end of the laminated electrode. If necessary, an insulating layer is provided around the electrode. As the insulating layer, for example, polyolefin resin such as PE and PP, epoxy resin, rubber, polyimide and the like can be used, and polyolefin resin is preferable from the viewpoint of corrosion resistance, chemical resistance, film-forming property, economy and the like. .

[正極および負極端子板]
正極および負極端子板は、必要に応じて使用する。例えば、最外部の集電体から電極端子を直接取り出す場合には、正極および負極端子板は用いない(図4参照のこと)。
[Positive electrode and negative electrode terminal plate]
The positive electrode and the negative electrode terminal plate are used as necessary. For example, when the electrode terminals are directly taken out from the outermost current collector, the positive electrode and negative electrode terminal plates are not used (see FIG. 4).

正極および負極端子板の材料は、従来公知のリチウムイオン電池で用いられる材料を用いることができる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、SUS、これらの合金を利用する。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。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。   As a material for the positive electrode and the negative electrode terminal plate, a material used in a conventionally known lithium ion battery can be used. For example, aluminum, copper, titanium, nickel, SUS, or an alloy thereof is used. Aluminum is preferably used from the viewpoints of corrosion resistance, ease of production, economy, and the like. Furthermore, from the viewpoint of suppressing internal resistance at the terminal portion, the thickness of the positive electrode and the negative electrode terminal plate is usually preferably about 0.1 to 2 mm.

[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、公知のリチウムイオン電池で用いられるリードを用いることができる。なお、電池外装材から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)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するのが好ましい。
[Positive electrode and negative electrode lead]
Regarding the positive electrode and the negative electrode lead, a lead used in a known lithium ion battery can be used. In addition, the parts removed from the battery exterior material should be heat-insulating so that they do not affect products (for example, automobile parts, especially electronic devices) by touching peripheral devices or wiring and causing leakage. It is preferable to coat with a heat shrinkable tube or the like.

本発明のリチウムイオン二次電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池自動車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。   The lithium ion secondary battery according to the present invention is a power source for driving a vehicle or an auxiliary device that requires a high volume energy density and a high volume output density as a large capacity power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, a hybrid fuel cell vehicle and the like. It can utilize suitably for a power supply.

(組電池)
本発明では、上記リチウムイオン二次電池を複数個、並列接続または直列接続または並列−直列接続または直列−並列接続の少なくとも一つを用いて組電池(車両用サブモジュール)とすることができる。
(Battery)
In the present invention, an assembled battery (vehicle submodule) can be formed by using at least one of a plurality of the lithium ion secondary batteries in parallel connection, series connection, parallel-series connection, or series-parallel connection.

以下、当該組電池の実施形態につき、図面を用いて説明する。代表的な組電池には、バイポーラ電池を組合せた電池(図5)、バイポーラ電池と非バイポーラ電池を組合せた電池(図6)、複合組電池(図7)が挙げられる。   Hereinafter, embodiments of the assembled battery will be described with reference to the drawings. Typical assembled batteries include a battery combining bipolar batteries (FIG. 5), a battery combining bipolar batteries and non-bipolar batteries (FIG. 6), and a composite assembled battery (FIG. 7).

図5は本発明のバイポーラ電池(24V、50mAh)を2直20並に接続した組電池(42V1Ah)の模式図である。(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は右側面図である。ここで、2直20並に接続した組電池とは、40個のバイポーラ電池を用い、2個ずつ20組に分け、2個の電池を直列に接続し、かつ、直列に接続した20組の電池全部を並列に接続した電池をいう。図5において、40個のバイポーラ電池を準備し、2行5列で配列し、これを4段重ねる。1段目において、上下2個ずつ直列に接続し、直列に接続した5組全てを並列で接続し、さらに2〜4段目も同様に行って、最終的に直列に接続した20組の電池全部を並列に接続して素組電池を得る。なお、直列部分はタブ48、49同士を振動溶着して接続し、並列部分のタブは銅のバスバー56、58で接続する。   FIG. 5 is a schematic diagram of an assembled battery (42V1Ah) in which the bipolar batteries (24V, 50 mAh) of the present invention are connected in two lines and 20 lines. (A) is a plan view, (b) is a front view, and (c) is a right side view. Here, the battery pack connected in parallel with 2 in 20 means that 40 bipolar batteries are used, and each battery is divided into 20 sets of 2 pieces, and the two batteries are connected in series and 20 sets are connected in series. A battery in which all batteries are connected in parallel. In FIG. 5, 40 bipolar batteries are prepared, arranged in 2 rows and 5 columns, and stacked in four stages. In the first stage, two sets of upper and lower are connected in series, all five sets connected in series are connected in parallel, and the second to fourth stages are similarly performed, and finally 20 sets of batteries connected in series All are connected in parallel to obtain an assembled battery. The tabs 48 and 49 are connected by vibration welding in the series part, and the tabs in the parallel part are connected by copper bus bars 56 and 58.

