JP2006210089A - Electrode for intrinsic polymer battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means which facilitates the purge of gas generated from an electrode of an intrinsic polymer battery during initial charge and discharge to the outside, prevents various problems caused by the generation of gas from occurring, and improves the durability of the battery. <P>SOLUTION: The electrode of the intrinsic polymer battery has a collector and an active material layer formed on the surface of the collector and including an active material, where the voidage of the active material layer is 60% or more. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、真性ポリマー電池用電極に関する。特に本発明は、真性ポリマー電池の耐久性を向上させるための改良に関する。   The present invention relates to an intrinsic polymer battery electrode. In particular, the present invention relates to an improvement for improving the durability of an intrinsic polymer battery.

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。   In recent years, in order to cope with air pollution and global warming, reduction of the amount of carbon dioxide has been strongly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of secondary batteries for motor drive that holds the key to their practical application is thriving. Has been done.

モータ駆動用二次電池としては、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。リチウムイオン二次電池は、一般に、バインダを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している(例えば、特許文献1を参照)。
特開2003−7345号公報
As a secondary battery for driving a motor, a lithium ion secondary battery having the highest theoretical energy among all the batteries is attracting attention, and is currently being developed rapidly. Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied to both surfaces of a positive electrode current collector using a binder, and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied to both surfaces of a negative electrode current collector using a binder. However, it has the structure connected through the electrolyte layer and accommodated in a battery case (for example, refer patent document 1).
JP 2003-7345 A

このリチウムイオン二次電池の初回充放電時には、電池要素を構成する電解質層や電極からガスが発生することが知られている。このガスをそのままにしておくと、電極の活物質の剥離等が起こり、充放電性能や電池寿命等の電池特性が低下する原因となる。このため、初回充放電後に一旦電池ケースの封を開け、発生したガスを電池ケースの外部へ逃がす必要がある。   It is known that gas is generated from the electrolyte layer and the electrodes constituting the battery element during the initial charge / discharge of the lithium ion secondary battery. If this gas is left as it is, the active material of the electrode is peeled off, which causes deterioration of battery characteristics such as charge / discharge performance and battery life. For this reason, it is necessary to open the battery case once after the first charge / discharge and let the generated gas escape to the outside of the battery case.

ここで、電極に含まれる電解質が液体電解質である場合、初回充電時に電極において発生したガスを電極外部に抜くことは比較的容易である。   Here, when the electrolyte contained in the electrode is a liquid electrolyte, it is relatively easy to remove the gas generated in the electrode during the initial charge to the outside of the electrode.

一方、ゲルポリマー電解質や真性ポリマー電解質が電極に含まれる場合、電極において発生したガスを電極外部に抜くことは困難である。特に真性ポリマー電解質を含む電極において発生したガスは極めて電極外部に抜けにくい。これは、活物質粒子の周囲をバインダおよび固体高分子電解質が包囲するという電極の構造に起因するものと考えられる。なお、出力特性を向上させるという観点から開発が進められており、電極の面積が増加の一途を辿っているバイポーラ電池において、この問題は顕著である。   On the other hand, when a gel polymer electrolyte or an intrinsic polymer electrolyte is included in the electrode, it is difficult to extract the gas generated in the electrode to the outside of the electrode. In particular, the gas generated in the electrode containing the intrinsic polymer electrolyte is very difficult to escape to the outside of the electrode. This is considered due to the structure of the electrode in which the binder and the solid polymer electrolyte surround the active material particles. In addition, development is advanced from the viewpoint of improving output characteristics, and this problem is remarkable in a bipolar battery in which the area of the electrode continues to increase.

そこで、本発明の目的は、真性ポリマー電池用電極において、初回充放電時に発生したガスを外部に抜けやすくしてガス発生に起因する種々の問題の発生を防止し、電池の耐久性を向上させうる手段を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to improve the durability of the battery by preventing the occurrence of various problems due to gas generation by making the gas generated during the first charge / discharge easy to escape to the outside in the intrinsic polymer battery electrode. It is to provide a means.

本発明は、集電体と、前記集電体の表面に形成された、活物質を含む活物質層と、を有する真性ポリマー電池用電極であって、前記活物質層の空隙率が60%以上であることを特徴とする、真性ポリマー電池用電極である。   The present invention is an intrinsic polymer battery electrode having a current collector and an active material layer containing an active material formed on the surface of the current collector, wherein the active material layer has a porosity of 60%. It is the electrode for intrinsic polymer batteries characterized by the above.

また本発明は、溶媒に、活物質と、イオン伝導性ポリマーと、発泡剤と、を添加することにより、活物質スラリーを調製する工程と、前記活物質スラリーを集電体の表面に塗布することにより、塗膜を形成する工程と、前記塗膜を乾燥させる工程と、前記塗膜に含まれる前記発泡剤を分解させる工程と、を有する、真性ポリマー電池用電極の製造方法である。   The present invention also includes a step of preparing an active material slurry by adding an active material, an ion conductive polymer, and a foaming agent to a solvent, and applying the active material slurry to the surface of the current collector. By this, it is the manufacturing method of the electrode for intrinsic polymer batteries which has the process of forming the coating film, the process of drying the said coating film, and the process of decomposing | disassembling the said foaming agent contained in the said coating film.

本発明の真性ポリマー電池用電極にあっては、活物質層の空隙率が60%以上と従来よりも大きい。このため、電極の活物質層において発生したガスが電極の外部に抜けやすい。従って、本発明の電極は、電池の耐久性の向上に寄与しうる。   In the intrinsic polymer battery electrode of the present invention, the porosity of the active material layer is 60% or more, which is larger than the conventional one. For this reason, the gas generated in the active material layer of the electrode is likely to escape outside the electrode. Therefore, the electrode of the present invention can contribute to improvement of battery durability.

以下、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

(第1実施形態)
(構成)
本発明は、集電体と、前記集電体の表面に形成された、活物質を含む活物質層と、を有する真性ポリマー電池用電極であって、前記活物質層の空隙率が60%以上であることを特徴とする、真性ポリマー電池用電極である。
(First embodiment)
(Constitution)
The present invention is an intrinsic polymer battery electrode having a current collector and an active material layer containing an active material formed on the surface of the current collector, wherein the active material layer has a porosity of 60%. It is the electrode for intrinsic polymer batteries characterized by the above.

まず、本発明の真性ポリマー電池用電極の構造について、図面を参照して説明する。なお、本発明においては、説明の都合上、図面が誇張されており、本発明の技術的範囲は、図面に掲示する形態に限定されない。また、図面以外の実施形態も採用されうる。   First, the structure of the intrinsic polymer battery electrode of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present invention, the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and the technical scope of the present invention is not limited to the forms shown in the drawings. Also, embodiments other than the drawings may be employed.

図1は、本発明の真性ポリマー電池用電極の一実施形態を示す断面図である。図1に示す形態の真性ポリマー電池用電極1は、集電体11の一方の面に正極活物質層13が形成され、他方の面に負極活物質層15が形成されてなるバイポーラ電極である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an intrinsic polymer battery electrode of the present invention. 1 is a bipolar electrode in which a positive electrode active material layer 13 is formed on one surface of a current collector 11 and a negative electrode active material layer 15 is formed on the other surface. .

本実施形態において、正極活物質層13および負極活物質層15の空隙率は、60%以上である。かような構成とすることにより、特に初回充放電時に活物質層において発生したガスが活物質層の外部へ抜けやすくなる。これにより、ガス発生に伴う種々の問題の発生が防止され、電池の耐久性の向上が図られる。なお、本願において、活物質層の空隙率は、例えば、活物質層の体積や質量と、活物質層に含まれる各材料の密度および配合比とから算出されうる。   In the present embodiment, the porosity of the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 is 60% or more. With such a configuration, the gas generated in the active material layer at the time of the first charge / discharge can easily escape to the outside of the active material layer. As a result, various problems associated with gas generation are prevented, and the durability of the battery is improved. In the present application, the porosity of the active material layer can be calculated from, for example, the volume and mass of the active material layer, and the density and blending ratio of each material included in the active material layer.

