JP2007173212A - Outer packaging material for electrochemical device and electrochemical device using this - Google Patents

Outer packaging material for electrochemical device and electrochemical device using this Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an outer packaging material capable of enhancing durability of an electrochemical device. <P>SOLUTION: The outer packaging material 160 for the electrochemical device containing as a battery element at least an electrolyte layer interposed between a positive active material and a negtive active material, comprises a ceramic part 161 containing ceramic and a resin film 163 or metal foil 165. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気化学デバイス用の外装材に関し、より詳細には電気化学デバイス用の外装材を構成する材料に関する。   The present invention relates to an exterior material for an electrochemical device, and more particularly to a material constituting the exterior material for an electrochemical device.

現在電気化学デバイスとして、マンガン乾電池、アルカリマンガン乾電池、ニッケル系一次電池、オキシライド乾電池、酸化銀電池、水銀電池、空気亜鉛電池、リチウム電池、もしくは海水電池などの一次電池、鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池、もしくはナトリウム−硫黄電池などの二次電池、またはリン酸形燃料電池、固体高分子形燃料電池、溶融炭酸形燃料電池、もしくは固体酸化物形燃料電池などの燃料電池、電気二重層キャパシタや色素増感型太陽電池等が知られている。   Currently, electrochemical devices include manganese batteries, alkaline manganese batteries, nickel-based primary batteries, oxyride batteries, silver oxide batteries, mercury batteries, air zinc batteries, lithium batteries, seawater batteries, and other primary batteries, lead storage batteries, lithium ion secondary batteries Secondary batteries such as batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-cadmium batteries, or sodium-sulfur batteries, or phosphoric acid fuel cells, polymer electrolyte fuel cells, molten carbonate fuel cells, or solid oxide fuel cells Such fuel cells, electric double layer capacitors, dye-sensitized solar cells and the like are known.

電気化学デバイスは、正極活物質層、電解質層および負極活物質層がこの順序で並んだ単電池層を含み、単電池層における化学反応により電流を発生させる。前記単電池層または電気化学デバイスの構造上必要に応じてさらに集電体などを加えたものは電池要素と呼ばれる。電池要素を保護する目的や、電気化学デバイスの取り扱い性を向上させる目的や、電池要素として液体を用いた場合の液漏れを防ぐ目的などから、電池要素を外装材に封入したものが流通している。例えば、特許文献1では樹脂膜と金属箔とからなるラミネートシートからなる外装材を用いた電気化学デバイスが開示されている。
特開2001−52748号公報
The electrochemical device includes a single cell layer in which a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode active material layer are arranged in this order, and generates a current by a chemical reaction in the single cell layer. What added the collector further as needed on the structure of the said single cell layer or an electrochemical device is called a battery element. For the purpose of protecting battery elements, improving the handleability of electrochemical devices, and preventing liquid leakage when liquids are used as battery elements, battery elements enclosed in exterior materials are in circulation. Yes. For example, Patent Document 1 discloses an electrochemical device using an exterior material made of a laminate sheet made of a resin film and a metal foil.
JP 2001-52748 A

特許文献1に示されるように、従来、電気化学デバイスの外装として樹脂膜と金属箔とからなるラミネートシートが用いられてきた。しかしながら、何らかの原因により金属箔と電池の構成要素とを隔てていた樹脂膜が破損した場合に短絡が生じることがあった。また、短絡の原因となる金属箔を用いずに樹脂膜のみで外装材を形成した場合、ガス透過量または水分透過量が増加してしまい、電池要素を劣化させるおそれがあった。このため、電気化学デバイスの耐久性を向上させる上で、外装材の改善が求められていた。また特に動力源用などに直列電池を内包した高電圧電池を用いる場合にはその必要性が高かった。   As shown in Patent Document 1, conventionally, a laminate sheet made of a resin film and a metal foil has been used as an exterior of an electrochemical device. However, a short circuit may occur when the resin film that separates the metal foil from the battery components is damaged for some reason. Further, when the exterior material is formed only by the resin film without using the metal foil that causes a short circuit, the gas permeation amount or the water permeation amount is increased, which may deteriorate the battery element. For this reason, in order to improve the durability of an electrochemical device, improvement of the exterior material has been demanded. In particular, when a high voltage battery including a series battery is used for a power source, the necessity is high.

そこで、本発明は電気化学デバイスの耐久性を向上させうる外装材を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the exterior | packing material which can improve the durability of an electrochemical device.

本発明者等は、今まで電気化学デバイス用の外装材として注目されてこなかったセラミックに、絶縁性、ガスバリア性、または非透水性といった優れた性質があることに着目し、セラミックと樹脂膜または金属箔とを併用することにより、上記課題を解決できることを見いだした。   The present inventors have focused on the fact that ceramics that have not been noticed as exterior materials for electrochemical devices until now have excellent properties such as insulating properties, gas barrier properties, or water permeability, and ceramic and resin films or It has been found that the above problem can be solved by using a metal foil in combination.

すなわち本発明は、正極活物質層および負極活物質層に挟持された電解質層を少なくとも電池要素として含む電気化学デバイス用の外装材であって、セラミックを含有するセラミック部と、樹脂膜または金属箔とからなることを特徴とする、外装材により上記課題を解決する。   That is, the present invention is an exterior material for an electrochemical device that includes, as a battery element, at least an electrolyte layer sandwiched between a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer, and includes a ceramic part containing ceramic, a resin film, or a metal foil The above-mentioned problem is solved by an exterior material characterized by comprising:

本発明により、電気化学デバイスの耐久性を向上させうる外装材を提供することができる。   According to the present invention, an exterior material capable of improving the durability of an electrochemical device can be provided.

本発明の第一は、正極活物質層および負極活物質層に挟持された電解質層を少なくとも電池要素として含む電気化学デバイス用の外装材であって、セラミックを含有するセラミック部と、樹脂膜または金属箔とからなることを特徴とする、外装材である。   A first aspect of the present invention is an exterior material for an electrochemical device including at least a battery element as an electrolyte layer sandwiched between a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer, the ceramic part containing ceramic, a resin film or An exterior material comprising a metal foil.

以下に本発明の外装材の構成要素、各構成要素の配置形態、および製造方法について詳細を記載する。   Details of the components of the exterior material of the present invention, the arrangement of each component, and the manufacturing method will be described below.

[セラミック部]
本発明でいうセラミック部とは、セラミックと他の物質とからなるもの、およびセラミックからなるものの双方を指す。セラミックは今まで電気化学デバイスの外装材として注目されてこなかった材料であるが、絶縁性、ガスバリア性、または非透水性に優れるため、電気化学デバイスの外装材にセラミックを含むことにより電気化学デバイスの耐久性を向上させることができる。
[Ceramic part]
The ceramic portion referred to in the present invention refers to both ceramics and other materials, and ceramics. Ceramic is a material that has not been attracting attention as a packaging material for electrochemical devices until now, but because it is excellent in insulation, gas barrier properties, and water-impermeable properties, it is possible to include a ceramic in the packaging material of electrochemical devices. The durability of can be improved.

セラミック部に用いられるセラミックとしては特に限定されず、酸化物セラミック、または非酸化物セラミックのいずれも好ましく用いることができるが、より好ましくは酸化物セラミックである。酸化物セラミックは、絶縁性、耐熱性、または耐食性に優れる。   The ceramic used in the ceramic part is not particularly limited, and either an oxide ceramic or a non-oxide ceramic can be preferably used, but an oxide ceramic is more preferable. An oxide ceramic is excellent in insulation, heat resistance, or corrosion resistance.

酸化物セラミックとしては、特に限定されないが、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、ベリリウム、トリウム、ウラン、およびチタンからなる群から選択される1種以上を含む酸化物が好ましく、より好ましくはケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、マグネシウム、カルシウム、およびスカンジウムからなる群より選択される1種以上の元素を含む酸化物セラミックである。   The oxide ceramic is not particularly limited, but an oxide containing at least one selected from the group consisting of silicon, aluminum, zirconium, yttrium, magnesium, calcium, scandium, beryllium, thorium, uranium, and titanium is preferable. More preferably, it is an oxide ceramic containing one or more elements selected from the group consisting of silicon, aluminum, zirconium, yttrium, magnesium, calcium, and scandium.

ケイ素を含むセラミックとしてはシリカゲルまたはシリカアルミナゲルが挙げられ、アルミニウムを含むセラミックとしてはアルミナが挙げられ、ジルコニウムを含むセラミックとしてはジルコニアが挙げられ、イットリウムを含むセラミックとしてはイットリアが挙げられ、マグネシウムを含むセラミックとしてはマグネシアが挙げられ、カルシウムを含むセラミックとしてはカルシアが挙げられ、スカンジウムを含むセラミックとしてはスカンジアが挙げられ、ベリリウムを含むセラミックとしてはベリリアが挙げられ、トリウムを含むセラミックとしてはトリアが挙げられ、ウランを含むセラミックとしてはウラニアが挙げられ、チタンを含むセラミックとしてはチタニア、チタン酸バリウム、またはチタン酸ストロンチウムが挙げられる。これらの中では特にシリカゲル、またはシリカアルミナゲルが好ましい。シリカゲル、またはシリカアルミナゲルは吸湿性を備え、潮解し難いまたはしなという利点を有する。   Silica-containing ceramics include silica gel or silica-alumina gel, aluminum-containing ceramics include alumina, zirconium-containing ceramics include zirconia, yttrium-containing ceramics include yttria, and magnesium. Examples of the ceramic containing magnesium include magnesia, the ceramic containing calcium includes calcia, the ceramic containing scandium includes scandia, the ceramic containing beryllium includes beryllia, and the ceramic containing thorium includes tria. Examples of the ceramic containing uranium include urania, and examples of the ceramic containing titanium include titania, barium titanate, or strontium titanate. That. Among these, silica gel or silica alumina gel is particularly preferable. Silica gel or silica alumina gel is hygroscopic and has the advantage that it is difficult to deliquesce or not.