得られた素組電池を金属製の組電池ケース55に収納する。このように、複数個のバイポーラ電池41を直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応できる組電池51を提供することができる。   The obtained battery assembly is stored in a metal battery assembly case 55. Thus, the assembled battery 51 which can respond to a desired electric current, voltage, and capacity | capacitance can be provided by connecting the some bipolar battery 41 in series and parallel.

直列部分の端部を組電池ケースに取り付けられた端子62、64に接続し、正負の端子を構成する。具体的には、組電池ケース55の側面前部に形成された正極端子62、負極端子64のそれぞれは、各端子リード59を介して各バスバー56に接続される。   The end of the series portion is connected to terminals 62 and 64 attached to the assembled battery case to constitute positive and negative terminals. Specifically, each of the positive terminal 62 and the negative terminal 64 formed on the front side of the side surface of the assembled battery case 55 is connected to each bus bar 56 via each terminal lead 59.

また、該組電池51には、各単電池層、更にはバイポーラ電池の端子間電圧などの電池電圧を監視するため、組電池ケース55の側面前部に、検知タブ端子54が設置される。そして、検知タブ端子54は、検知線53を介して各バイポーラ電池41の電圧検知タブ60に接続される。   Further, in the assembled battery 51, a detection tab terminal 54 is installed at the front side of the assembled battery case 55 in order to monitor the battery voltage such as the voltage between terminals of each single cell layer and the bipolar battery. The detection tab terminal 54 is connected to the voltage detection tab 60 of each bipolar battery 41 via the detection line 53.

組電池ケース55の底部には、合成ゴムなどの外部弾性体52が取り付けられる。組電池51を複数積層して複合組電池を形成する場合に、組電池51間の距離を一定に保ち、防振性、耐衝撃性、絶縁性、放熱性などを向上することができる。   An external elastic body 52 such as synthetic rubber is attached to the bottom of the assembled battery case 55. When forming a composite battery pack by stacking a plurality of battery packs 51, the distance between the battery packs 51 can be kept constant, improving vibration proofing, impact resistance, insulation, heat dissipation, and the like.

また、この組電池51には、使用用途に応じて、上記検知タブ端子54以外にも各種計測機器や制御機器類を設けることができる。   The assembled battery 51 can be provided with various measuring devices and control devices in addition to the detection tab terminal 54, depending on the intended use.

さらに、バイポーラ電池1の電極タブ(48、49)同士や検知タブ60と検知線53さらにバスバー56、58と端子リード59等を連結する方法は、特に制限されることはなく、例えば、超音波溶接、熱溶接、レーザ溶接または電子ビーム溶接、または、リベットのようなバスバー56、58を用いる方法、カシメの手法を挙げることができる。   Further, the method of connecting the electrode tabs (48, 49) of the bipolar battery 1, the detection tab 60, the detection line 53, the bus bars 56, 58, the terminal lead 59, etc. is not particularly limited. Examples thereof include welding, heat welding, laser welding or electron beam welding, a method using bus bars 56 and 58 such as rivets, and a caulking method.