本発明の真性ポリマー電池用電極は、真性ポリマー電解質からなる電解質層を有する電池に適用される。すなわち、本発明の電極は、電極および電解質層のいずれにも液状成分を含まない電池に採用されうる。   The electrode for an intrinsic polymer battery of the present invention is applied to a battery having an electrolyte layer made of an intrinsic polymer electrolyte. That is, the electrode of the present invention can be employed in a battery that does not contain a liquid component in either the electrode or the electrolyte layer.

図1に示すようなバイポーラ電極は、例えば、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)に採用されうる。その他の電池に採用されても、勿論よい。   The bipolar electrode as shown in FIG. 1 can be employed in, for example, a bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “bipolar battery”). Of course, it may be adopted for other batteries.

以下、リチウムイオン二次電池に採用される場合を例に挙げて、本発明の真性ポリマー電池用電極の構成について説明する。本発明の真性ポリマー電池用電極は、活物質層の空隙率が60%以上である点に特徴を有する。集電体、活物質、バインダ、支持塩(リチウム塩)、真性ポリマー電解質、その他必要に応じて添加される化合物の選択について、特に制限はない。使用用途に応じて、従来公知の知見を適宜参照することにより、選択すればよい。また、本発明の真性ポリマー電池用電極は、正極および負極の双方に適用可能であるが、例えば正極に適用する場合には、集電体および活物質として、正極用の集電体および正極活物質として作用することが知られている化合物を採用すればよい。   Hereinafter, the configuration of the intrinsic polymer battery electrode of the present invention will be described by taking as an example a case where it is employed in a lithium ion secondary battery. The intrinsic polymer battery electrode of the present invention is characterized in that the porosity of the active material layer is 60% or more. There is no particular limitation on the selection of the current collector, active material, binder, supporting salt (lithium salt), intrinsic polymer electrolyte, and other compounds added as necessary. Depending on the intended use, it may be selected by appropriately referring to conventionally known knowledge. The intrinsic polymer battery electrode of the present invention can be applied to both the positive electrode and the negative electrode. For example, when applied to the positive electrode, the positive electrode current collector and the positive electrode active material are used as the current collector and the active material. A compound known to act as a substance may be employed.

[集電体]
集電体11は、アルミニウム箔、ニッケル箔、銅箔、ステンレス(SUS)箔など、導電性の材料から構成される。集電体の一般的な厚さは、1〜30μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。
[Current collector]
The current collector 11 is made of a conductive material such as an aluminum foil, a nickel foil, a copper foil, or a stainless steel (SUS) foil. The general thickness of the current collector is 1 to 30 μm. However, a current collector having a thickness outside this range may be used.

集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。大型の電池に用いられる大型の電極を作製するのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。小型の電極を作製するのであれば、面積の小さな集電体が用いられる。   The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. If a large electrode used for a large battery is manufactured, a current collector having a large area is used. If a small electrode is produced, a current collector with a small area is used.

[活物質層]
集電体11上には、活物質層(13、15)が形成される。活物質層(13、15)は、充放電反応の中心を担う活物質を含む層である。本発明において、活物質層(13、15)の空隙率は60%以上であり、好ましくは65%以上であり、さらに好ましくは70%以上であり、特に好ましくは75%以上である。活物質層(13、15)の空隙率が60%を下回ると、活物質層において発生したガスが外部へと充分に抜けず、活物質層の成分どうしの剥離などの問題を引き起こす場合がある。これは、活物質層の空隙率が小さすぎると、活物質層に存在する空隙どうしが連結されないために、ガスが抜けるための通路が有効に形成されないことによるものと推測される。
[Active material layer]
An active material layer (13, 15) is formed on the current collector 11. The active material layers (13, 15) are layers containing an active material that plays a central role in the charge / discharge reaction. In the present invention, the porosity of the active material layers (13, 15) is 60% or more, preferably 65% or more, more preferably 70% or more, and particularly preferably 75% or more. If the porosity of the active material layer (13, 15) is less than 60%, the gas generated in the active material layer may not sufficiently escape to the outside, which may cause problems such as separation of components of the active material layer. . This is presumably due to the fact that when the porosity of the active material layer is too small, the voids existing in the active material layer are not connected to each other, so that a passage through which gas escapes is not effectively formed.

ガス抜き性能を向上させるという観点からは、活物質層(13、15)の空隙率の上限は規定されない。しかしながら、実用性の観点から、電池の容量や機械的強度などの特性を考慮すると、活物質層の空隙率は、好ましくは85%以下であり、より好ましくは80%以下であり、さらに好ましくは75%以下である。ただし、場合によっては、かような範囲を外れる形態が採用されてもよい。   From the viewpoint of improving the gas venting performance, the upper limit of the porosity of the active material layer (13, 15) is not defined. However, in consideration of characteristics such as battery capacity and mechanical strength from the viewpoint of practicality, the porosity of the active material layer is preferably 85% or less, more preferably 80% or less, and still more preferably. 75% or less. However, depending on the case, a form out of such a range may be adopted.

活物質層(13、15)の空隙率は、活物質層を形成するために用いられる活物質スラリー中の活物質やバインダ等の濃度の影響を受ける。従って、所望の空隙率に応じて、電極の製造時にこれらの濃度を調整すればよい。   The porosity of the active material layers (13, 15) is affected by the concentration of the active material, the binder, and the like in the active material slurry used to form the active material layer. Therefore, these concentrations may be adjusted at the time of manufacturing the electrode according to the desired porosity.

活物質層(13、15)は、活物質を含む。本発明の電極が正極として用いられる場合には、活物質層は正極活物質を含む。一方、本発明の電極が負極として用いられる場合には、活物質層は負極活物質を含む。   The active material layers (13, 15) include an active material. When the electrode of the present invention is used as a positive electrode, the active material layer contains a positive electrode active material. On the other hand, when the electrode of the present invention is used as a negative electrode, the active material layer contains a negative electrode active material.

正極活物質としては、リチウム−遷移金属複合酸化物が好ましく、例えば、LiMnなどのLi−Mn系複合酸化物やLiNiOなどのLi−Ni系複合酸化物が挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。 As the positive electrode active material, a lithium-transition metal composite oxide is preferable, and examples thereof include a Li—Mn composite oxide such as LiMn 2 O 4 and a Li—Ni composite oxide such as LiNiO 2 . In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination.

負極活物質としては、上記のリチウム遷移金属−複合酸化物や、カーボンが好ましい。カーボンとしては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛系炭素材料、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボン等が挙げられる。   As the negative electrode active material, the above lithium transition metal-composite oxide or carbon is preferable. Examples of carbon include graphite-based carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, and expanded graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, and hard carbon.

活物質層(13、15)には、必要であれば、その他の物質が含まれてもよい。例えば、バインダ、導電助剤、支持塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー等が含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には、前記ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれてもよい。   The active material layers (13, 15) may contain other materials if necessary. For example, a binder, a conductive additive, a supporting salt (lithium salt), an ion conductive polymer, and the like can be included. When an ion conductive polymer is included, a polymerization initiator for polymerizing the polymer may be included.

バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF) and a synthetic rubber binder.

導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、グラファイトなどのカーボン粉末や、種々の炭素繊維などが挙げられる。   A conductive support agent means the additive mix | blended in order to improve the electroconductivity of an active material layer. Examples of the conductive aid include carbon powder such as graphite and various carbon fibers.