非酸化物セラミックとしては特に限定されないが、窒化ケイ素、炭化ケイ素、または窒化ホウ素が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a non-oxide ceramic, Silicon nitride, silicon carbide, or boron nitride is mentioned.

セラミックと他の物質とからなるセラミック部としては、複数の粒子状のセラミックと、前記粒子状のセラミック同士を連結するためのバインダとを含むセラミック部、または複数の膜状のセラミックと、前記膜状のセラミック同士を接着するためのバインダとを含むセラミック部が挙げられる。   As the ceramic part composed of ceramic and other substances, a ceramic part including a plurality of particulate ceramics and a binder for connecting the particulate ceramics, or a plurality of film-like ceramics, and the film And a ceramic part including a binder for bonding the ceramics together.

粒子状のセラミックを用いる場合、その形状は特に限定されず、球状、板状、針状、柱状、または不定形状などが挙げられる。   When the particulate ceramic is used, the shape is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a plate shape, a needle shape, a column shape, and an indefinite shape.

粒子状のセラミックの平均粒子径についても特に限定されないが、0.1〜100μmが好ましく、より好ましくは1〜20μmである。平均粒子径が前記範囲内にあると、絶縁性およびバインダ中への分散性に優れる。球状以外の形状の粒子を用いた場合には、粒子の絶対最大長を当該粒子の粒子径とする。ここで、「絶対最大長」とは、粒子の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離をいう。絶対最大長は顕微鏡観察により確認することができる。   Although it does not specifically limit about the average particle diameter of a particulate ceramic, 0.1-100 micrometers is preferable, More preferably, it is 1-20 micrometers. When the average particle diameter is within the above range, the insulating properties and the dispersibility in the binder are excellent. When particles having a shape other than a spherical shape are used, the absolute maximum length of the particles is defined as the particle diameter of the particles. Here, the “absolute maximum length” refers to the maximum distance among the distances between any two points on the particle outline. The absolute maximum length can be confirmed by microscopic observation.

粒子状のセラミックにバインダを併用することで、外装材に振動が加えられた場合や、機械的負荷が加えられた場合に、クラックが発生することを抑制することができる。   By using a binder in combination with the particulate ceramic, it is possible to suppress the occurrence of cracks when vibration is applied to the exterior material or when a mechanical load is applied.

バインダとしては、樹脂が好ましく、具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等のポリオレフィン;ポリイミド;およびポリアミドイミドからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、より好ましくはポリエチレンまたはポリプロピレンである。これらは、絶縁性を有するため好ましい。   The binder is preferably a resin, specifically, at least one selected from the group consisting of polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polybutylene, polyvinyl chloride, and polyvinyl acetate; polyimide; and polyamideimide is more preferable. Polyethylene or polypropylene. These are preferable because they have insulating properties.

粒子状のセラミックとバインダとを併用する場合、粒子状のセラミックとバインダとの総量に対する粒子状のセラミックの割合が1〜70体積%であることが好ましく、より好ましくは2〜60体積%である。セラミックの割合が1体積%以上であると、絶縁性に優れ、70体積%以下であるとセラミック部に空隙が発生することを抑制できるため好ましい。空隙の発生が抑制されることにより、例えば、金属箔の露出、液状の電解質を用いた際の漏液、水の浸入、または外気の侵入などを抑制することができる。   When the particulate ceramic and the binder are used in combination, the ratio of the particulate ceramic to the total amount of the particulate ceramic and the binder is preferably 1 to 70% by volume, more preferably 2 to 60% by volume. . When the ratio of the ceramic is 1% by volume or more, the insulating property is excellent, and when the ratio is 70% by volume or less, the generation of voids in the ceramic part can be suppressed. By suppressing the generation of voids, for example, exposure of the metal foil, leakage when using a liquid electrolyte, intrusion of water, or intrusion of outside air can be suppressed.

膜状のセラミックを用いる場合、その形状は特に限定されない。また、異なる材質のセラミックからなる膜を用いてもよい。膜状のセラミック同士を接着するバインダとしては、上述の粒子状のセラミックの項で挙げたものを好ましく用いることができる。粒子状のセラミックと膜状のセラミックとは併用してもよい。   When using a film-like ceramic, the shape is not particularly limited. Also, a film made of ceramics of different materials may be used. As the binder for adhering the film-shaped ceramics, those mentioned in the above-mentioned particulate ceramic can be preferably used. You may use together a particulate ceramic and a film-form ceramic.

セラミックからなるセラミック部としては、膜状のセラミックからなるものが好ましい。また、異なる材質のセラミックからなる膜を2枚以上用いてもよいし、異なる方法により形成されたセラミックからなる膜を2枚以上用いてもよい。形成方法の異なるセラミックからなる膜を2枚以上用いると、絶縁破壊の抑制効果が向上する。   As a ceramic part which consists of ceramics, what consists of a film-form ceramic is preferable. Further, two or more films made of ceramics of different materials may be used, or two or more films made of ceramics formed by different methods may be used. When two or more films made of ceramics having different formation methods are used, the effect of suppressing dielectric breakdown is improved.

セラミック部の厚さは特に限定されないが、セラミック部の絶縁破壊電圧をB[V/μm]とし、電気化学デバイスの電池電圧をE[V]とした場合に、セラミック部の厚さt[μm]が下記数式1を満足することが好ましい。   The thickness of the ceramic portion is not particularly limited, but when the dielectric breakdown voltage of the ceramic portion is B [V / μm] and the battery voltage of the electrochemical device is E [V], the thickness t of the ceramic portion t [μm It is preferable that the following formula 1 is satisfied.

Figure 2007173212
Figure 2007173212

二つの電極でセラミック部を挟み、電圧を徐々に上げていくと、ある電圧に達したときに電流が急激に増加し、セラミック部の一部が溶けて穴が空いたり、バインダが炭化したりして通電するようになる。この時の電圧を「絶縁破壊電圧(B)」という。絶縁破壊電圧の測定方法は、JIS K 6911に準拠する。電気化学デバイスの電池電圧(E)は、電圧計により測定することができる。   If the ceramic part is sandwiched between two electrodes and the voltage is gradually increased, the current will suddenly increase when a certain voltage is reached, a part of the ceramic part will melt and a hole will open, or the binder will carbonize. And come to energize. The voltage at this time is referred to as “dielectric breakdown voltage (B)”. The measuring method of the dielectric breakdown voltage conforms to JIS K 6911. The battery voltage (E) of the electrochemical device can be measured with a voltmeter.

[樹脂膜]
本発明の外装材は樹脂膜を含むことができる。樹脂膜を含むことにより外装材の柔軟性を向上させることができる。柔軟性に優れる外装材を用いた場合、電気化学デバイスの外観を目的の形状に形成し易いという利点や、破損しにくくなるという利点などがある。
[Resin film]
The packaging material of the present invention can include a resin film. By including the resin film, the flexibility of the exterior material can be improved. When an exterior material that is excellent in flexibility is used, there are advantages that the appearance of the electrochemical device can be easily formed into a target shape, and that it is difficult to break.

樹脂膜の構成材料としては特に限定されず、電池要素の特性により適宜選択することができるが、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ナイロン(登録商標)、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミドおよびポリイミドアミドからなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。   The constituent material of the resin film is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the characteristics of the battery element. For example, polyvinyl chloride, polyethylene, nylon (registered trademark), polyethylene naphthalate, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyamide, Examples thereof include at least one selected from the group consisting of polyimide and polyimideamide.

樹脂膜の厚みとしては特に限定されず、電気化学デバイスの目的の質量等に応じて適宜選択することができるが、本発明ではセラミックを含有するセラミック層を併用するため、従来のラミネートシートに用いられる樹脂膜の厚みよりも薄く形成することも可能である。   The thickness of the resin film is not particularly limited and can be appropriately selected according to the target mass or the like of the electrochemical device. In the present invention, since a ceramic layer containing ceramic is used in combination, it is used for a conventional laminate sheet. It is also possible to form it thinner than the thickness of the resin film to be formed.

[金属箔]
本発明の外装材は金属箔を含むことができる。金属箔を含むことにより、ガスバリア性または非透水性を向上させることができる。
[Metal foil]
The exterior material of this invention can contain metal foil. By including a metal foil, gas barrier properties or water impermeability can be improved.

従来の電気化学デバイスでは、導電性物質である金属箔が、正極活物質層または正極活物質層と連結している集電体、および負極活物質層または負極活物質層と連結している集電体と接触することにより短絡が生じていた。しかしながら、本願発明の一態様では、セラミック部が前記正極活物質層等と金属箔との間に介在するため、短絡を抑制することができる。   In a conventional electrochemical device, a conductive metal foil is connected to a positive electrode active material layer or a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer or a negative electrode active material layer. A short circuit occurred due to contact with the electric body. However, in one embodiment of the present invention, since the ceramic portion is interposed between the positive electrode active material layer and the metal foil, a short circuit can be suppressed.