また、本発明の組電池では、本発明のバイポーラ電池と、該バイポーラ電池と正負極電極材料を同一とし該バイポーラ電池の構成単位数を直列することにより電圧を同一にした本発明のリチウムイオン二次電池(以下、単に非バイポーラ型電池ともいう)と、を並列に接続したものであってもよい。すなわち、組電池を形成する電池は、本発明のバイポーラ電池と非バイポーラ型電池(但し、全ての電池が必ずしも本発明の電池でなくともよい)とを混在させてもよい。これにより、出力重視のバイポーラ電池と、エネルギー重視の非バイポーラ型電池の組み合わせでお互いの弱点を補う組電池ができ、組電池の質量・サイズを小さくすることができる。バイポーラ電池と非バイポーラ型電池をどの程度の割合で混在させるかは、組電池として要求される安全性能、出力性能に応じて決める。   In the assembled battery of the present invention, the bipolar battery of the present invention is the same as the lithium ion battery of the present invention, wherein the bipolar battery and the positive and negative electrode materials are the same, and the number of structural units of the bipolar battery is set in series. A secondary battery (hereinafter also simply referred to as a non-bipolar battery) may be connected in parallel. That is, the battery forming the assembled battery may be a mixture of the bipolar battery of the present invention and a non-bipolar battery (however, not all batteries need to be the battery of the present invention). As a result, an assembled battery that compensates for each other's weaknesses can be obtained by combining a bipolar battery that emphasizes output and a non-bipolar battery that emphasizes energy, and the mass and size of the assembled battery can be reduced. The ratio of the bipolar battery and the non-bipolar battery is determined according to the safety performance and output performance required for the assembled battery.

図6はバイポーラ電池A(42V、50mAh)と非バイポーラ型電池B(4.2V、1Ah)10直(42V)を並列に連結した組電池の一例を示す図面である。ここで、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は右側面図である。図6において、非バイポーラ型電池B10枚を端から順番にバスバー56を介して振動溶着し、直列に接続する。さらに、バイポーラ電池Aと直列接続された両端の非バイポーラ型電池Bとをそれぞれバスバー56で並列に接続し、その後金属製の組電池ケース55に収納する。この組電池51’でも、並列部分及び図の横方向に隣り合う非バイポーラ型電池B間を直列接続する部分のタブは銅のバスバー56で接続し、図の縦方向に隣り合う一般電池B間を直列接続する部分はタブ39、40同士を振動溶着して接続する。このような構成により、非バイポーラ型電池Bとバイポーラ電池Aは電圧が等しくなり、その部分で並列接続を形成している。この組電池51’は、出力の分担をバイポーラ電池Aが有し、エネルギーの分担を非バイポーラ型電池Bが有する構造である。これは、出力とエネルギーを両立することが困難な組電池において、非常に有効な手段である。このように、バイポーラ電池Aを任意の個数直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応できる組電池51’を提供することができる。   FIG. 6 is a drawing showing an example of an assembled battery in which a bipolar battery A (42 V, 50 mAh) and a non-bipolar battery B (4.2 V, 1 Ah) 10 series (42 V) are connected in parallel. Here, (a) is a plan view, (b) is a front view, and (c) is a right side view. In FIG. 6, 10 non-bipolar type batteries B are vibration welded in order from the end through a bus bar 56 and connected in series. Further, the bipolar battery A and the non-bipolar battery B at both ends connected in series are connected in parallel by the bus bar 56 and then housed in a metal battery assembly case 55. Also in this assembled battery 51 ′, the tabs of the parallel portion and the non-bipolar battery B adjacent in the horizontal direction in the figure are connected in series by the copper bus bar 56, and between the general batteries B adjacent in the vertical direction in the figure. The portions to be connected in series are connected by vibration welding of the tabs 39 and 40. With such a configuration, the non-bipolar battery B and the bipolar battery A have the same voltage, and a parallel connection is formed at that portion. The assembled battery 51 ′ has a structure in which the bipolar battery A has an output sharing and the non-bipolar battery B has an energy sharing. This is a very effective means in an assembled battery in which it is difficult to achieve both output and energy. In this way, by connecting an arbitrary number of bipolar batteries A in series and parallel, an assembled battery 51 ′ that can handle a desired current, voltage, and capacity can be provided.

バイポーラ電池Aの両側には、バイポーラ電池Aの各層の電圧を検知するタブ60を取り出し、それらの検知線(図示せず)を組電池51’の前部に取り出している以外は、図5の組電池51と同様であるので、同じ部材には同じ符号を付した。   The tab 60 for detecting the voltage of each layer of the bipolar battery A is taken out on both sides of the bipolar battery A, and the detection lines (not shown) are taken out at the front part of the assembled battery 51 ′, as shown in FIG. Since it is the same as that of the assembled battery 51, the same symbol is attached to the same member.

該組電池51’にも、正極端子62、負極端子64が組電池ケース55の側面前部に形成されており、各端子に、例えば、各バスバー56が端子リード59で接続される。タブ48,49はそれぞれバスバー56と接続する。   Also in the assembled battery 51 ′, a positive terminal 62 and a negative terminal 64 are formed at the front side of the assembled battery case 55, and each bus bar 56 is connected to each terminal by a terminal lead 59, for example. The tabs 48 and 49 are connected to the bus bar 56, respectively.