より好ましい形態において、活物質層(13、15)は、繊維径が500nm以下、好ましくは300nm以下、より好ましくは200nm以下の炭素繊維をさらに含む。かような形態によれば、当該炭素繊維が導電助剤として機能し、活物質層において活物質間の電子伝導ネットワークが充分に確保されうる。この際、炭素繊維の繊維径が500nmを上回ると、炭素繊維の柔軟性が低下してしまい、当該炭素繊維と活物質との接触性が低下してしまう虞がある。かような炭素繊維の具体例としては、例えば、気相成長炭素繊維(VGCF)、気相成長ナノ炭素繊維(VGNF)、カーボンナノチューブ(CNT)などが挙げられる。   In a more preferred form, the active material layers (13, 15) further contain carbon fibers having a fiber diameter of 500 nm or less, preferably 300 nm or less, more preferably 200 nm or less. According to such a form, the said carbon fiber functions as a conductive support agent, and the electron conduction network between active materials can fully be ensured in an active material layer. At this time, if the fiber diameter of the carbon fiber exceeds 500 nm, the flexibility of the carbon fiber is lowered, and the contact property between the carbon fiber and the active material may be lowered. Specific examples of such carbon fibers include vapor grown carbon fibers (VGCF), vapor grown nano carbon fibers (VGNF), carbon nanotubes (CNT), and the like.

支持塩(リチウム塩)としては、Li(CSON)、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。 Examples of the supporting salt (lithium salt) include Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N), LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like.

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。ここで、前記ポリマーは、本発明の電極が採用される電池の真性ポリマー電解質層において用いられるイオン伝導性ポリマーと同じであってもよく、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers. Here, the polymer may be the same as or different from the ion conductive polymer used in the intrinsic polymer electrolyte layer of the battery in which the electrode of the present invention is employed, but is preferably the same.

重合開始剤は、イオン伝導性ポリマーの架橋性基に作用して、架橋反応を進行させるために配合される。開始剤として作用させるための外的要因に応じて、光重合開始剤、熱重合開始剤などに分類される。重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)や、光重合開始剤であるベンジルジメチルケタール(BDK)等が挙げられる。   The polymerization initiator is blended to act on the crosslinkable group of the ion conductive polymer and advance the crosslinking reaction. Depending on the external factor for acting as an initiator, it is classified into a photopolymerization initiator, a thermal polymerization initiator and the like. Examples of the polymerization initiator include azobisisobutyronitrile (AIBN), which is a thermal polymerization initiator, and benzyl dimethyl ketal (BDK), which is a photopolymerization initiator.

活物質層(13、15)に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。   The compounding ratio of the components contained in the active material layers (13, 15) is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries.

ただし、前記活物質層に上記の炭素繊維が含まれる場合、活物質の含有量に対する前記炭素繊維の含有量の比は、好ましくは0.2以上であり、より好ましくは0.2〜3であり、さらに好ましくは0.5〜2である。この比が0.2以上であると、電極製造時に調製される活物質スラリーに大量の溶媒を混合した場合であっても、スラリー粘度の低下に伴う塗布工程の煩雑化が防止され、より空隙率の大きい活物質層の製造が可能となるため、好ましい。   However, when the carbon fiber is included in the active material layer, the ratio of the content of the carbon fiber to the content of the active material is preferably 0.2 or more, more preferably 0.2 to 3. Yes, more preferably 0.5-2. When this ratio is 0.2 or more, even when a large amount of solvent is mixed with the active material slurry prepared at the time of electrode production, complication of the coating process due to a decrease in slurry viscosity is prevented, and more voids are generated. It is preferable because an active material layer having a high rate can be manufactured.

(製造方法)
続いて、本発明の真性ポリマー電池用電極の製造方法を説明する。
(Production method)
Then, the manufacturing method of the electrode for intrinsic polymer batteries of this invention is demonstrated.

本発明の電極は、例えば、溶媒に、活物質と、真性ポリマー電解質と、を添加することにより、活物質スラリーを調製し(活物質スラリー調製工程)、この活物質スラリーを集電体の表面に塗布することにより塗膜を形成し(塗布工程)、この塗膜を乾燥させる(乾燥工程)ことにより、製造されうる。活物質スラリーに添加した真性ポリマー電解質を架橋させる目的で、活物質スラリー中にさらに重合開始剤が配合される場合には、乾燥工程と同時に、または乾燥工程の前もしくは後に、重合処理を施してもよい(重合工程)。   In the electrode of the present invention, for example, an active material and an intrinsic polymer electrolyte are added to a solvent to prepare an active material slurry (active material slurry preparation step), and the active material slurry is applied to the surface of the current collector. It can be manufactured by forming a coating film by coating (coating process) and drying the coating film (drying process). For the purpose of crosslinking the intrinsic polymer electrolyte added to the active material slurry, when a polymerization initiator is further added to the active material slurry, a polymerization treatment is performed simultaneously with the drying step or before or after the drying step. (Polymerization step).

以下、かような製造方法について、工程順に詳細に説明するが、下記の形態のみには制限されない。   Hereinafter, although such a manufacturing method is demonstrated in detail in order of a process, it is not restrict | limited only to the following form.

[活物質スラリー調製工程]
本工程においては、所望の活物質、イオン伝導性ポリマー、および必要に応じて他の成分(例えば、バインダ、導電助剤、支持塩(リチウム塩)、重合開始剤など)を、溶媒中で混合して、活物質スラリーを調製する。この活物質スラリー中に配合される各成分の具体的な形態については、上記の本発明の電極の構成の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[Active material slurry preparation process]
In this step, a desired active material, an ion conductive polymer, and other components (for example, a binder, a conductive assistant, a supporting salt (lithium salt), a polymerization initiator, etc.) are mixed in a solvent as necessary. Then, an active material slurry is prepared. Since the specific form of each component blended in the active material slurry is as described in the column of the configuration of the electrode of the present invention, detailed description is omitted here.

なお、炭素繊維は溶媒吸収性に優れる。このため、活物質スラリー中に炭素繊維を配合すると、配合しない場合と比較して、スラリーの粘度を低下させることなく溶媒の配合量を増加させることが可能である。この溶媒は後述する乾燥工程において除去されることから、炭素繊維、特に上述した所定の繊維径を有する炭素繊維を活物質スラリー中に配合することで、活物質層の空隙率をより増大させうる。   Carbon fiber is excellent in solvent absorbability. For this reason, when carbon fiber is mix | blended in an active material slurry, compared with the case where it does not mix | blend, it is possible to increase the compounding quantity of a solvent, without reducing the viscosity of a slurry. Since this solvent is removed in the drying step described later, the porosity of the active material layer can be further increased by blending carbon fibers, particularly carbon fibers having the above-mentioned predetermined fiber diameter, into the active material slurry. .

溶媒の種類や混合手段は特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。溶媒の一例を挙げると、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミドなどが用いられうる。バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を採用する場合には、NMPを溶媒として用いるとよい。   The kind of solvent and the mixing means are not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. As an example of the solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide and the like can be used. When adopting polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, NMP is preferably used as a solvent.

本製造方法では、この活物質スラリー調製工程において調製される活物質スラリー中の固形分と溶媒との配合比を調整することにより、製造される電極の活物質層の空隙率が制御されうる。具体的には、形成される活物質層の空隙率を減少させたい場合には、活物質スラリー中の固形分の配合量を増加させるとよい。一方、形成される活物質層の空隙率を増加させたい場合には、活物質スラリー中の固形分の配合量を減少させるとよい。   In this manufacturing method, the porosity of the active material layer of the manufactured electrode can be controlled by adjusting the compounding ratio between the solid content and the solvent in the active material slurry prepared in the active material slurry preparation step. Specifically, when it is desired to reduce the porosity of the active material layer to be formed, the blending amount of the solid content in the active material slurry may be increased. On the other hand, when it is desired to increase the porosity of the active material layer to be formed, the blending amount of the solid content in the active material slurry is preferably decreased.

[塗布工程]
続いて、集電体を準備し、上記で調製した活物質スラリーを当該集電体の表面に塗布する。これにより、集電体の表面に活物質スラリーからなる塗膜が形成される。この塗膜は、後述する乾燥工程を経て、活物質層となる。
[Coating process]
Subsequently, a current collector is prepared, and the active material slurry prepared above is applied to the surface of the current collector. Thereby, the coating film which consists of an active material slurry is formed on the surface of an electrical power collector. This coating film becomes an active material layer through a drying step described later.

準備する集電体の具体的な形態については、上記の本発明の電極の構成の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。   The specific form of the current collector to be prepared is as described in the column of the configuration of the electrode of the present invention, and thus detailed description thereof is omitted here.