金属箔の構成材料としては特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ステンレス、および金、銀、白金またはこれらを含む合金からなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a constituent material of metal foil, For example, at least 1 sort (s) selected from the group which consists of aluminum, stainless steel, gold | metal | money, silver, platinum, or an alloy containing these is mentioned.

金属箔の厚みとしては特に限定されず、電気化学デバイスの目的の質量等に応じて適宜選択することができる。   It does not specifically limit as thickness of metal foil, According to the target mass etc. of an electrochemical device, it can select suitably.

[各構成要素の配置形態]
図1のA〜Fに外装材160各構成要素の配置形態を例示するが、本発明はこれらの配置形態に限定されない。また、各構成要素の数も図1に限定されず、さらに多くの構成要素を用いることもできる。さらに、図1では説明のために各構成要素の形状が簡略化されて示されているが、本発明の外装材の形状は図1に限定されず、各電気化学デバイスの種類に応じて適宜選択される。
[Arrangement of each component]
Although the arrangement | positioning form of each component of the exterior material 160 is illustrated to AF of FIG. 1, this invention is not limited to these arrangement | positioning forms. Further, the number of components is not limited to that shown in FIG. 1, and more components can be used. Further, in FIG. 1, the shape of each component is shown in a simplified manner for the sake of explanation, but the shape of the exterior material of the present invention is not limited to FIG. 1, and is appropriately determined according to the type of each electrochemical device. Selected.

本発明の外装材160は、例えば、図1のAに示されるようにセラミック部161と、樹脂膜163とからなってもよいし、図1のBに示されるようにセラミック部161と、金属箔165とからなってもよいし、図1のCまたはDに示されるようにセラミック部161と、樹脂膜163と、金属箔165とからなってもよい。ただし、図1のB〜Dに例示されるように金属箔165を含む場合には、セラミック部161は金属箔165と電池要素(図示せず)とを電気的に隔てるように配置されることが好ましい。また、電気化学デバイスが電池要素に加えて、電池要素と連結された電極端子を含む場合、セラミック部は金属箔と電極端子とを電気的に隔てるように配置される。本発明でいう「電気的に隔てる」とは、電池要素または電極端子を流れる電流が外装材に含まれる金属箔に流れ出さないようにすることを指す。   The exterior material 160 of the present invention may be composed of, for example, a ceramic part 161 and a resin film 163 as shown in FIG. 1A, or a ceramic part 161 and a metal as shown in FIG. It may be made of the foil 165, or may be made of the ceramic portion 161, the resin film 163, and the metal foil 165 as shown in FIG. However, when the metal foil 165 is included as illustrated in B to D of FIG. 1, the ceramic portion 161 is disposed so as to electrically separate the metal foil 165 and the battery element (not shown). Is preferred. When the electrochemical device includes an electrode terminal connected to the battery element in addition to the battery element, the ceramic portion is disposed so as to electrically separate the metal foil and the electrode terminal. The term “electrically separated” in the present invention refers to preventing current flowing through the battery element or electrode terminal from flowing out to the metal foil included in the exterior material.

上述したように従来のラミネートシートは何らかの原因により何らかの原因により金属箔と電池の構成要素とを隔てていた樹脂膜が破損した場合に、金属箔が電池要素または電極端子に対して露出してしまい、外装内に回路が生じてしまう、つまり短絡が生じてしまうことがあった。しかしながら、本発明ではセラミックを含むセラミック部を用いるため、金属箔の露出が抑制されるため、上述の問題を解決することができる。   As described above, when the resin film that separates the metal foil from the battery component is damaged for some reason, the conventional laminate sheet is exposed to the battery element or the electrode terminal. In some cases, a circuit is generated in the exterior, that is, a short circuit occurs. However, in the present invention, since the ceramic portion containing ceramic is used, the exposure of the metal foil is suppressed, so that the above problem can be solved.

また、上述したように金属箔を用いずに樹脂膜のみで外装材を形成した場合、ガス透過量または水分透過量が増加してしまう。電気化学デバイスの種類にもよるが、電池要素の中には酸化され易いものもあるため、樹脂膜のみで外装材を形成した場合、電池要素が劣化してゆくおそれがあるが、セラミックは絶縁性だけでなくガスバリア性にも優れることから本発明の様にセラミックを併用することにより電気化学デバイスの耐久性を向上させることができる。また、電気化学デバイスの種類にもよるが、電解質の中には強い酸化剤または強い還元剤を含むものもあり、侵入した水が電気化学デバイスの内部で電気分解する可能性があるため、樹脂膜のみで外装材を形成した場合、電池要素が劣化してゆくおそれがあるが、セラミックは絶縁性だけでなく非透水性にも優れることから本発明の様にセラミックを併用することにより電気化学デバイスの耐久性を向上させることもできる。さらに、電気化学デバイスの種類にもよるが、100℃以上の温度で稼動させる電気化学デバイスもあり、侵入した水が電気化学デバイスの内部で気化する可能性もあるため、樹脂膜のみで外装材を形成した場合、電池要素が劣化してゆくおそれがあるが、セラミックは絶縁性だけでなく非透水性にも優れることから本発明の様にセラミックを併用することにより電気化学デバイスの耐久性を向上させることもできる。   In addition, as described above, when the exterior material is formed only by the resin film without using the metal foil, the gas permeation amount or the water permeation amount is increased. Although depending on the type of electrochemical device, some battery elements are easily oxidized, so when an exterior material is formed only with a resin film, the battery element may deteriorate, but ceramic is insulated. Since not only the property but also the gas barrier property is excellent, the durability of the electrochemical device can be improved by using a ceramic together as in the present invention. Also, depending on the type of electrochemical device, some electrolytes contain strong oxidizing agents or strong reducing agents, and there is a possibility that invaded water may be electrolyzed inside the electrochemical device. When an exterior material is formed only with a film, there is a risk that the battery element will deteriorate, but since ceramic is excellent not only in insulation but also in water impermeability, it can be electrochemically combined with ceramic as in the present invention. The durability of the device can also be improved. Furthermore, depending on the type of electrochemical device, there is an electrochemical device that operates at a temperature of 100 ° C. or higher, and there is a possibility that the invaded water may vaporize inside the electrochemical device. However, the ceramic element is not only insulative but also water-impermeable, so the combined use of ceramic as in the present invention can improve the durability of the electrochemical device. It can also be improved.

また、本発明の外装材160は、例えば、図1のEに示されるように、2層以上のセラミック部161a、161bを含んでもよい。これらのセラミック部はそれぞれ同じ種類のセラミックを含んでいてもよいし、異なる種類にセラミックを含んでいてもよい。また、これらのセラミック部は上述したように、それぞれ粒子状のセラミックを含むセラミック部と膜状のセラミックを含むセラミック部であってもよい。また、これらのセラミック部は異なる方法により形成されたセラミック部であってもよい。セラミック部の形成方法については後述の形成方法の項に詳細を記載する。また、セラミック部161aとセラミック部161bとの間にはバインダが配置され、これらのセラミック部を連結していてもよい。   Moreover, the exterior material 160 of the present invention may include two or more layers of ceramic portions 161a and 161b, for example, as shown in FIG. Each of these ceramic parts may contain the same type of ceramic, or may contain different types of ceramic. In addition, as described above, these ceramic portions may be a ceramic portion including a particulate ceramic and a ceramic portion including a film-shaped ceramic. These ceramic parts may be ceramic parts formed by different methods. Details of the method of forming the ceramic portion will be described in the section of forming method described later. Further, a binder may be disposed between the ceramic part 161a and the ceramic part 161b, and these ceramic parts may be connected.

また、本発明の外装材160に含まれるセラミック部161は、例えば図1のA〜Eに示されるように、全面に設けられていてもよいし、図1のF〜Gに示されるように、部分的に設けられていてもよい。   Further, the ceramic portion 161 included in the exterior material 160 of the present invention may be provided on the entire surface, for example, as shown in FIGS. 1A to 1E, or as shown in FIGS. , May be provided partially.

[形成方法]
セラミック部の形成方法としては特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。例えば、粒子状のセラミックとバインダとを用いる場合には、バインダの溶媒にバインダと粒子状のセラミックとを添加して混合した後、前記溶媒を除去する方法、または、加熱により溶融したバインダに粒子状のセラミックを添加する方法などが挙げられる。
[Formation method]
The method for forming the ceramic portion is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. For example, when a particulate ceramic and a binder are used, the binder and the particulate ceramic are added to and mixed with the binder solvent, and then the solvent is removed, or the particles are mixed in the binder melted by heating. And a method of adding a ceramic in the form of a material.

また、膜状のセラミックを用いる場合には、従来公知のセラミックの焼結法を利用することができ、例えば、ホットプレス法、反応焼結法、常温焼結法、熱間静圧焼結法、ガス圧焼結法、2段焼結法、電解酸化法、または蒸着法などを用いることができ、より好ましくは蒸着法を用いる。   In the case of using a film-like ceramic, a conventionally known ceramic sintering method can be used, for example, a hot press method, a reaction sintering method, a room temperature sintering method, a hot static pressure sintering method. Further, a gas pressure sintering method, a two-step sintering method, an electrolytic oxidation method, an evaporation method, or the like can be used, and an evaporation method is more preferably used.

蒸着法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法およびCVD法からなる群より選択される少なくとも1種の方法が好ましく挙げられる。   Preferable examples of the vapor deposition method include at least one method selected from the group consisting of a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, and a CVD method.