また、該組電池51’には、バイポーラ電池Aの各単電池層、更にはバイポーラ電池A及び非バイポーラ型電池Bの端子間電圧などの電池電圧を監視するため、検知タブ端子54が組電池ケース55の側面前部に設置されている。そして、各バイポーラ電池A(更には非バイポーラ型電池B)の検知タブ60が全て検知線(図示せず)を介して検知タブ端子54に接続されている。   The assembled battery 51 ′ includes a detection tab terminal 54 for monitoring battery voltages such as voltage between terminals of each of the bipolar batteries A and further between the terminals of the bipolar battery A and the non-bipolar battery B. It is installed at the front side of the case 55. And all the detection tabs 60 of each bipolar battery A (and non-bipolar type battery B) are connected to the detection tab terminal 54 via the detection line (not shown).

組電池ケース55の低部には、合成ゴムなどの外部弾性体52が取り付けられている。組電池51’を複数積層して複合組電池を形成する場合に、組電池51’間の距離を一定に保ち、防振性、耐衝撃性、絶縁性、放熱性などを向上することができる。   An external elastic body 52 such as a synthetic rubber is attached to the lower part of the assembled battery case 55. When forming a composite battery pack by stacking a plurality of battery packs 51 ', the distance between the battery packs 51' can be kept constant, improving vibration proofing, impact resistance, insulation, heat dissipation, and the like. .

さらに、本発明の組電池では、上記の組電池を第1組電池ユニットとし、この第1組電池ユニットの端子間電圧と電圧を同一にするバイポーラ電池以外の二次電池が直並列接続されてなる第2組電池ユニットを形成し、この第1組電池ユニットと第2組電池ユニットを並列接続することによって組電池とすることもできる。   Furthermore, in the assembled battery of the present invention, the above assembled battery is used as a first assembled battery unit, and secondary batteries other than the bipolar battery having the same voltage and voltage between the terminals of the first assembled battery unit are connected in series and parallel. The second assembled battery unit is formed, and the first assembled battery unit and the second assembled battery unit are connected in parallel to form an assembled battery.

なお、組電池の他の構成要件に関しては、何ら制限されるべきものではなく、従来公知の組電池用の構成部材および製造技術が利用できる。   In addition, regarding the other structural requirements of an assembled battery, it should not be restrict | limited at all and the conventionally well-known structural member and manufacturing technique for assembled batteries can be utilized.

次に、上記の組電池は少なくとも2以上直列、並列、または直列と並列の複合接続した複合組電池(車両用組電池)とすることができる。複合組電池とすることによって、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、新たに組電池を作製することなく、比較的安価に対応することができる。すなわち、複合組電池は、組電池(本発明のバイポーラ電池ないし非バイポーラ型電池だけで構成したもの、本発明のバイポーラ電池と非バイポーラ型電池とで構成したものなど)を少なくとも2以上直列、並列、または直列と並列の複合接続するものである。したがって、基準の組電池を製造し、それを組み合わせて複合組電池とすることで、組電池の仕様をチューニングできる。これにより、仕様の異なる組電池種を製造しなくてよく、複合組電池コストを減少できる。   Next, at least two or more of the above assembled batteries can be combined in series, parallel, or combined in series and in parallel (a combined battery for vehicles). By using a composite assembled battery, it is possible to respond to the demands for battery capacity and output for each purpose of use relatively inexpensively without producing a new assembled battery. That is, the composite battery pack is composed of at least two or more battery packs in series (parallel or non-bipolar batteries of the present invention, or bipolar and non-bipolar batteries of the present invention). Or a series and parallel composite connection. Therefore, the specification of an assembled battery can be tuned by manufacturing a reference assembled battery and combining it into a composite assembled battery. Thereby, it is not necessary to manufacture assembled battery types having different specifications, and the combined assembled battery cost can be reduced.