活物質スラリーを塗布するための塗布手段も特に限定されない。例えば、コーターなどの一般的に用いられている手段が採用されうる。   The application means for applying the active material slurry is not particularly limited. For example, a commonly used means such as a coater can be adopted.

塗膜は、製造される電極における集電体と活物質層との所望の配置形態に応じて、形成される。例えば、製造される電極がバイポーラ電極の場合、集電体の一方の面には正極活物質を含む塗膜が形成され、他方の面には負極活物質を含む塗膜が形成される。これに対し、バイポーラ型でない電極を製造する場合には、正極活物質または負極活物質のいずれか一方を含む塗膜が1枚の集電体の両面に形成される。   A coating film is formed according to the desired arrangement | positioning form of the electrical power collector and active material layer in the electrode manufactured. For example, when the manufactured electrode is a bipolar electrode, a coating film containing a positive electrode active material is formed on one surface of the current collector, and a coating film containing a negative electrode active material is formed on the other surface. On the other hand, when manufacturing a non-bipolar electrode, a coating film containing either the positive electrode active material or the negative electrode active material is formed on both surfaces of one current collector.

[乾燥工程]
その後、集電体の表面に形成された塗膜を乾燥させる。これにより、塗膜中の溶媒が除去される。
[Drying process]
Thereafter, the coating film formed on the surface of the current collector is dried. Thereby, the solvent in a coating film is removed.

塗膜を乾燥させるための乾燥手段も特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、加熱処理が例示される。乾燥条件(乾燥時間、乾燥温度など)は、活物質スラリーの塗布量やスラリーの溶媒の揮発速度に応じて適宜設定されうる。   The drying means for drying the coating film is not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. For example, heat treatment is exemplified. Drying conditions (drying time, drying temperature, etc.) can be appropriately set according to the application amount of the active material slurry and the volatilization rate of the solvent of the slurry.

塗膜が重合開始剤を含まない場合には、乾燥工程の完了とともに本発明の電極が完成する。塗膜が重合開始剤を含む場合には、さらに重合工程を行うことで、塗膜中のイオン伝導性ポリマーが架橋性基によって架橋され、本発明の電極が完成する。   When a coating film does not contain a polymerization initiator, the electrode of this invention is completed with completion of a drying process. When a coating film contains a polymerization initiator, the ion conductive polymer in a coating film is bridge | crosslinked by a crosslinkable group by performing a superposition | polymerization process, and the electrode of this invention is completed.

重合工程における重合処理も特に制限されることはなく、従来公知の知見を適宜参照すればよい。例えば、塗膜が熱重合開始剤(AIBNなど)を含む場合には、塗膜に熱処理を施す。また、塗膜が光重合開始剤(BDKなど)を含む場合には、紫外光などの光を照射する。なお、熱重合のための熱処理は、上記の乾燥工程と同時に行われてもよいし、当該乾燥工程の前または後に行われてもよい。   The polymerization treatment in the polymerization step is not particularly limited, and conventionally known knowledge may be referred to as appropriate. For example, when the coating film contains a thermal polymerization initiator (AIBN or the like), the coating film is subjected to heat treatment. Moreover, when a coating film contains a photoinitiator (BDK etc.), light, such as an ultraviolet light, is irradiated. In addition, the heat processing for thermal polymerization may be performed simultaneously with said drying process, and may be performed before or after the said drying process.

本願は、上記の製造方法のより好ましい形態を提供する。このより好ましい形態は、活物質層の空隙率を向上させるための手段として発泡剤を用いる点に特徴を有する。すなわち、本発明の第2は、溶媒に、活物質と、イオン伝導性ポリマーと、発泡剤と、を添加することにより、活物質スラリーを調製する工程(活物質スラリー調製工程)と、前記活物質スラリーを集電体の表面に塗布することにより、塗膜を形成する工程(塗布工程)と、前記塗膜を乾燥させる工程(乾燥工程)と、前記塗膜に含まれる前記発泡剤を分解させる工程(発泡剤分解工程)と、を有する、真性ポリマー電池用電極の製造方法である。本発明の第2の製造方法によれば、電極の活物質層の空隙率が容易に制御されうる。   This application provides the more preferable form of said manufacturing method. This more preferable embodiment is characterized in that a foaming agent is used as a means for improving the porosity of the active material layer. That is, the second aspect of the present invention is a step of preparing an active material slurry (active material slurry preparation step) by adding an active material, an ion conductive polymer, and a foaming agent to a solvent, and the active material. By applying substance slurry to the surface of the current collector, a step of forming a coating film (application step), a step of drying the coating layer (drying step), and decomposing the foaming agent contained in the coating layer And a step (decomposing step of foaming agent) for producing an intrinsic polymer battery electrode. According to the second manufacturing method of the present invention, the porosity of the active material layer of the electrode can be easily controlled.

以下、かような製造方法について詳細に説明するが、上記の製造方法と同様の工程については説明を省略し、本製造方法の特徴的な形態について詳細に説明する。   Hereinafter, such a manufacturing method will be described in detail, but the description of the same steps as the above manufacturing method will be omitted, and a characteristic form of the manufacturing method will be described in detail.

[活物質スラリー調製工程]
本製造方法の活物質スラリー調製工程では、溶媒に発泡剤をさらに添加する。この発泡剤は、後述する発泡剤分解工程で分解させて活物質層に空隙を形成する目的で配合される。
[Active material slurry preparation process]
In the active material slurry preparation step of this production method, a foaming agent is further added to the solvent. This foaming agent is blended for the purpose of decomposing in a foaming agent decomposing step described later to form voids in the active material layer.

「発泡剤」とは、集電体の表面に形成された塗膜中で分解し、ガスとして塗膜から排出されることで、塗膜に多数の気泡を形成しうる配合剤である。   The “foaming agent” is a compounding agent that can be decomposed in the coating film formed on the surface of the current collector and discharged as a gas from the coating film to form a large number of bubbles in the coating film.

発泡剤の具体的な形態は特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、熱処理により分解する発泡剤を用いると、後述の発泡剤分解工程における処理が簡便であるため好ましい。ただし、かような形態のみには制限されない。   The specific form of the foaming agent is not particularly limited, and conventionally known knowledge can be referred to as appropriate. For example, it is preferable to use a foaming agent that decomposes by heat treatment because the treatment in the foaming agent decomposition step described later is simple. However, it is not limited only to such a form.

発泡剤の具体例を挙げると、熱処理により分解しうる発泡剤としては、4,4’−オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)(分解温度:118℃)、N,N’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン(分解温度:125℃)が例示される。これらの発泡剤は1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。   Specific examples of the foaming agent include 4,4′-oxybis (benzenesulfonylhydrazide) (decomposition temperature: 118 ° C.), N, N′-dinitrosopentamethylenetetramine (decomposition) that can be decomposed by heat treatment. Temperature: 125 ° C.). Only 1 type of these foaming agents may be used independently, and 2 or more types may be used together.

活物質スラリー中への発泡剤の配合量は、特に制限されない。発泡剤の配合量は、形成される活物質層の所望の空隙率を考慮して、調整されうる。具体的には、発泡剤の添加量を多くすると、活物質層の空隙率が増加しうる。一方、発泡剤の添加量を少なくすると、活物質層の空隙率が減少しうる。   The blending amount of the foaming agent in the active material slurry is not particularly limited. The blending amount of the foaming agent can be adjusted in consideration of a desired porosity of the formed active material layer. Specifically, when the amount of the foaming agent added is increased, the porosity of the active material layer can be increased. On the other hand, when the addition amount of the foaming agent is reduced, the porosity of the active material layer can be reduced.