電解酸化膜または蒸着法を用いる場合、セラミック部は、外装材の構成要素表面に形成してもよいし、電極端子などの表面に形成してもよい。   When an electrolytic oxide film or a vapor deposition method is used, the ceramic part may be formed on the surface of a component of the exterior material or on the surface of an electrode terminal or the like.

本発明の第二は上述の外装材を含む電気化学デバイスである。   The second of the present invention is an electrochemical device including the above-described exterior material.

電気化学デバイスは様々な用途に用いられており、例えば、デジタルカメラ、携帯電話、ノート型パソコン、携帯用ゲーム機器、補聴器、もしくは車両などの移動体用電源、または、家庭用電源などの定置用電源が挙げられる。   Electrochemical devices are used in a variety of applications, for example, digital cameras, mobile phones, notebook computers, portable game machines, hearing aids, or mobile power sources such as vehicles, or stationary power sources such as household power sources. Power supply.

移動体用電源は勿論のこと、定置用電源も生産工場から購入者の許まで運搬されることから、従来の外装材を用いた電気化学デバイスの場合、振動により外装材の金属箔が露出して電気化学デバイスが短絡してしまうことがあった。また、例えば車両用または家庭用に用いられる場合、高圧がかかる、外装材の樹脂部分にピンホールが生じたり炭化が起こったりして外装材の金属箔が露出して電気化学デバイスが短絡してしまうことがあった。しかしながら、本発明の外装材を用いた電気化学デバイスは上述した理由からこれらの問題を解決することができ、優れた耐久性を示すことができる。   In addition to mobile power supplies, stationary power supplies are also transported from the production plant to the purchaser's permission. In the case of electrochemical devices using conventional exterior materials, the metal foil of the exterior material is exposed due to vibration. As a result, the electrochemical device may be short-circuited. Also, for example, when used for vehicles or households, high voltage is applied, pinholes or carbonization occurs in the resin part of the exterior material, the metal foil of the exterior material is exposed, and the electrochemical device is short-circuited There was a case. However, the electrochemical device using the exterior material of the present invention can solve these problems for the reasons described above, and can exhibit excellent durability.

現在電気化学デバイスとして、マンガン乾電池、アルカリマンガン乾電池、ニッケル系一次電池、オキシライド乾電池、酸化銀電池、水銀電池、空気亜鉛電池、リチウム電池、もしくは海水電池などの一次電池、鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池、もしくはナトリウム−硫黄電池などの二次電池、またはリン酸形燃料電池、固体高分子形燃料電池、溶融炭酸形燃料電池、もしくは固体酸化物形燃料電池などの燃料電池等が知られている。これらの中で好ましくはリチウム電池、または高電圧型電気二重層キャパシタなどの非水電解質を用いるものである。本発明の外装材は、非透水性に優れるため、非水電解質を用いる電気化学デバイスに本発明を適用する意義は大きい。   Currently, electrochemical devices include manganese batteries, alkaline manganese batteries, nickel-based primary batteries, oxyride batteries, silver oxide batteries, mercury batteries, air zinc batteries, lithium batteries, seawater batteries, and other primary batteries, lead storage batteries, lithium ion secondary batteries Secondary batteries such as batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-cadmium batteries, or sodium-sulfur batteries, or phosphoric acid fuel cells, polymer electrolyte fuel cells, molten carbonate fuel cells, or solid oxide fuel cells Such fuel cells are known. Among these, a non-aqueous electrolyte such as a lithium battery or a high voltage type electric double layer capacitor is preferably used. Since the exterior material of the present invention is excellent in non-water permeability, it is significant to apply the present invention to an electrochemical device using a non-aqueous electrolyte.

リチウム電池としては、双極型リチウムイオン二次電池が好ましい。双極型リチウムイオン二次電池は、高電圧を必要とする電源に用いられることも多く、外装には高圧がかかることが多いため、本発明を適用する意義は大きい。   As the lithium battery, a bipolar lithium ion secondary battery is preferable. Bipolar lithium ion secondary batteries are often used for power supplies that require high voltage, and high voltage is often applied to the exterior, so that the present invention is of great significance.

双極型リチウムイオン二次電池の各構成要素の詳細について以下に記載するが、本発明はこれらに限定されない。   Details of each component of the bipolar lithium ion secondary battery will be described below, but the present invention is not limited thereto.

[負極活物質層]
負極活物質層は、放電時にイオンを放出し、充電時にイオンを吸蔵できる負極活物質を含む。負極活物質としてはTiO、TiTiOまたはSnOなどの金属酸化物、Li4/3Ti5/3、またはLiMnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Li−Pb系合金、Li−Al系合金、Li、およびCからなる群より選択される少なくとも1種などが挙げられる。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material that releases ions during discharge and can store ions during charge. As the negative electrode active material, a metal oxide such as TiO, Ti 2 O 3 TiO 2 or SnO 2 , a composite oxide of lithium and a transition metal such as Li 4/3 Ti 5/3 O 4 , or Li 7 MnN, Li -Pb type alloy, Li-Al type alloy, Li, and at least 1 sort (s) selected from the group which consists of C etc. are mentioned.

負極活物質の粒子径は特に限定されず、目的に応じて適宜決定することができる。   The particle diameter of the negative electrode active material is not particularly limited and can be appropriately determined according to the purpose.

負極活物質層は目的に応じて導電助剤、結着剤、重合開始剤または電解質などを含むことができる。導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、またはハードカーボンなどが挙げられる。結着剤としてポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン(以下「PVDF」と記載する)などが挙げられる。重合開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)などの熱重合開始剤、またはベンジルジメチルケタール(BDK)などの光重合開始剤などが挙げられる。電解質については後述の電解質層の項に詳細を記載する。   The negative electrode active material layer can contain a conductive additive, a binder, a polymerization initiator, an electrolyte, or the like depending on the purpose. Examples of the conductive assistant include acetylene black, carbon black, graphite, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, and hard carbon. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as “PVDF”). Examples of the polymerization initiator include thermal polymerization initiators such as azobisisobutyronitrile (AIBN), and photopolymerization initiators such as benzyldimethyl ketal (BDK). Details of the electrolyte are described in the section of the electrolyte layer described later.

[正極活物質層]
正極活物質層は、放電時にイオンを吸蔵し、充電時にイオンを放出できる正極活物質を含む。正極活物質としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、PbO、AgOまたはNiOOHなどを用いることができる。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material that can occlude ions during discharge and release ions during charge. As the positive electrode active material, a composite oxide of lithium and a transition metal, a transition metal oxide, a transition metal sulfide, PbO 2 , AgO, NiOOH, or the like can be used.

前記リチウムと遷移金属との複合酸化物としては、LiMnO、LiMnなどのLi−Mn系複合酸化物、LiCoOなどのLi−Co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、LiFePOなどのリチウムと遷移金属とのリン酸化合物、またはリチウムと遷移金属との硫酸化合物などが挙げられる。前記遷移金属酸化物としてはV、MnO、VMoO、またはMoOなどが挙げられる。前記遷移金属硫化物としてはTiSまたはMoSなどが挙げられる。 Examples of the composite oxide of lithium and a transition metal include Li-Mn composite oxides such as LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 , Li—Co composite oxides such as LiCoO 2, and Li—Ni systems such as LiNiO 2. Examples include composite oxides, Li—Fe-based composite oxides such as LiFeO 2 , phosphate compounds of lithium and transition metals such as LiFePO 4 , and sulfate compounds of lithium and transition metals. Examples of the transition metal oxide include V 2 O 5 , MnO 2 , V 2 MoO 8 , and MoO 3 . Examples of the transition metal sulfide include TiS 2 and MoS 2 .

正極活物質の粒子径は特に限定されず、目的に応じて適宜決定することができる。   The particle diameter of the positive electrode active material is not particularly limited, and can be appropriately determined according to the purpose.

正極活物質層は目的に応じて上述の導電助剤、上述の結着剤、上述の重合開始剤または後述の電解質などを含むことができる。   The positive electrode active material layer can contain the above-mentioned conductive assistant, the above-mentioned binder, the above-mentioned polymerization initiator, the electrolyte described later, or the like depending on the purpose.

[電解質層]
電解質層は、正極活物質層と負極活物質層とを電気的に絶縁するとともに、放電時には負極活物質層から正極活物質層に流れるイオンを通過させ、充電時には正極活物質層から負極活物質層に流れるイオンを通過させる。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer electrically insulates the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, passes ions flowing from the negative electrode active material layer to the positive electrode active material layer during discharging, and charges from the positive electrode active material layer to the negative electrode active material during charging. Pass ions flowing through the layer.

電解質層はその態様により電解液からなるもの、ゲル電解質からなるもの、または真性ポリマー電解質からなるものに分類することができる。以下にこれらの詳細を記載する。   The electrolyte layer can be classified according to its form into one comprising an electrolytic solution, one comprising a gel electrolyte, or one comprising an intrinsic polymer electrolyte. These details are described below.

〔電解液〕
電解液は液状の電解質であり、電解液としては、非水溶媒に支持塩を溶解させたものを用いることができる。
[Electrolyte]
The electrolytic solution is a liquid electrolyte, and an electrolytic solution in which a supporting salt is dissolved in a nonaqueous solvent can be used.