図7は複合組電池の一例を示す図面である。例えば、図5に記載のバイポーラ電池を用いた組電池(42V、1Ah)6組を並列に接続した複合組電池(42V、6Ah)の模式図が図7である。ここで、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は右側面図である。複合組電池を構成する各組電池は連結板と固定ねじにより一体化し、組電池の間に弾性体を設置して防振構造を形成する。また、組電池のタブは板状のバスバーで連結している。すなわち、図7において、上記の組電池51を6組並列に接続して複合組電池70とするには、各組電池ケース55の蓋体に設けられた組電池51のタブ(正極端子62および負極端子64)を、板状のバスバーである外部正極端子部を有する組電池正極端子連結板72、外部負極端子部を有する組電池負極端子連結板74を用いてそれぞれ電気的に接続する。また、各組電池ケース55の両側面に設けられた各ネジ孔部(図示せず)に、該固定ネジ孔部に対応する開口部を有する連結板76を固定ネジ77で固定し、各組電池51同士を連結する。また、各組電池51の正極端子62および負極端子64は、それぞれ正極および負極絶縁カバーにより保護され、適当な色、例えば、赤色と青色に色分けすることで識別されている。また、組電池51の間、詳しくは組電池ケース55の底部に合成ゴムなどの外部弾性体52を設置して防振構造を形成している。   FIG. 7 is a drawing showing an example of a composite battery pack. For example, FIG. 7 is a schematic diagram of a composite assembled battery (42V, 6Ah) in which six assembled batteries (42V, 1Ah) using the bipolar battery shown in FIG. 5 are connected in parallel. Here, (a) is a plan view, (b) is a front view, and (c) is a right side view. Each assembled battery constituting the composite assembled battery is integrated by a connecting plate and a fixing screw, and an elastic body is installed between the assembled batteries to form a vibration-proof structure. The tabs of the assembled battery are connected by a plate-like bus bar. That is, in FIG. 7, in order to connect the six assembled batteries 51 in parallel to form the composite assembled battery 70, the tabs (the positive terminal 62 and the positive terminal 62 and the tabs of the assembled batteries 51 provided on the lid of each assembled battery case 55. The negative electrode terminal 64) is electrically connected using an assembled battery positive electrode terminal connecting plate 72 having an external positive electrode terminal portion which is a plate-shaped bus bar and an assembled battery negative electrode terminal connecting plate 74 having an external negative electrode terminal portion. Further, a connecting plate 76 having an opening corresponding to the fixing screw hole is fixed to each screw hole (not shown) provided on both side surfaces of each assembled battery case 55 with a fixing screw 77, and The batteries 51 are connected to each other. Moreover, the positive electrode terminal 62 and the negative electrode terminal 64 of each assembled battery 51 are protected by a positive electrode and a negative electrode insulating cover, respectively, and are identified by color-coding into appropriate colors, for example, red and blue. Further, an anti-vibration structure is formed by installing an external elastic body 52 such as a synthetic rubber between the assembled batteries 51, specifically, at the bottom of the assembled battery case 55.

このように、基本となるリチウム二次電池を組み合わせることにより種々の車両ごとの容量・電圧の要望を満たすことができる。その結果、種々の車両ごとに異なる電池を設計、生産する必要がなく、基本となる電池の大量生産が可能となり、量産化によるコスト削減が可能となる。   In this way, by combining the basic lithium secondary battery, it is possible to satisfy the demands for capacity and voltage for various vehicles. As a result, it is not necessary to design and produce different batteries for various vehicles, and it becomes possible to mass-produce basic batteries and to reduce costs by mass production.

また、上記複合組電池では、これを構成する複数の組電池をそれぞれ脱着可能に接続しておくのが望ましい。このように、組電池を複数直並列接続されてなる複合組電池では、一部の電池、組電池が故障しても、その故障部分を交換するだけで修理が可能となる。   Moreover, in the said composite assembled battery, it is desirable to connect the some assembled battery which comprises this so that attachment or detachment is possible respectively. As described above, in the composite assembled battery in which a plurality of assembled batteries are connected in series and parallel, even if some of the batteries and the assembled battery fail, the repair can be performed only by replacing the failed part.

また、本発明に用いられる車両は、上記組電池および/または上記複合組電池を搭載することができる。これにより、軽く小さい電池にすることでスペース要望の大きな車両要望に合致できる。電池のスペースを小さくすることで、車両の軽量化も達成できる。   In addition, the vehicle used in the present invention can be mounted with the assembled battery and / or the composite assembled battery. This makes it possible to meet a large vehicle demand for space by using a light and small battery. By reducing the battery space, the weight of the vehicle can be reduced.