場合によっては、尿素などの発泡助剤を溶媒にさらに添加してもよい。かような発泡助剤を添加することにより、発泡剤の分解温度を低下させうる。また、発泡助剤の添加量を調整することで、発泡剤の分解温度を制御可能である。従って、発泡助剤の添加により、後述する発泡助剤分解工程の作業性の向上が図られる。   In some cases, a foaming aid such as urea may be further added to the solvent. By adding such a foaming aid, the decomposition temperature of the foaming agent can be lowered. Further, the decomposition temperature of the foaming agent can be controlled by adjusting the amount of foaming aid added. Therefore, by adding the foaming aid, the workability of the foaming aid decomposition step described later can be improved.

[発泡剤分解工程]
本工程においては、活物質スラリーからなる塗膜中の発泡剤を分解させる。発泡剤の分解により塗膜中に多数の気泡が形成される。これにより、活物質層の空隙率を確実に増加させうる。
[Foaming agent decomposition process]
In this step, the foaming agent in the coating film made of the active material slurry is decomposed. Many bubbles are formed in the coating film by the decomposition of the foaming agent. Thereby, the porosity of an active material layer can be increased reliably.

発泡剤を分解させるための手段は特に制限されず、用いた発泡剤の特性に応じて適宜選択されうる。例えば、熱により分解しうる発泡剤が塗膜に含まれる場合には、熱処理を施すことにより発泡剤を分解させればよい。   The means for decomposing the foaming agent is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the characteristics of the used foaming agent. For example, when the coating film contains a foaming agent that can be decomposed by heat, the foaming agent may be decomposed by heat treatment.

熱処理の際の処理温度は特に制限されず、用いた発泡剤の特性に応じて適宜設定されうる。ただし、塗膜がイオン伝導性ポリマーおよび熱重合開始剤を含む場合には、本工程の熱処理と熱重合のための熱処理とを一括して行うと、作業時間や製造コストなどの点で好ましい。用いられる熱重合開始剤の種類にもよるが、熱重合開始剤の作用温度は一般的に100〜130℃程度である。従って、この温度範囲で分解する発泡剤を採用すれば、発泡剤の分解とイオン伝導性ポリマーの重合とが、一度の熱処理により達成されうる。場合によっては、さらに塗膜の乾燥も同時に達成されうる。しかしながら、かような形態のみに制限されることはなく、乾燥工程における塗膜の乾燥を目的とした熱処理、イオン伝導性ポリマーの重合を目的とした熱処理、および発泡剤の分解を目的とした熱処理は、それぞれ別途の工程により行われてもよいし、任意の組み合わせにより同時に行われてもよい。   The treatment temperature during the heat treatment is not particularly limited and can be appropriately set according to the characteristics of the foaming agent used. However, when the coating film contains an ion conductive polymer and a thermal polymerization initiator, it is preferable in terms of working time, manufacturing cost, etc., to perform the heat treatment in this step and the heat treatment for thermal polymerization at once. Although depending on the type of thermal polymerization initiator used, the operating temperature of the thermal polymerization initiator is generally about 100 to 130 ° C. Therefore, if a foaming agent that decomposes in this temperature range is employed, the decomposition of the foaming agent and the polymerization of the ion conductive polymer can be achieved by a single heat treatment. In some cases, further drying of the coating can be achieved simultaneously. However, it is not limited only to such a form, heat treatment for the purpose of drying the coating film in the drying step, heat treatment for the purpose of polymerizing the ion conductive polymer, and heat treatment for the purpose of decomposing the foaming agent. May be performed in separate steps, or may be performed in any combination at the same time.

(第2実施形態)
第2実施形態では、上記の第1実施形態の真性ポリマー電池用電極を用いて、電池を構成する。
(Second Embodiment)
In 2nd Embodiment, a battery is comprised using the electrode for intrinsic polymer batteries of said 1st Embodiment.

すなわち、本発明の第3は、正極、固体高分子電解質層、および負極がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池を有する真性ポリマー電池であって、前記正極および前記負極の少なくとも一方が本発明の電極である、真性ポリマー電池である。本発明の電極は、真性ポリマー電池を構成する電極であれば、正極、負極、バイポーラ電極のいずれにも適用されうる。本発明の電極を、少なくとも1つの電極として含む真性ポリマー電池は、本発明の技術的範囲に属する。ただし、好ましくは、真性ポリマー電池を構成する電極の全てが本発明の電極である。かような構成を採用することにより、電池の耐久性を効果的に向上させうる。   That is, a third aspect of the present invention is an intrinsic polymer battery having at least one unit cell in which a positive electrode, a solid polymer electrolyte layer, and a negative electrode are laminated in this order, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is a main battery. It is an intrinsic polymer battery which is an electrode of the invention. The electrode of the present invention can be applied to any of a positive electrode, a negative electrode, and a bipolar electrode as long as it constitutes an intrinsic polymer battery. An intrinsic polymer battery including the electrode of the present invention as at least one electrode belongs to the technical scope of the present invention. However, preferably, all of the electrodes constituting the intrinsic polymer battery are the electrodes of the present invention. By adopting such a configuration, the durability of the battery can be effectively improved.

本発明の真性ポリマー電池は、バイポーラ型のリチウムイオン二次電池(以下、「バイポーラ電池」とも称する)でありうる。図2は、バイポーラ電池である、本発明の第3の真性ポリマー電池を示す断面図である。以下、図2に示すバイポーラ電池を例に挙げて詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はかような形態のみに制限されない。   The intrinsic polymer battery of the present invention may be a bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also referred to as “bipolar battery”). FIG. 2 is a cross-sectional view showing a third intrinsic polymer battery of the present invention, which is a bipolar battery. Hereinafter, the bipolar battery shown in FIG. 2 will be described in detail as an example, but the technical scope of the present invention is not limited to such a form.

図2に示す本実施形態のバイポーラ電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の電池要素21が、外装であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。   The bipolar battery 10 of this embodiment shown in FIG. 2 has a structure in which a substantially rectangular battery element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 29 that is an exterior.

図2に示すように、本実施形態のバイポーラ電池10の電池要素21は、集電体11の一方の面に正極活物質層13が形成され他方の面に負極活物質層15が形成された複数のバイポーラ電極を有する。各バイポーラ電極は、真性ポリマー電解質層17を介して積層されて電池要素21を形成する。この際、一のバイポーラ電極の正極活物質層13と前記一のバイポーラ電極に隣接する他のバイポーラ電極の負極活物質層15とが真性ポリマー電解質層17を介して向き合うように、各バイポーラ電極および真性ポリマー電解質層17が積層されている。   As shown in FIG. 2, the battery element 21 of the bipolar battery 10 of the present embodiment has a positive electrode active material layer 13 formed on one surface of a current collector 11 and a negative electrode active material layer 15 formed on the other surface. It has a plurality of bipolar electrodes. Each bipolar electrode is laminated via an intrinsic polymer electrolyte layer 17 to form a battery element 21. At this time, each bipolar electrode and the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode adjacent to the one bipolar electrode face each other through the intrinsic polymer electrolyte layer 17. An intrinsic polymer electrolyte layer 17 is laminated.

そして、隣接する正極活物質層13、真性ポリマー電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。従って、バイポーラ電池10は、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層19の外周には、隣接する集電体11間を絶縁するための絶縁層31が設けられている。なお、電池要素21の最外層に位置する集電体(最外層集電体)(11a、11b)には、片面のみに、正極活物質層13(正極側最外層集電体11a)または負極活物質層15(負極側最外層集電体11b)のいずれか一方が形成されている。   The adjacent positive electrode active material layer 13, intrinsic polymer electrolyte layer 17, and negative electrode active material layer 15 constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the bipolar battery 10 has a configuration in which the single battery layers 19 are stacked. In addition, an insulating layer 31 for insulating adjacent current collectors 11 is provided on the outer periphery of the unit cell layer 19. The current collector (outermost layer current collector) (11a, 11b) located in the outermost layer of the battery element 21 has a positive electrode active material layer 13 (positive electrode side outermost layer current collector 11a) or a negative electrode only on one side. One of the active material layers 15 (negative electrode side outermost layer current collector 11b) is formed.