前記非水溶媒としては特に限定されないが、プロピレンカーボネート(以下、「PC」とも記載する)、またはエチレンカーボネート(以下、「EC」とも記載する)などの環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、またはジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、または1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテルなどのエーテル類;γ−ブチロラクトンなどのラクトン類;アセトニトリルなどのニトリル類;プロピオン酸メチルなどのエステル類;ジメチルホルムアミドなどのアミド類;酢酸メチル、ギ酸メチルなどのエステル類;スルホラン;ジメチルスルホキシド;および3−メチル−1,3−オキサゾリジン−2−オンからなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。   The non-aqueous solvent is not particularly limited, but cyclic carbonates such as propylene carbonate (hereinafter also referred to as “PC”) or ethylene carbonate (hereinafter also referred to as “EC”); dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, Or chain carbonates such as diethyl carbonate; ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, or 1,3-dioxolane, diethyl ether Lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; esters such as methyl propionate; amides such as dimethylformamide; esters such as methyl acetate and methyl formate; sulfolane; At least one can be mentioned is selected from the group consisting of and 3-methyl-1,3-oxazolidin-2-one; Sid.

支持塩としては特に限定されないが、LiBF、LiPF、LiClO、Li(CSON、LiN(SOCF、およびLiN(SOからなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。 No particular limitation is imposed on the supporting salt, LiBF 4, LiPF 6, LiClO 4, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiN (SO 2 CF 3) 2, and LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 At least one selected from the group consisting of:

電解液を用いる場合には、正極活物質層と負極活物質層とが接触しないように、これらの間にセパレータを配置し、電解液とセパレータとを併せて電解質層とすることが好ましい。   In the case of using an electrolytic solution, it is preferable that a separator be disposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer so that the electrolyte solution and the separator are combined to form an electrolyte layer.

セパレータとしては特に限定されないが、ポリプロピレン、またはポリオレフィンなどが挙げられる。これらは不織布または微多孔膜などの電解液を通過させる形状で用いられうる。セパレータの厚みは特に限定されず、目的に応じて適宜決定される。   Although it does not specifically limit as a separator, A polypropylene, polyolefin, etc. are mentioned. These can be used in a shape allowing an electrolyte solution such as a nonwoven fabric or a microporous membrane to pass through. The thickness of a separator is not specifically limited, It determines suitably according to the objective.

〔ゲル電解質〕
ゲル電解質は、化学結合、結晶化または分子の絡み合いなどの分子鎖間の相互作用によって三次元的な網目構造を構成したポリマー骨格に電解液を保持させたゲル状の電解質である。
[Gel electrolyte]
The gel electrolyte is a gel electrolyte in which an electrolytic solution is held in a polymer skeleton that forms a three-dimensional network structure by interaction between molecular chains such as chemical bonding, crystallization, or molecular entanglement.

電解液としては、上述の電解液の項に記載したものを用いることができる。   As the electrolytic solution, those described in the above-mentioned section of the electrolytic solution can be used.

骨格となるポリマーとしては、ポリマー状の電解質を用いてもよし、イオン伝導性を有さないポリマーを用いてもよい。ポリマー状の電解質としては後述の真性ポリマー電解質が挙げられる。イオン伝導性を有さないポリマーとしては特に限定されないが、PVDF、ポリビニルクロライド、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、これらの共重合体、またはこれらのアロイなどが挙げられる。   As the skeleton polymer, a polymer electrolyte may be used, or a polymer having no ion conductivity may be used. Examples of the polymer electrolyte include an intrinsic polymer electrolyte described later. Although it does not specifically limit as a polymer which does not have ion conductivity, PVDF, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, these copolymers, or these alloys etc. are mentioned.

〔真性ポリマー電解質〕
真性ポリマー電解質は固体状の電解質であり、電解液を含むゲル電解質とは区別される。電解質層として真性ポリマー電解質を用いた場合、真性ポリマー電解質はガスを通過させ難いため、ガス発生剤から発生したガスが電解質層と正極活物質層または負極活物質層との界面に留まり易く、少量のガス発生剤で本発明の効果を発揮させられたり、より短時間で本発明の効果を発揮させられたりできるため好ましい。
[Intrinsic polymer electrolyte]
The intrinsic polymer electrolyte is a solid electrolyte and is distinguished from a gel electrolyte containing an electrolytic solution. When an intrinsic polymer electrolyte is used as the electrolyte layer, since the intrinsic polymer electrolyte does not allow gas to pass through, the gas generated from the gas generating agent tends to remain at the interface between the electrolyte layer and the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer, and a small amount. The gas generating agent is preferable because the effects of the present invention can be exhibited, and the effects of the present invention can be exhibited in a shorter time.

真性ポリマー電解質を構成するポリマーとしては特に限定されないが、ポリエチレンオキシド、またはポリプロピレンオキシドなどが挙げられる。   Although it does not specifically limit as a polymer which comprises an intrinsic polymer electrolyte, Polyethylene oxide, a polypropylene oxide, etc. are mentioned.

また、イオン電導性を向上させるために、支持塩を真性ポリマー電解質に添加したものを電解質層としてもよいし、カルボキシル基、リン酸基、スルフォン酸基、シロキシルアミン基などのイオン性解離基を真性ポリマー電解質に導入したものを電解質層としてもよい。支持塩については上述の電解液の項に記載したとおりである。   In order to improve ionic conductivity, an electrolyte layer may be obtained by adding a supporting salt to an intrinsic polymer electrolyte, or an ionic dissociation group such as a carboxyl group, a phosphate group, a sulfonate group, or a siloxylamine group. What is introduced into the intrinsic polymer electrolyte may be used as the electrolyte layer. The supporting salt is as described above in the section of the electrolytic solution.

[集電体]
双極型リチウムイオン二次電池の集電体は、端部に配置される端部集電体を除いて、一方の面に負極活物質層、他方の面に正極活物質層が配置される。
[Current collector]
The current collector of the bipolar lithium ion secondary battery has a negative electrode active material layer disposed on one surface and a positive electrode active material layer disposed on the other surface, excluding the end current collector disposed at the end.

集電体の材質としては特に限定されないが、ニッケル、ステンレス、鉄、チタン、アルミニウム、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、および銅からなる群より選択される少なくとも1種が挙げられ、より好ましくはニッケルまたはステンレスであり、さらに好ましくはステンレスである。   The material of the current collector is not particularly limited, but includes at least one selected from the group consisting of nickel, stainless steel, iron, titanium, aluminum, tantalum, niobium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, and copper. More preferred is nickel or stainless steel, and further preferred is stainless steel.

集電体は単層構造で用いてもよいし、異なる種類の層で構成された多層構造で用いてもよいし、これらで被覆されたクラッド材を用いてもよい。   The current collector may be used in a single layer structure, may be used in a multilayer structure composed of different types of layers, or a clad material coated with these may be used.

[その他の構成要素]
本発明の双極型リチウムイオン二次電池は目的に応じて他の構成要素を含みうる。例えば、電極端子、またはシール部などを含みうる。
[Other components]
The bipolar lithium ion secondary battery of the present invention may include other components depending on purposes. For example, an electrode terminal or a seal part can be included.

電極端子を構成する材質としては、上述の集電体を構成する材質が好ましい。ただし、集電体と電極端子とは互いに独立であり、これらが同じ材質である必要はない。   The material constituting the electrode terminal is preferably the material constituting the current collector. However, the current collector and the electrode terminal are independent from each other, and they need not be the same material.

電極端子は端部の集電体と接続され、単電池から発生した電流を外部に流したり、充電時に供給された電流を内部に流したりする。このため、電極端子と外装材の金属箔とが接触すると、短絡が生じてしまうことがある。   The electrode terminal is connected to the current collector at the end, and allows a current generated from the unit cell to flow outside or a current supplied during charging to flow inside. For this reason, when an electrode terminal and metal foil of an exterior material contact, a short circuit may arise.

シール部は、電解質層として電解液を用いる場合に電解液を正極活物質層と負極活物質層との間に留めるように配置され、例えば、集電体と集電体との間などに配置される。   The seal portion is disposed so as to keep the electrolyte solution between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer when an electrolyte solution is used as the electrolyte layer, for example, between the current collector and the current collector. Is done.

シール部を構成する材質としては、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、またはポリイミド樹脂などが好ましく、より好ましくはウレタン樹脂またはエポキシ樹脂である。これらは、耐蝕性、耐薬品性、成形性、または経済性に優れる。   As a material constituting the seal portion, urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin or the like is preferable, and urethane resin or epoxy resin is more preferable. These are excellent in corrosion resistance, chemical resistance, moldability, or economy.

[構造]
本発明の外装材を備えた双曲型リチウムイオン二次電池の断面概略図を図2〜4に示す。
[Construction]
2 to 4 show schematic cross-sectional views of a hyperbolic lithium ion secondary battery provided with the exterior material of the present invention.

上述したように、本発明では図2に示すように外装材260全体にセラミック部261を形成してもよい。図2において符号20は単電池層、210は電解質層、220は正極活物質層、230は負極活物質層、240は集電体、242は電極端子、250はシール部、263は樹脂膜、265は金属箔を示す。   As described above, in the present invention, the ceramic portion 261 may be formed on the entire exterior material 260 as shown in FIG. In FIG. 2, reference numeral 20 denotes a single cell layer, 210 denotes an electrolyte layer, 220 denotes a positive electrode active material layer, 230 denotes a negative electrode active material layer, 240 denotes a current collector, 242 denotes an electrode terminal, 250 denotes a seal portion, 263 denotes a resin film, Reference numeral 265 denotes a metal foil.