(車両)
図8は、電気自動車の車体中央部の座席下に複合組電池または電池が搭載された一例を示す図面である。電気自動車80の座席下に複合組電池70を搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができる。なお、かかる電池を搭載する場所は、座席下に限らず、車両の床下、シートバック裏、後部トランクルームの下部または、車両前方のエンジンルームでもよい。
(vehicle)
FIG. 8 is a view showing an example in which a composite assembled battery or a battery is mounted under a seat at the center of the body of an electric vehicle. If the composite battery pack 70 is mounted under the seat of the electric vehicle 80, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the battery is mounted is not limited to the position under the seat, but may be the floor under the vehicle, the back of the seat back, the lower part of the rear trunk room, or the engine room in front of the vehicle.

なお、本発明では、複合組電池単独、組電池単独、または複合組電池と組電池を組み合わせて車両に搭載することができる。また、上記電池を駆動用電源や補助電源として搭載することのできる車両としては、上記の電気自動車、燃料電池自動車やこれらのハイブリッドカーが好ましいが、これらに制限されるものではない。本発明の電池を電気自動車、燃料電池自動車やこれらのハイブリッドカーに用いることにより、高寿命で信頼性の高い車両とすることができる。   In the present invention, the composite assembled battery alone, the assembled battery alone, or the composite assembled battery and the assembled battery can be mounted on the vehicle. Moreover, as a vehicle in which the battery can be mounted as a driving power source or an auxiliary power source, the above-described electric vehicle, fuel cell vehicle, and hybrid vehicle thereof are preferable, but are not limited thereto. By using the battery of the present invention for an electric vehicle, a fuel cell vehicle or a hybrid vehicle thereof, a vehicle having a long life and high reliability can be obtained.

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail using examples.

予めバイポーラ電極用スラリー、ゲル電解質を作製する。   A bipolar electrode slurry and a gel electrolyte are prepared in advance.

<バイポーラ電極用スラリー>
○正極
・以下の材料を括弧内に示した質量比で混合して正極スラリーを作製する。
・正極用活物質として、LiMn(85wt%)。
・導電助剤として、アセチレンブラック(5wt%)。
・バインダとして、PVdF(10wt%)。
・スラリー粘度調整溶媒として、NMP(適量)
○負極
・以下の材料を括弧内に示した質量比で混合して負極スラリーを作製する。
・負極用活物質として、ハードカーボン(90wt%)。
・バインダとして、PVdF(10wt%)。
・スラリー粘度調整溶媒として、NMP(適量)
<ゲル電解質の形成>
厚さ20μmの不織布をセパレータとして用いる。上記セパレータに、ポリマーとして数平均分子量約8000のPEO系マクロモノマー(PEOとPPOの共重合体)を5wt%、電解液としてEC+PC(1:1)に1.0MのLiBFを溶解させたものを95wt%、および重合開始剤を2000ppmからなるプレゲル溶液を含浸させて、不活性雰囲気化で光架橋させることによりゲル電解質を形成する。
<Bipolar electrode slurry>
○ Positive electrode ・ The following materials are mixed at a mass ratio shown in parentheses to prepare a positive electrode slurry.
- as a positive electrode active material, LiMn 2 O 4 (85wt% ).
-Acetylene black (5 wt%) as a conductive assistant.
-PVdF (10 wt%) as a binder.
・ NMP (appropriate amount) as slurry viscosity adjusting solvent
○ Negative electrode-The following materials are mixed at a mass ratio shown in parentheses to prepare a negative electrode slurry.
-Hard carbon (90 wt%) as the negative electrode active material.
-PVdF (10 wt%) as a binder.
・ NMP (appropriate amount) as slurry viscosity adjusting solvent
<Formation of gel electrolyte>
A nonwoven fabric having a thickness of 20 μm is used as a separator. 5% by weight of PEO macromonomer (copolymer of PEO and PPO) having a number average molecular weight of about 8000 as a polymer and 1.0M LiBF 4 dissolved in EC + PC (1: 1) as an electrolytic solution in the separator. A gel electrolyte is formed by impregnating a pregel solution consisting of 95 wt% and 2000 ppm of a polymerization initiator and photocrosslinking in an inert atmosphere.