さらに、図2に示すバイポーラ電池10では、正極側最外層集電体11aが延長されて正極タブ25とされ、外装であるラミネートシート29から導出している。一方、負極側最外層集電体11bが延長されて負極タブ27とされ、同様にラミネートシート29から導出している。   Further, in the bipolar battery 10 shown in FIG. 2, the positive electrode side outermost layer current collector 11a is extended to form a positive electrode tab 25, which is led out from a laminate sheet 29 which is an exterior. On the other hand, the negative electrode side outermost layer current collector 11 b is extended to form a negative electrode tab 27, which is similarly derived from the laminate sheet 29.

以下、本実施形態のバイポーラ電池10を構成する部材について簡単に説明する。ただし、電極を構成する成分については上記で説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。また、本発明の技術的範囲が下記の形態のみに制限されることはなく、従来公知の形態が同様に採用されうる。   Hereinafter, members constituting the bipolar battery 10 of the present embodiment will be briefly described. However, since the components constituting the electrode are as described above, the description thereof is omitted here. Further, the technical scope of the present invention is not limited to the following forms, and conventionally known forms can be similarly adopted.

[真性ポリマー電解質層]
真性ポリマー電解質層17を構成する電解質は、イオン伝導性ポリマー(マトリックスポリマー)から構成され、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。優れた機械的強度を発現させることが可能である点で、高分子電解質形成用の重合性ポリマーを熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合により架橋構造を形成することにより作製されるものが好適に用いられる。かかる高分子電解質により形成される真性ポリマー電解質層では、液漏れの虞がほとんどないため、電池の信頼性が向上し、かつ簡易な構成で出力特性に優れたバイポーラ電池10が形成される。
[Intrinsic polymer electrolyte layer]
The electrolyte constituting the intrinsic polymer electrolyte layer 17 is composed of an ion conductive polymer (matrix polymer), and the material is not limited as long as it exhibits ionic conductivity. Made by forming a cross-linked structure by polymerizing a polymerizable polymer for forming a polymer electrolyte by thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, or electron beam polymerization because it can exhibit excellent mechanical strength. Are preferably used. Intrinsic polymer electrolyte layer formed of such a polymer electrolyte has almost no risk of liquid leakage, so that the battery reliability is improved, and bipolar battery 10 having a simple configuration and excellent output characteristics is formed.

真性ポリマー電解質としては、特に限定されないが、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子には、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。また、これらの高分子は、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。上述したように、真性ポリマー電解質を構成するイオン伝導性ポリマーを正極活物質層13および負極活物質層15の双方にも含ませると、電極特性をより向上させるという観点から好ましい。なお、真性ポリマー電解質層17を構成するイオン伝導性ポリマーは、架橋性基間が化学結合により架橋されたものであってもよい。   The intrinsic polymer electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. In such polyalkylene oxide polymers, electrolyte salts such as lithium salts can be well dissolved. In addition, these polymers can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. As described above, it is preferable that the ion conductive polymer constituting the intrinsic polymer electrolyte is included in both the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 from the viewpoint of further improving the electrode characteristics. The ion conductive polymer constituting the intrinsic polymer electrolyte layer 17 may be one in which crosslinkable groups are crosslinked by chemical bonds.

真性ポリマー電解質層17においてイオン伝導性ポリマーに溶解させる支持塩(リチウム塩)としては、Li(CSON)、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。 The supporting salt (lithium salt) dissolved in the ion conductive polymer in the intrinsic polymer electrolyte layer 17 is Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N), LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO. 3 etc. are mentioned.

[絶縁層]
バイポーラ電池10においては、通常、各単電池層19の周囲に絶縁層31が設けられる。この絶縁層31は、電池内で隣り合う集電体11同士が接触したり、電池要素21における単電池層19の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起きたりするのを防止する目的で設けられる。かような絶縁層31の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質のバイポーラ電池10が提供されうる。
[Insulation layer]
In the bipolar battery 10, an insulating layer 31 is usually provided around each unit cell layer 19. The insulating layer 31 is provided for the purpose of preventing the adjacent current collectors 11 in the battery from contacting each other and short-circuiting due to a slight unevenness at the end of the battery cell layer 19 in the battery element 21. It is done. The installation of such an insulating layer 31 ensures long-term reliability and safety, and can provide a high-quality bipolar battery 10.

絶縁層31としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよく、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点から、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂が好ましい。   The insulating layer 31 only needs to have insulating properties, sealing properties against falling off of the solid electrolyte, sealing properties against moisture permeation from the outside (sealing properties), heat resistance under battery operating temperature, etc. Urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber and the like can be used. Of these, urethane resins and epoxy resins are preferred from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming properties), economy, and the like.

[タブ]
バイポーラ電池10においては、電池外部に電流を取出す目的で、最外層集電体(11a、11b)に電気的に接続されたタブ(正極タブ25および負極タブ27)が外装の外部に取り出される。具体的には、正極用最外層集電体11aに電気的に接続された正極タブ25と、負極用最外層集電体11bに電気的に接続された負極タブ27とが、外装の外部に取り出される。
[tab]
In the bipolar battery 10, tabs (positive electrode tab 25 and negative electrode tab 27) electrically connected to the outermost layer current collector (11 a, 11 b) are taken out of the exterior for the purpose of taking out current outside the battery. Specifically, a positive electrode tab 25 electrically connected to the positive electrode outermost layer current collector 11a and a negative electrode tab 27 electrically connected to the negative electrode outermost layer current collector 11b are provided outside the exterior. It is taken out.

タブ(正極タブ25および負極タブ27)の材質は、特に制限されず、バイポーラ電池用のタブとして従来用いられている公知の材質が用いられうる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等が例示される。なお、正極端子25と負極端子27とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。なお、本実施形態のように、最外層集電体(11a、11b)を延長することによりタブ(25、27)としてもよいし、別途準備したタブを最外層集電体に接続してもよい。   The material of the tabs (the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27) is not particularly limited, and a known material conventionally used as a tab for a bipolar battery can be used. Examples thereof include aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof. The positive electrode terminal 25 and the negative electrode terminal 27 may be made of the same material or different materials. As in the present embodiment, the outermost layer current collectors (11a, 11b) may be extended to form tabs (25, 27), or a separately prepared tab may be connected to the outermost layer current collector. Good.

[外装]
バイポーラ電池10においては、使用時の外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、電池要素21は、好ましくはラミネートシート29などの外装内に収容される。外装としては特に制限されず、従来公知の外装が用いられうる。自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を迅速に電池動作温度まで加熱しうる点で、好ましくは、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートシート等が用いられうる。
[Exterior]
In the bipolar battery 10, the battery element 21 is preferably housed in an exterior such as a laminate sheet 29 in order to prevent external impact and environmental degradation during use. The exterior is not particularly limited, and a conventionally known exterior can be used. A polymer-metal composite laminate sheet or the like excellent in thermal conductivity can be preferably used in that heat can be efficiently transferred from a heat source of an automobile and the inside of the battery can be rapidly heated to the battery operating temperature.

(第3実施形態)
第3実施形態では、上記の第2実施形態のバイポーラ電池を複数個、並列および/または直列に接続して、組電池を構成する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, a plurality of the bipolar batteries of the second embodiment are connected in parallel and / or in series to constitute an assembled battery.

図3は、本実施形態の組電池を示す斜視図である。   FIG. 3 is a perspective view showing the assembled battery of the present embodiment.

図3に示すように、組電池40は、上記の第2実施形態に記載のバイポーラ電池が複数個接続されることにより構成される。各バイポーラ電池10の正極タブ25および負極タブ27がバスバーを用いて接続されることにより、各バイポーラ電池10が接続されている。組電池40の一の側面には、組電池40全体の電極として、電極ターミナル(42、43)が設けられている。   As shown in FIG. 3, the assembled battery 40 is configured by connecting a plurality of bipolar batteries described in the second embodiment. Each bipolar battery 10 is connected by connecting the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27 of each bipolar battery 10 using a bus bar. On one side surface of the assembled battery 40, electrode terminals (42, 43) are provided as electrodes of the entire assembled battery 40.