また、上述したように、本発明では図3に示すように外装材360の一部にセラミック部361を形成してもよい。図3において符号30は単電池層、310は電解質層、320は正極活物質層、330は負極活物質層、340は集電体、342は電極端子、350はシール部、363は樹脂膜、365は金属箔を示す。   Further, as described above, in the present invention, the ceramic portion 361 may be formed on a part of the exterior material 360 as shown in FIG. In FIG. 3, reference numeral 30 denotes a single cell layer, 310 denotes an electrolyte layer, 320 denotes a positive electrode active material layer, 330 denotes a negative electrode active material layer, 340 denotes a current collector, 342 denotes an electrode terminal, 350 denotes a seal portion, 363 denotes a resin film, Reference numeral 365 denotes a metal foil.

図2および図3から、金属箔(265、365)と電極端子(242、342)との間にセラミック部(261、361)が配置されることがわかる。   2 and 3, it can be seen that the ceramic portions (261, 361) are disposed between the metal foils (265, 365) and the electrode terminals (242, 342).

また、双極型リチウムイオン二次電池の構造によっては、図4に示すように電極端子を設けずに端部集電体441を電極端子代わりに用いることもあるが、この場合、端部集電体441と金属箔465との間にセラミック部461を配置することが好ましい。図4において符号40は単電池層、410は電解質層、420は正極活物質層、430は負極活物質層、440は集電体、442は電極端子、450はシール部、465は金属箔を示す。   Depending on the structure of the bipolar lithium ion secondary battery, the end current collector 441 may be used instead of the electrode terminal without providing the electrode terminal as shown in FIG. It is preferable to dispose the ceramic part 461 between the body 441 and the metal foil 465. In FIG. 4, reference numeral 40 denotes a single cell layer, 410 denotes an electrolyte layer, 420 denotes a positive electrode active material layer, 430 denotes a negative electrode active material layer, 440 denotes a current collector, 442 denotes an electrode terminal, 450 denotes a seal portion, and 465 denotes a metal foil. Show.

本発明の第三は、上述の電気化学デバイスを複数個、直列、並列、または直並列に接続してなる組電池である。   A third aspect of the present invention is an assembled battery formed by connecting a plurality of the above-described electrochemical devices in series, parallel, or series-parallel.

本発明の外装材を含む電気化学デバイスを用いることで、耐久性の向上した組電池を提供することができる。   By using the electrochemical device including the exterior material of the present invention, an assembled battery with improved durability can be provided.

組電池を構成する複数個の電気化学デバイス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。なお、組電池を構成する電気化学デバイスは、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 method in particular when connecting the some electrochemical device which comprises an assembled battery is not restrict | limited, A conventionally well-known method can be employ | adopted suitably. 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. Note that a plurality of electrochemical devices constituting the assembled battery may be connected in parallel, a plurality of electrochemical devices may be connected in series, or a series connection and a parallel connection may be combined.

本発明の第四は、上述の電気化学デバイスまたは上述の組電池を駆動用電源として搭載した車両である。   A fourth aspect of the present invention is a vehicle equipped with the above-described electrochemical device or the above-mentioned assembled battery as a driving power source.

電気化学デバイスを駆動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。本発明の電気化学デバイスまたは組電池は耐久性に優れるため、車両の信頼性、および長期間にわたる出力維持特性を向上させることができる。   Vehicles that use an electrochemical device as a driving power source include, for example, vehicles that drive wheels by a motor, such as fully electric vehicles that do not use gasoline, hybrid vehicles such as series hybrid vehicles and parallel hybrid vehicles, and fuel cell vehicles. Can be mentioned. Since the electrochemical device or the assembled battery of the present invention is excellent in durability, the reliability of the vehicle and the output maintaining characteristics over a long period of time can be improved.

以上、好適な実施形態について示したが、本発明は上述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。   The preferred embodiments have been described above, but the present invention is not limited to the above-described 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)
<双極型電極の作製>
正極活物質であるマンガン酸リチウム(LiMn)(平均粒子径:10μm)(90質量部)、導電助剤であるアセチレンブラック(5質量部)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(5質量部)を混合し、次いでスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、正極活物質スラリーを調製した。
Example 1
<Production of bipolar electrode>
Lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) (average particle size: 10 μm) (90 parts by mass) as a positive electrode active material, acetylene black (5 parts by mass) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder (5 parts by mass) was mixed, and then an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a slurry viscosity adjusting solvent was added to prepare a positive electrode active material slurry.

また、負極活物質であるハードカーボン(平均粒子径:9μm)(90質量部)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量部)を混合し、次いでスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、負極活物質スラリーを調製した。   Further, hard carbon (average particle size: 9 μm) (90 parts by mass) as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride (PVdF) (10 parts by mass) as a binder are mixed, and then N— which is a slurry viscosity adjusting solvent. An appropriate amount of methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added to prepare a negative electrode active material slurry.

一方、集電体として、ステンレス箔(サイズ:250×250×0.02mm)を準備した。上記で調製した正極活物質スラリーを、準備した集電体の一方の面の中央に、ドクターブレード法により塗布し、塗膜を形成させた。次いでこの塗膜を130℃にて10分間乾燥させ、次いでロールプレス機を用いて2t/mの線圧でプレス処理を施して、正極活物質層(サイズ:240×240×0.05mm)を形成させた。さらに、上記で調製した負極活物質スラリーを、集電体の他方の面にドクターブレード法により塗布し、塗膜を形成させた。次いでこの塗膜を130℃にて10分間乾燥させ、次いでロールプレス機を用いて2t/mの線圧でプレス処理を施して、負極活物質層(サイズ:250×250×0.05mm)を形成させて、双極型電極を完成させた。   On the other hand, stainless steel foil (size: 250 × 250 × 0.02 mm) was prepared as a current collector. The positive electrode active material slurry prepared above was applied to the center of one surface of the prepared current collector by a doctor blade method to form a coating film. Next, this coating film was dried at 130 ° C. for 10 minutes, and then subjected to a press treatment at a linear pressure of 2 t / m using a roll press machine to form a positive electrode active material layer (size: 240 × 240 × 0.05 mm). Formed. Furthermore, the negative electrode active material slurry prepared above was applied to the other surface of the current collector by a doctor blade method to form a coating film. Next, this coating film was dried at 130 ° C. for 10 minutes, and then subjected to a press treatment at a linear pressure of 2 t / m using a roll press machine to form a negative electrode active material layer (size: 250 × 250 × 0.05 mm). Formed to complete a bipolar electrode.

なお、上記の双極型電極を9枚作製し、さらに、最外層用電極として、集電体の一方の面に正極活物質層(正極側最外層集電体)または負極活物質層(負極側最外層集電体)のいずれかのみが形成されたものを各1枚ずつ作製し、計11枚の電極を作製した。   Nine of the above bipolar electrodes were prepared, and further, as the outermost layer electrode, a positive electrode active material layer (positive electrode side outermost layer current collector) or a negative electrode active material layer (negative electrode side) was formed on one surface of the current collector. One of each of the outermost layer current collectors) was prepared, and a total of 11 electrodes were prepared.

上記で作製した電極の正極活物質層(9枚の双極型電極+1枚の負極側最外層)が形成された側の集電体の露出部に、シール層としての額縁状の積層シート(変性ポリプロピレン(PP)−ポリエチレンテレフタレート(PET)−変性PPの3層積層シート、サイズ:外寸=270×270mm、内寸=240×240mm、厚さ=40μm)を熱融着により接着させた。   On the exposed portion of the current collector on the side where the positive electrode active material layer (9 bipolar electrodes + 1 negative electrode side outermost layer) of the electrode prepared above was formed, a frame-shaped laminated sheet (modified) A three-layer laminated sheet of polypropylene (PP) -polyethylene terephthalate (PET) -modified PP, size: outer dimension = 270 × 270 mm, inner dimension = 240 × 240 mm, thickness = 40 μm) was bonded by thermal fusion.

<電池要素の作製>
セパレータとして、PP製微多孔質膜(サイズ:250×250×0.02mm)を10枚準備した。
<Production of battery element>
As separators, 10 sheets of PP microporous membrane (size: 250 × 250 × 0.02 mm) were prepared.

続いて、上記で作製した双極型電極およびセパレータを交互に積層し、積層体を作製した。この際積層は、隣接する双極型電極の正極活物質層と負極活物質層とが向き合うように、かつ、各最外層用の電極の終電体側が最外層に配置されるように行った。その後、隣接するシール層(積層シート)同士を熱融着により接着させた。この際積層シートの接着は、積層シートの外周の一部を、後述する電解液の注入を行うための注入口として残すように行った。   Subsequently, the bipolar electrodes and separators produced above were alternately laminated to produce a laminate. In this case, the lamination was performed so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer of the adjacent bipolar electrode face each other, and the final electrode side of each outermost layer electrode was disposed in the outermost layer. Thereafter, adjacent seal layers (laminated sheets) were bonded together by heat fusion. At this time, the lamination sheet was adhered such that a part of the outer periphery of the lamination sheet was left as an injection port for injecting an electrolyte solution described later.

一方、電解液として、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)との混合液(EC:PC=1:2(体積比))にリチウム塩であるLiPFを1Mの濃度に溶解させたものを準備した。この電解液を上記の注入口から注入し、当該注入口を真空条件下にて熱融着によりシールして、電池要素を作製した。 On the other hand, as an electrolytic solution, LiPF 6 which is a lithium salt is dissolved at a concentration of 1M in a mixed solution (EC: PC = 1: 2 (volume ratio)) of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). Prepared. This electrolytic solution was injected from the above-mentioned injection port, and the injection port was sealed by heat sealing under vacuum conditions, to produce a battery element.