(実施例1)
集電体であるSUS箔(厚さ10μm)の両面に、導電性塗料(厚さ2μm)をコーティングした。導電性塗料は、ポリプロピレン(70wt%)にカーボンブラック(30wt%)を十分に分散させたものを用いた。上記コーティング集電箔の片面に、上記負極スラリーを塗布し乾燥・プレスにより、厚さ15μmの負極を形成した。負極を塗布した上記集電箔の反対面に、上記正極スラリーを塗布し乾燥・プレスにより、厚さ15μmの正極を形成した。以上のように、集電箔の両面に正極と負極を有するバイポーラ電極を形成した。
Example 1
A conductive paint (thickness 2 μm) was coated on both sides of a SUS foil (thickness 10 μm) as a current collector. The conductive paint used was a sufficiently dispersed carbon black (30 wt%) in polypropylene (70 wt%). The negative electrode slurry was applied to one side of the coated current collector foil, and a negative electrode having a thickness of 15 μm was formed by drying and pressing. The positive electrode slurry was applied to the opposite surface of the current collector foil coated with the negative electrode, and a positive electrode having a thickness of 15 μm was formed by drying and pressing. As described above, bipolar electrodes having a positive electrode and a negative electrode were formed on both sides of the current collector foil.

上記バイポーラ電極とゲル電解質を、正極と負極がゲル電解質を挟むように積層した。5層積層した後、積層体をラミネートパックで封止し、バイポーラ電池を形成した。   The bipolar electrode and the gel electrolyte were laminated so that the positive electrode and the negative electrode sandwiched the gel electrolyte. After stacking five layers, the laminate was sealed with a laminate pack to form a bipolar battery.

(実施例2)
集電体であるSUS箔(厚さ10μm)の両面に、金めっき(厚さ2μm)を施した。実施例1と同様にして、金めっき集電箔の両面に正極と負極を有するバイポーラ電極を形成した。
(Example 2)
Gold plating (thickness 2 μm) was applied to both surfaces of a SUS foil (thickness 10 μm) as a current collector. In the same manner as in Example 1, bipolar electrodes having a positive electrode and a negative electrode were formed on both surfaces of the gold-plated current collector foil.

実施例1と同様にして、バイポーラ電極とゲル電解質を5層積層・ラミネート封止し、バイポーラ電池を形成した。   In the same manner as in Example 1, five layers of bipolar electrode and gel electrolyte were laminated and laminated to form a bipolar battery.

(比較例)
集電体であるSUS箔(厚さ10μm)をそのまま用いた。実施例1と同様にして、集電箔の両面に正極と負極を有するバイポーラ電極を形成した。
(Comparative example)
The SUS foil (thickness 10 μm) as a current collector was used as it was. In the same manner as in Example 1, bipolar electrodes having a positive electrode and a negative electrode were formed on both sides of the current collector foil.

実施例1と同様にして、バイポーラ電極とゲル電解質を5層積層・ラミネート封止し、バイポーラ電池を形成した。   In the same manner as in Example 1, five layers of bipolar electrode and gel electrolyte were laminated and laminated to form a bipolar battery.

(評価1)
それぞれの電池において、サイクル試験(1C CC充放電)を行った。いずれの電池も、初回充放電においては全く問題がなく、良好な電池特性を示した。ところが100サイクル、200サイクルとサイクル数が増すにつれ、比較例の電池は容量低下が見られ、500サイクルではそれが顕著に表れた。電池を分解してみると、正極側でのSUSの腐食が見られた。一方、実施例1、実施例2の電池は、500サイクルを超えても初期と同等な容量を維持し、良好なサイクル特性を示した。電池を分解してみても、正極側での腐食は見られなかった。
(Evaluation 1)
Each battery was subjected to a cycle test (1C CC charge / discharge). None of the batteries had any problems in the first charge / discharge, and showed good battery characteristics. However, as the number of cycles increased to 100 cycles and 200 cycles, the capacity of the battery of the comparative example was reduced, and this was noticeable at 500 cycles. When the battery was disassembled, SUS corrosion was observed on the positive electrode side. On the other hand, the batteries of Example 1 and Example 2 maintained a capacity equivalent to the initial value even after exceeding 500 cycles, and exhibited good cycle characteristics. Even when the battery was disassembled, corrosion on the positive electrode side was not observed.

(評価2)
それぞれの電池において、満充電保存試験を行った。30日後、比較例の電池は電池電圧が著しく低下していた。電池を分解してみると、正極側でのSUSの腐食が見られた。一方、実施例1、実施例2の電池は、30日を超えても電池電圧を維持し、良好な電圧維持率を示した。電池を分解してみても、正極側での腐食は見られなかった。
(Evaluation 2)
A full charge storage test was performed on each battery. After 30 days, the battery voltage of the comparative example was significantly reduced. When the battery was disassembled, SUS corrosion was observed on the positive electrode side. On the other hand, the batteries of Example 1 and Example 2 maintained the battery voltage even after 30 days and exhibited a good voltage maintenance rate. Even when the battery was disassembled, corrosion on the positive electrode side was not observed.