組電池40を構成する複数個のバイポーラ電池10を接続する際の接続方法は特に制限されず、従来公知の手法が適宜採用されうる。例えば、超音波溶接、スポット溶接などの溶接を用いる手法や、リベット、カシメなどを用いて固定する手法が採用されうる。かような接続方法によれば、組電池40の長期信頼性が向上しうる。   The connection method when connecting the plurality of bipolar batteries 10 constituting the assembled battery 40 is not particularly limited, and a conventionally known method can be appropriately employed. For example, a technique using welding such as ultrasonic welding or spot welding, or a technique of fixing using rivets, caulking, or the like can be employed. According to such a connection method, the long-term reliability of the assembled battery 40 can be improved.

本実施形態の組電池40によれば、組電池40を構成する個々のバイポーラ電池10が耐久性に優れることから、耐久性に優れる組電池が提供されうる。   According to the assembled battery 40 of this embodiment, since each bipolar battery 10 which comprises the assembled battery 40 is excellent in durability, the assembled battery excellent in durability can be provided.

なお、組電池40を構成するバイポーラ電池10の接続は、複数個全て並列に接続してもよく、また、複数個全て直列に接続してもよく、さらに、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。   The connection of the bipolar batteries 10 constituting the assembled battery 40 may be all connected in parallel, all may be connected in series, or a combination of series connection and parallel connection may be used. Also good.

(第4実施形態)
第4実施形態では、上記の第2実施形態のバイポーラ電池10、または第3実施形態の組電池40をモータ駆動用電源として搭載して、車両を構成する。バイポーラ電池10または組電池40をモータ用電源として用いる車両としては、例えば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などの、車輪をモータによって駆動する自動車が挙げられる。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, the bipolar battery 10 of the second embodiment or the assembled battery 40 of the third embodiment is mounted as a motor driving power source to constitute a vehicle. As a vehicle using the bipolar battery 10 or the assembled battery 40 as a motor power source, for example, a complete electric vehicle that does not use gasoline, a hybrid vehicle such as a series hybrid vehicle or a parallel hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle, etc., wheels are driven by a motor. A driving car can be mentioned.

参考までに、図4に、組電池40を搭載する自動車50の概略図を示す。自動車50に搭載される組電池40は、上記で説明したような特性を有する。このため、組電池40を搭載する自動車50は耐久性に優れ、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. 4 shows a schematic diagram of an automobile 50 on which the assembled battery 40 is mounted. The assembled battery 40 mounted on the automobile 50 has the characteristics as described above. For this reason, the automobile 50 equipped with the assembled battery 40 is excellent in durability, and can provide a sufficient output even after being used for a long period of time.

以上のように、本発明の幾つかの好適な実施形態について示したが、本発明は、以上の実施形態に限られるものではなく、当業者によって種々の変更、省略、および追加が可能である。   As described above, some preferred embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications, omissions, and additions can be made by those skilled in the art. .

本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。   The effects of the present invention will be described using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.

実施例1
<負極の作製>
負極活物質である黒鉛(平均粒子径:20μm)(100質量部)、真性ポリマー電解質原料であるポリエチレンオキシド(PEO)(800質量部)、支持塩(リチウム塩)であるLiN(SO(LiBETI)(400質量部)、バインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(200質量部)、気相成長炭素繊維(VGCF)(繊維径:150nm)(200質量部)、熱重合開始剤である2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)(4質量部)、およびスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)(2000質量部)を混合し、充分に撹拌して、負極活物質スラリーを調製した。
Example 1
<Production of negative electrode>
Graphite (average particle size: 20 μm) (100 parts by mass) as a negative electrode active material, polyethylene oxide (PEO) (800 parts by mass) as an intrinsic polymer electrolyte raw material, LiN (SO 2 C 2 ) as a supporting salt (lithium salt) F 5 ) 2 (LiBETI) (400 parts by mass), polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder (200 parts by mass), vapor grown carbon fiber (VGCF) (fiber diameter: 150 nm) (200 parts by mass), thermal polymerization 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN) (4 parts by mass) as an initiator and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) (2000 parts by mass) as a slurry viscosity adjusting solvent are mixed, The slurry was sufficiently stirred to prepare a negative electrode active material slurry.

上記で調製した負極活物質スラリーを、負極集電体としてのニッケル箔(厚さ:20μm)上にコーターにより塗布し、乾燥させた後、120℃にて5時間真空重合させて、負極を作製した。次いで、得られた負極をポンチを用いて16mmφに打ち抜き、試験用負極とした。なお、得られた試験用負極の活物質層の空隙率を測定したところ、75%であった。   The negative electrode active material slurry prepared above was applied onto a nickel foil (thickness: 20 μm) as a negative electrode current collector by a coater, dried, and then vacuum polymerized at 120 ° C. for 5 hours to produce a negative electrode. did. Next, the obtained negative electrode was punched out to 16 mmφ using a punch to obtain a test negative electrode. In addition, it was 75% when the porosity of the active material layer of the obtained negative electrode for a test was measured.

<試験用セルの作製>
上記で作製した試験用負極の対極として、リチウム金属箔(厚さ:500μm、16mmφ)を準備した。
<Production of test cell>
A lithium metal foil (thickness: 500 μm, 16 mmφ) was prepared as a counter electrode for the test negative electrode prepared above.

さらに、真性ポリマー電解質原料(PEO)(100質量部)、支持塩(LiBETI)(50質量部)、および光重合開始剤であるベンジルジメチルケタール(BDK)(0.5質量部)を、溶媒であるNMP(100質量部)に添加し混合して、前駆体溶液を調製した。この前駆体溶液を適当な基材上に塗布し、乾燥させ、紫外光を照射することにより光重合させ、前記基材から剥離させて、真性ポリマー電解質層(厚さ:100μm)を作製した。次いで、得られた電解質層をポンチを用いて18mmφに打ち抜き、電解質層とした。   Furthermore, the intrinsic polymer electrolyte raw material (PEO) (100 parts by mass), the supporting salt (LiBETI) (50 parts by mass), and the photopolymerization initiator benzyldimethyl ketal (BDK) (0.5 parts by mass) A precursor solution was prepared by adding to and mixing with some NMP (100 parts by mass). This precursor solution was applied onto a suitable substrate, dried, photopolymerized by irradiation with ultraviolet light, and peeled from the substrate to produce an intrinsic polymer electrolyte layer (thickness: 100 μm). Next, the obtained electrolyte layer was punched out to 18 mmφ using a punch to obtain an electrolyte layer.

上記で得られた試験用負極、電解質層、および対極をこの順に積層し、試験用負極および対極にそれぞれ電流取出し用端子を接続した。次いで、電流取出し用端子が外部に露出するように電池要素をアルミニウム製のラミネートフィルム中に入れ、真空に封止して、試験用セルを作製した。   The test negative electrode, the electrolyte layer, and the counter electrode obtained above were laminated in this order, and a current extraction terminal was connected to each of the test negative electrode and the counter electrode. Next, the battery element was placed in an aluminum laminate film so that the current extraction terminals were exposed to the outside, and sealed in a vacuum to prepare a test cell.

<実施例2>
負極活物質スラリー中の各成分の配合量を下記の表1に示す値としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。なお、得られた試験用負極の活物質層の空隙率を測定したところ、70%であった。
<Example 2>
A test cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of each component in the negative electrode active material slurry was changed to the value shown in Table 1 below. In addition, it was 70% when the porosity of the active material layer of the obtained negative electrode for a test was measured.

<実施例3>
負極活物質スラリー中の各成分の配合量を下記の表1に示す値としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。なお、得られた試験用負極の活物質層の空隙率を測定したところ、65%であった。
<Example 3>
A test cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of each component in the negative electrode active material slurry was changed to the value shown in Table 1 below. In addition, it was 65% when the porosity of the active material layer of the obtained negative electrode for a test was measured.

<実施例4>
負極活物質スラリー中の各成分の配合量を下記の表1に示す値としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。なお、得られた試験用負極の活物質層の空隙率を測定したところ、60%であった。
<Example 4>
A test cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of each component in the negative electrode active material slurry was changed to the value shown in Table 1 below. In addition, it was 60% when the porosity of the active material layer of the obtained negative electrode for a test was measured.