さらに、両極用の電極端子として、アルミニウム板(サイズ:300×250×0.1mm)を2枚準備した。このアルミニウム板を、各最外層集電体と3辺が揃うようにカーボン系導電性接着剤により接着させた。この際各端子の接着は、各端子の取り出し方向が逆向きとなるように行った。   Further, two aluminum plates (size: 300 × 250 × 0.1 mm) were prepared as electrode terminals for both electrodes. This aluminum plate was bonded with a carbon-based conductive adhesive so that the outermost layer current collector and the three sides were aligned. At this time, the terminals were bonded so that the directions of extracting the terminals were reversed.

<初回充放電およびガス抜き>
上記と同様の電池要素を計10個準備し、各電池要素に対して50mAの定電流にて42Vの電圧まで8時間充電を行い、その後50mAの定電流にて25Vの電圧まで放電を行った。この時点で作動しない電池要素については、短絡が発生しているものとみなし、以降の試験からは除外した(除外した電池要素の数を「初回短絡数」と称する)。
<First charge / discharge and degassing>
A total of 10 battery elements similar to the above were prepared, and each battery element was charged with a constant current of 50 mA to a voltage of 42 V for 8 hours, and then discharged with a constant current of 50 mA to a voltage of 25 V. . Battery elements that do not operate at this time are considered to be short-circuited, and are excluded from the subsequent tests (the number of excluded battery elements is referred to as “first short-circuit number”).

続いて、シール層(積層シート)の一部を切り欠き、初回充放電時に電池要素内部に発生したガスを除去して、切り欠き部を再度熱融着により真空シールした。   Subsequently, a part of the seal layer (laminated sheet) was cut out, the gas generated inside the battery element at the time of the first charge / discharge was removed, and the cut-out part was vacuum-sealed by thermal fusion again.

<ラミネートシート中への封入>
2枚の外装材(外側からナイロン(Nyl)(厚さ:30μm)+アルミニウム(Al)(厚さ:40μm)+ポリエチレンナフタレート(PEN)とアルミナ(Al)粒子(球形、平均粒子径:5μm)との混合層(PEN:Al=95:5(体積比))(厚さ(t):8μm)+PP(厚さ:30μm)、サイズ:290×290mm)を準備した。なお、本実施例においては、「PENとAlとの混合層」が「セラミック部」に相当し、PENはバインダであり、Alはセラミックである。なお、上記アルミラミネートシートは以下の手法により作製した。すなわち、アルミニウム箔の一方の面に酢酸エチルで固形分5質量%に調製したトリレンジイソシアネートをアンカーコート層として塗工した直後、厚み30μmのNylを加工速度10m/分で押出ラミネート法により積層させた。そして、アルミニウム箔の他方の面には、酢酸エチルで固形分5重量%に調製したトリレンジイソシアネートをアンカーコート層として塗工し、それと同時に混合層(8μm)上にアンカーコート層として2液硬化型ポリウレタン系接着剤を塗工し、さらに厚み30μmのPPを加工速度10m/分で押出ラミネート法によりサンドイッチラミネートさせて、ラミネートシートを作製した。なお、混合層は、PENを280℃において融解させ、Alを混合攪拌して押出成型することによって得た。
<Encapsulation in laminate sheet>
Two exterior materials (from outside, nylon (Nyl) (thickness: 30 μm) + aluminum (Al) (thickness: 40 μm) + polyethylene naphthalate (PEN) and alumina (Al 2 O 3 ) particles (spherical, average particles) A mixed layer (PEN: Al 2 O 3 = 95: 5 (volume ratio)) (thickness (t): 8 μm) + PP (thickness: 30 μm, size: 290 × 290 mm) was prepared. . In this embodiment, “mixed layer of PEN and Al 2 O 3 ” corresponds to “ceramic part”, PEN is a binder, and Al 2 O 3 is ceramic. In addition, the said aluminum laminate sheet was produced with the following method. That is, immediately after applying tolylene diisocyanate prepared to a solid content of 5% by mass with ethyl acetate as an anchor coat layer on one surface of an aluminum foil, Nyl having a thickness of 30 μm was laminated by an extrusion laminating method at a processing speed of 10 m / min. It was. On the other side of the aluminum foil, tolylene diisocyanate prepared with ethyl acetate to a solid content of 5% by weight was applied as an anchor coating layer, and at the same time, two-component curing was performed as an anchor coating layer on the mixed layer (8 μm). A type polyurethane adhesive was applied, and PP having a thickness of 30 μm was sandwich-laminated by extrusion laminating at a processing speed of 10 m / min to produce a laminate sheet. The mixed layer was obtained by melting PEN at 280 ° C., mixing and stirring Al 2 O 3 , and extrusion molding.

この2枚の外装材により、正極端子および負極端子が外部に導出するように、上記で作製した電池要素を挟持し、真空条件下にて当該フィルムの4辺を熱融着によりシールして、双極型リチウムイオン二次電池を完成させた。なお、熱融着シール前に、電極端子であるアルミニウム板の外装通過部位に変性PPシート(厚さ:40μm)を予め熱融着により接着させておいた。   With the two exterior materials, the battery element prepared above is sandwiched so that the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are led out, and the four sides of the film are sealed by thermal fusion under vacuum conditions, A bipolar lithium ion secondary battery was completed. Prior to heat sealing, a modified PP sheet (thickness: 40 μm) was previously bonded to the exterior passage portion of the aluminum plate as the electrode terminal by heat sealing.

<評価>
上記で作製した双極型リチウムイオン二次電池に対して、25〜42Vの電圧にて充放電を行い、その後42Vの定電圧にて充電を行った。
<Evaluation>
The bipolar lithium ion secondary battery produced above was charged and discharged at a voltage of 25 to 42 V, and then charged at a constant voltage of 42 V.

続いて、充電状態の電池を振動試験装置上に載置し、5〜50Hz繰り返し掃引、加速度1G、24時間の振動を加えた。その後、振動を加えた電池の電圧を測定した。この時点での電圧を「加振後電圧」と称する。また、この時点で電圧が25Vに達しない電池については、短絡が発生しているものとみなし、以降の試験からは除外した(除外した電池の数を「加振後短絡数」と称する)。   Subsequently, the battery in a charged state was placed on a vibration test apparatus, and 5 to 50 Hz repeated sweep, acceleration of 1 G, and vibration for 24 hours were applied. Thereafter, the voltage of the battery subjected to vibration was measured. The voltage at this point is referred to as “post-vibration voltage”. In addition, a battery whose voltage does not reach 25 V at this time is regarded as a short circuit, and is excluded from the subsequent tests (the number of excluded batteries is referred to as “the number of short circuits after vibration”).

さらに、上記試験後25℃にて放置し、1週間放置後および1ヶ月放置後の電圧を測定した。それぞれの時点での電圧をそれぞれ「1週間放置後電圧」および「1ヶ月放置後電圧」と称する。また、それぞれの時点で電圧が25Vに達しない電池については、短絡が発生しているものとみなし(それぞれの時点での短絡個数を「1週間放置後短絡数」および「1ヶ月放置後短絡数」と称する)、1週間放置の時点で電圧が25Vに達しない電池については、以降の試験からは除外した。   Further, after the above test, the sample was left at 25 ° C., and the voltage was measured after being left for one week and left for one month. The voltage at each time point is referred to as “voltage after standing for one week” and “voltage after standing for one month”, respectively. In addition, regarding the battery whose voltage does not reach 25V at each time point, it is considered that a short circuit has occurred (the number of short circuits at each time point is the number of short circuits after being left for one week) and the number of short circuits after being left for one month. The battery whose voltage did not reach 25 V when left for one week was excluded from the subsequent tests.

以上の試験について、短絡数および測定電圧の結果を下記の表1に示す。   The results of the number of short circuits and the measured voltage for the above test are shown in Table 1 below.

(実施例2)
外装材の「PENとAl粒子との混合層」における各成分の混合比をPEN:Al=50:50(体積比)としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 2)
The same as Example 1 except that the mixing ratio of each component in the “mixed layer of PEN and Al 2 O 3 particles” of the exterior material was PEN: Al 2 O 3 = 50: 50 (volume ratio). A bipolar lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated. The results are shown in Table 1 below.

(実施例3)
外装材の「PENとAl粒子との混合層」における各成分の混合比をPEN:Al=30:70(体積比)としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 3)
The same as Example 1 except that the mixing ratio of each component in the “mixed layer of PEN and Al 2 O 3 particles” of the exterior material was PEN: Al 2 O 3 = 30: 70 (volume ratio). A bipolar lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated. The results are shown in Table 1 below.

(実施例4)
外装材の「PENとAl粒子との混合層」における各成分の混合比をPEN:Al=20:80(体積比)としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
Example 4
The same as Example 1 except that the mixing ratio of each component in the “mixed layer of PEN and Al 2 O 3 particles” of the exterior material was PEN: Al 2 O 3 = 20: 80 (volume ratio). A bipolar lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated. The results are shown in Table 1 below.

(実施例5)
外装材の「PENとAl粒子との混合層」におけるAl粒子をシリカアルミナゲル粒子に代えたこと以外は、上記の実施例2と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 5)
Bipolar lithium ion secondary by the same method as in Example 2 except that the Al 2 O 3 particles in the “mixed layer of PEN and Al 2 O 3 particles” of the exterior material are replaced with silica alumina gel particles. A battery was prepared and evaluated. The results are shown in Table 1 below.