(評価3)
それぞれの電池において、電池抵抗を測定した。比較例の電池抵抗を100%とすると、実施例1の電池抵抗は95%、実施例2の電池抵抗は90%を示した。
(Evaluation 3)
In each battery, the battery resistance was measured. Assuming that the battery resistance of the comparative example was 100%, the battery resistance of Example 1 was 95%, and the battery resistance of Example 2 was 90%.

電極活物質と集電体との間の接触抵抗について説明する図面である。It is drawing explaining the contact resistance between an electrode active material and a collector. 本発明のバイポーラ電極を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the bipolar electrode of this invention. 本発明のバイポーラ電池における層の積層例を説明するための一部破断した断面図である。FIG. 5 is a partially broken cross-sectional view for explaining an example of layer stacking in the bipolar battery of the present invention. バイポーラ型のリチウムイオン二次電池の全体構造の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the whole structure of a bipolar type lithium ion secondary battery. 本発明のバイポーラ電池を2直20並に接続した組電池の一例の模式図である。It is a schematic diagram of an example of the assembled battery in which the bipolar battery of the present invention is connected in two lines and 20 lines. バイポーラ電池Aと非バイポーラ型電池Bを並列に連結した組電池の一例を示す図面である。It is drawing which shows an example of the assembled battery which connected the bipolar battery A and the non-bipolar type battery B in parallel. 複合組電池の一例を示す図面である。It is drawing which shows an example of a composite assembled battery. 電気自動車の車体中央部の座席下に複合組電池または電池が搭載された一例を示す図面である。It is drawing which shows an example by which the composite assembled battery or the battery was mounted under the seat of the vehicle body center part of an electric vehicle.

符号の説明Explanation of symbols

1 バイポーラ電池、
2 集電体、
3 被覆層、
4 正極用活物質層、
5 負極用活物質層、
7 電解質層。
1 Bipolar battery,
2 current collector,
3 coating layer,
4 active material layer for positive electrode,
5 active material layer for negative electrode,
7 Electrolyte layer.

Claims (9)

非イオン伝導性で、かつ、電子伝導性を有する層を被覆した金属箔を集電体に用いることを特徴とするバイポーラ電池。   A bipolar battery characterized in that a metal foil coated with a layer having nonionic conductivity and electron conductivity is used as a current collector. 前記層は、非イオン伝導性ポリマーと電子伝導性粒子とを含むことを特徴とする請求項1記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the layer includes a non-ion conductive polymer and electron conductive particles. 前記層は、金メッキ層または白金メッキ層である請求項1記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the layer is a gold plating layer or a platinum plating layer. 前記非イオン伝導性ポリマーは、フッ素樹脂、オレフィン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アラミド樹脂、エポキシ樹脂およびウレタン樹脂よりなる群から選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項2記載の電池。   The nonionic conductive polymer is at least one selected from the group consisting of a fluororesin, an olefin resin, a silicone resin, an acrylic resin, a polyester resin, an aramid resin, an epoxy resin, and a urethane resin. 2. The battery according to 2. 前記電子伝導性粒子は、炭素材料、金属および導電性セラミックよりなる群から選ばれた少なくとも1種の材料からなる粒子であることを特徴とする請求項2または請求項4記載の電池。   5. The battery according to claim 2, wherein the electron conductive particles are particles made of at least one material selected from the group consisting of a carbon material, a metal, and a conductive ceramic. さらに、正極用活物質としてリチウム−遷移金属複合酸化物を、負極用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用いてなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電池。   The lithium-transition metal composite oxide is further used as the positive electrode active material, and carbon or lithium-transition metal composite oxide is used as the negative electrode active material. The battery described. さらに、電解質としてゲル電解質を用いてなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電池。   Furthermore, gel electrolyte is used as electrolyte, The battery of any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の電池を複数個接続してなることを特徴とする組電池。   An assembled battery comprising a plurality of the batteries according to claim 1 connected to each other. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の電池を駆動用電源として搭載してなることを特徴とする車両。   A vehicle comprising the battery according to any one of claims 1 to 8 as a driving power source.
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