<比較例1>
負極活物質スラリー中の各成分の配合量を下記の表1に示す値としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。なお、得られた試験用負極の活物質層の空隙率を測定したところ、50%であった。
<Comparative Example 1>
A test cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of each component in the negative electrode active material slurry was changed to the value shown in Table 1 below. In addition, it was 50% when the porosity of the active material layer of the obtained negative electrode for a test was measured.

<比較例2>
負極活物質スラリー中の各成分の配合量を下記の表1に示す値としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。なお、得られた試験用負極の活物質層の空隙率を測定したところ、40%であった。
<Comparative example 2>
A test cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of each component in the negative electrode active material slurry was changed to the value shown in Table 1 below. In addition, when the porosity of the active material layer of the obtained test negative electrode was measured, it was 40%.

Figure 2006210089
Figure 2006210089

<試験用セルの電池特性の評価>
上記の各実施例および各比較例で作製した試験用セルを用いて、以下の手法により、初回放電時の放電容量、充放電サイクル30回経過後の放電容量を測定した。
<Evaluation of battery characteristics of test cell>
Using the test cells prepared in each of the above Examples and Comparative Examples, the discharge capacity at the first discharge and the discharge capacity after 30 charging / discharging cycles were measured by the following methods.

本実施例の充放電試験では、0.1Cの定電流で0.005V(vs.Li/Li)の電圧まで充電し、トータル充電時間が15hとなるように、その電圧に維持する。10分休止後、0.1Cの定電流で3.0V(vs.Li/Li)の電圧まで放電し、10分休止するという一連の操作を1サイクルとした。なお、「1C」とは、その電流値で1時間充電すると、ちょうどその電池が満充電(100%充電)状態になる電流値をいう。例えば、2Cは1Cの2倍の電流値であり、30分で電池を満充電状態とすることができる。 In the charge / discharge test of this example, the battery is charged to a voltage of 0.005 V (vs. Li / Li + ) with a constant current of 0.1 C, and is maintained at that voltage so that the total charge time is 15 h. A series of operations of discharging to a voltage of 3.0 V (vs. Li / Li + ) at a constant current of 0.1 C and resting for 10 minutes after a pause of 10 minutes was taken as one cycle. Note that “1C” refers to a current value at which the battery is fully charged (100% charged) when charged at that current value for 1 hour. For example, 2C is twice the current value of 1C, and the battery can be fully charged in 30 minutes.

まず、初回放電時の放電容量を測定した。その結果を下記の表2に示す。   First, the discharge capacity at the first discharge was measured. The results are shown in Table 2 below.

次いで、ラミネートフィルムに穴を開けて初回充放電時に発生したガスをセルの外部へ逃がし、その後、再度真空に封止した。   Next, a hole was made in the laminate film, and the gas generated at the first charge / discharge was released to the outside of the cell, and then sealed again in vacuum.

続いて、上記の充放電サイクルをさらに29回繰り返し、30回目の放電時の放電容量を測定した。その結果を下記の表2に示す。   Subsequently, the above charge / discharge cycle was further repeated 29 times, and the discharge capacity at the 30th discharge was measured. The results are shown in Table 2 below.

Figure 2006210089
Figure 2006210089

<電極活物質層の空隙率の増大によって生じる効果>
各実施例と比較例との比較から、電極の活物質層の空隙率を増大させることにより、具体的には60%以上とすることにより、初回充放電時に電池要素中において発生したガスが外部に抜けやすくなり、充放電サイクル経過後の電池の容量が高い値に維持されることがわかる。
<Effect caused by increase in porosity of electrode active material layer>
From the comparison between each example and the comparative example, by increasing the porosity of the active material layer of the electrode, specifically by setting it to 60% or more, the gas generated in the battery element at the first charge / discharge is external It can be seen that the battery capacity after charging / discharging cycle is maintained at a high value.

従って、本発明の電極は、電池の耐久性の向上に有効に寄与しうる。   Therefore, the electrode of the present invention can effectively contribute to the improvement of battery durability.

本発明の真性ポリマー電池用電極の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the electrode for intrinsic polymer batteries of this invention. 第2実施形態の真性ポリマー電池の好ましい一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one preferable embodiment of the intrinsic polymer battery of 2nd Embodiment. 第3実施形態の組電池を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the assembled battery of 3rd Embodiment. 第3実施形態の組電池を搭載する第4実施形態の自動車の概略図である。It is the schematic of the motor vehicle of 4th Embodiment carrying the assembled battery of 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 バイポーラ電極、
10 バイポーラ電池、
11 集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 固体電解質層、
19 単電池層、
21 電池要素、
25 正極タブ、
27 負極タブ、
29 ラミネートシート、
31 絶縁層、
40 組電池、
50 自動車。
1 Bipolar electrode,
10 Bipolar battery,
11 Current collector,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 solid electrolyte layer,
19 cell layer,
21 battery elements,
25 positive electrode tab,
27 negative electrode tab,
29 Laminate sheet,
31 insulating layer,
40 battery packs,
50 cars.

Claims (9)

集電体と、前記集電体の表面に形成された、活物質を含む活物質層と、を有する真性ポリマー電池用電極であって、
前記活物質層の空隙率が60%以上であることを特徴とする、真性ポリマー電池用電極。
An intrinsic polymer battery electrode comprising a current collector and an active material layer containing an active material formed on a surface of the current collector,
An intrinsic polymer battery electrode, wherein the active material layer has a porosity of 60% or more.
前記活物質層が、繊維径が500nm以下の炭素繊維をさらに含む、請求項1に記載の真性ポリマー電池用電極。   The intrinsic polymer battery electrode according to claim 1, wherein the active material layer further includes carbon fibers having a fiber diameter of 500 nm or less. 前記活物質層において、前記活物質の含有量に対する前記炭素繊維の含有量の比が0.2以上である、請求項2に記載の真性ポリマー電池用電極。   The intrinsic polymer battery electrode according to claim 2, wherein in the active material layer, a ratio of the content of the carbon fiber to the content of the active material is 0.2 or more. 正極、固体高分子電解質層、および負極がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池を有する真性ポリマー電池であって、
前記正極および前記負極の少なくとも一方が請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極である、真性ポリマー電池。
An intrinsic polymer battery having at least one unit cell in which a positive electrode, a solid polymer electrolyte layer, and a negative electrode are laminated in this order,
An intrinsic polymer battery, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode according to claim 1.
バイポーラ型リチウムイオン二次電池である、請求項4に記載の真性ポリマー電池。   The intrinsic polymer battery according to claim 4, which is a bipolar lithium ion secondary battery. 請求項4または5に記載の真性ポリマー電池を用いた組電池。   An assembled battery using the intrinsic polymer battery according to claim 4 or 5. 請求項4または5に記載の真性ポリマー電池、または請求項6に記載の組電池の少なくとも一方を搭載する車両。   A vehicle equipped with at least one of the intrinsic polymer battery according to claim 4 or 5 or the assembled battery according to claim 6. 溶媒に、活物質と、イオン伝導性ポリマーと、発泡剤と、を添加することにより、活物質スラリーを調製する工程と、
前記活物質スラリーを集電体の表面に塗布することにより、塗膜を形成する工程と、
前記塗膜を乾燥させる工程と、
前記塗膜に含まれる前記発泡剤を分解させる工程と、
を有する、真性ポリマー電池用電極の製造方法。
A step of preparing an active material slurry by adding an active material, an ion conductive polymer, and a foaming agent to a solvent;
A step of forming a coating film by applying the active material slurry to the surface of the current collector;
Drying the coating film;
Decomposing the foaming agent contained in the coating film;
The manufacturing method of the electrode for intrinsic polymer batteries which has these.
前記発泡剤を分解させる工程における加熱温度が100〜130℃である、請求項8に記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 8 whose heating temperature in the process of decomposing | disassembling the said foaming agent is 100-130 degreeC.
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