(実施例6)
外装材の「PENとAl粒子との混合層」におけるAl粒子をシリカゲル粒子に代えたこと以外は、上記の実施例2と同様の手法により非水電解
質電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 6)
Except that the Al 2 O 3 particles in the “mixed layer of PEN and Al 2 O 3 particles” of the exterior material were replaced with silica gel particles, a nonaqueous electrolyte battery was produced by the same method as in Example 2 above, Evaluation was performed. The results are shown in Table 1 below.

(実施例7)
「PENとAl粒子との混合層」を有さず、電極端子(アルミニウム板)の外装通過部位と、変性PPとの間に、Al膜(厚さ(t):5μm)が配置される構造の外装材を用いたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。Al膜は、スパッタリング法により形成した。なお、本実施例においては、「スパッタリング法により形成されたAl膜」が「セラミック部」に相当する。
(Example 7)
There is no “mixed layer of PEN and Al 2 O 3 particles”, and an Al 2 O 3 film (thickness (t): 5 μm) between the exterior passage portion of the electrode terminal (aluminum plate) and the modified PP. A bipolar lithium ion secondary battery was prepared and evaluated by the same method as in Example 1 except that the outer packaging material having a structure in which) was disposed was used. The results are shown in Table 1 below. The Al 2 O 3 film was formed by a sputtering method. In this example, “Al 2 O 3 film formed by sputtering” corresponds to “ceramic part”.

(実施例8)
Al膜に代えてシリカ(SiO)膜を形成したこと以外は、上記の実施例7と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 8)
A bipolar lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 7 except that a silica (SiO 2 ) film was formed instead of the Al 2 O 3 film. The results are shown in Table 1 below.

(実施例9)
Al膜に代えてマグネシア(MgO)膜を形成したこと以外は、上記の実施例7と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
Example 9
A bipolar lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 7 except that a magnesia (MgO) film was formed instead of the Al 2 O 3 film. The results are shown in Table 1 below.

(実施例10)
Al膜に代えてジルコニア(ZrO)膜を形成したこと以外は、上記の実施例7と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 10)
A bipolar lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 7 except that a zirconia (ZrO 2 ) film was formed instead of the Al 2 O 3 film. The results are shown in Table 1 below.

(実施例11)
Al膜に代えてイットリア(Y)膜を形成したこと以外は、上記の実施例7と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 11)
A bipolar lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 7 except that an yttria (Y 2 O 3 ) film was formed instead of the Al 2 O 3 film. The results are shown in Table 1 below.

(実施例12)
Al膜に代えてカルシア(CaO)膜を形成したこと以外は、上記の実施例7と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 12)
A bipolar lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 7 except that a calcia (CaO) film was formed instead of the Al 2 O 3 film. The results are shown in Table 1 below.

(実施例13) スパッタリング法に代えて真空蒸着法によりAl膜を形成したこと以外は、上記の実施例8と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。 (Example 13) A bipolar lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 8 except that an Al 2 O 3 film was formed by vacuum deposition instead of sputtering. It was. The results are shown in Table 1 below.

(実施例14)
上記の実施例8と同様の手法により外装通過部位にAl膜を形成したこと以外は、上記の実施例2と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 14)
A bipolar lithium ion secondary battery was prepared and evaluated by the same method as in Example 2 except that an Al 2 O 3 film was formed at the exterior passage site by the same method as in Example 8 above. It was. The results are shown in Table 1 below.

(実施例15)
外装材の「PENとAl粒子との混合層」の厚さ(t)を2μmとしたこと、およびAl粒子の平均粒子径を1μmにしたこと以外は、上記の実施例2と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 15)
Except that the thickness (t) of the “mixed layer of PEN and Al 2 O 3 particles” of the exterior material was 2 μm, and the average particle diameter of the Al 2 O 3 particles was 1 μm, the above examples A bipolar lithium ion secondary battery was prepared by the same method as in No. 2 and evaluated. The results are shown in Table 1 below.

(実施例16)
外装材の「PENとAl粒子との混合層」におけるPENをPET(ポリエチレンテレフタレート)に代えたこと以外は、上記の実施例2と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 16)
A bipolar lithium ion secondary battery is produced in the same manner as in Example 2 except that PEN in the “mixed layer of PEN and Al 2 O 3 particles” of the exterior material is replaced with PET (polyethylene terephthalate). And evaluated. The results are shown in Table 1 below.

(実施例17)
外装材の「PENとAl粒子との混合層」におけるPENをPPに代えたこと以外は、上記の実施例2と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 17)
A bipolar lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 2 except that PEN in the “mixed layer of PEN and Al 2 O 3 particles” of the exterior material was replaced with PP. went. The results are shown in Table 1 below.

(実施例18)
ポリエチレンナフタレート(PEN)とアルミナ(Al)粒子(球状、平均粒子径:1μm)とからなる膜状のセラミック(PEN:Al=50:50(体積比))(厚さ(t):4μm)を2枚重ねた積層体をセラミック部として用いたこと以外は実施例2と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 18)
Film-like ceramic (PEN: Al 2 O 3 = 50: 50 (volume ratio)) composed of polyethylene naphthalate (PEN) and alumina (Al 2 O 3 ) particles (spherical, average particle diameter: 1 μm) (thickness) A bipolar lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that a laminate obtained by stacking two (t): 4 μm) was used as the ceramic part. The results are shown in Table 1 below.

(実施例19)
ポリエチレンナフタレート(PEN)とアルミナ(Al)粒子(球状、平均粒子径:1μm)とからなる膜状のセラミック(PEN:Al=50:50(体積比))(厚さ(t):4μm)および、PENとSiO粒子(球状、平均粒子径:1μm)とからなる膜状のセラミック(PEN:SiO=50:50(体積比))(厚さ(t):4μm)の積層体をセラミック部として用いたこと以外は実施例2と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
Example 19
Film-like ceramic (PEN: Al 2 O 3 = 50: 50 (volume ratio)) composed of polyethylene naphthalate (PEN) and alumina (Al 2 O 3 ) particles (spherical, average particle diameter: 1 μm) (thickness) (T): 4 μm) and a film-like ceramic (PEN: SiO 2 = 50: 50 (volume ratio)) composed of PEN and SiO 2 particles (spherical, average particle diameter: 1 μm) (thickness (t): A bipolar lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the 4 μm laminate was used as the ceramic part. The results are shown in Table 1 below.

(実施例20)
PENとAl粒子(球状、平均粒子径:1μm)とからなる膜状のセラミック(PEN:Al=50:50(体積比))(厚さ(t):4μm)および、PENとMgO粒子(球状、平均粒子径:1μm)とからなる膜状のセラミック(PEN:MgO=50:50(体積比))(厚さ(t):4μm)の積層体をセラミック部として用いたこと以外は実施例2と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 20)
A film-like ceramic (PEN: Al 2 O 3 = 50: 50 (volume ratio)) composed of PEN and Al 2 O 3 particles (spherical, average particle diameter: 1 μm) (thickness (t): 4 μm), and A laminated body of a film-like ceramic (PEN: MgO = 50: 50 (volume ratio)) (thickness (t): 4 μm) made of PEN and MgO particles (spherical, average particle diameter: 1 μm) is used as a ceramic part. A bipolar lithium ion secondary battery was produced and evaluated in the same manner as in Example 2 except that it was not. The results are shown in Table 1 below.

(実施例21)
PENとAl粒子との混合層の厚さを4μmとしたこと、さらに二つ目のセラミック層として、電極端子(アルミニウム板)の外装通過部位と、変性PPとの間に、スパッタリングによりAl膜(厚さ(t):2μm)を設けたこと以外は、実施例2と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Example 21)
The thickness of the mixed layer of PEN and Al 2 O 3 particles was set to 4 μm, and as the second ceramic layer, sputtering was performed between the exterior passage site of the electrode terminal (aluminum plate) and the modified PP. A bipolar lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that an Al 2 O 3 film (thickness (t): 2 μm) was provided. The results are shown in Table 1 below.

(比較例)
外装材として「PENとAl粒子との混合層」を有さないものを用いたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(Comparative example)
A bipolar lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that a material having no “mixed layer of PEN and Al 2 O 3 particles” was used as the exterior material. Went. The results are shown in Table 1 below.

なお、上記の各実施例および比較例において作製された電池の電池要素はいずれも10個の単電池が直列に電気的に接続されてなる構造を有する。そして、各単電池は4.2Vの電圧を有することから、各電池の電池電圧(E)はいずれも42Vであった。また、各実施例において設けられた「絶縁層」の絶縁破壊電圧(B)[V/μm]はいずれも10V/μmであった。   In addition, the battery element of the battery produced in each of the above examples and comparative examples has a structure in which ten unit cells are electrically connected in series. Since each unit cell has a voltage of 4.2V, the battery voltage (E) of each battery was 42V. The dielectric breakdown voltage (B) [V / μm] of the “insulating layer” provided in each example was 10 V / μm.

Figure 2007173212
Figure 2007173212

各実施例と各比較例との比較から、金属−樹脂ラミネートシートからなる外装中に封入される双極型リチウムイオン二次電池の電極端子の外装通過部位において、前記外装の内部であって前記電極端子と前記金属箔との間(実施例1〜6、15、16〜20)、または前記外装と前記電極端子との間(実施例7〜14、21)に、セラミックを含有する絶縁層を設けると、歩留まりの向上、並びに加振および保存時の電圧低下の抑制といった効果が得られることが示される。   From the comparison between each example and each comparative example, in the exterior passage portion of the electrode terminal of the bipolar lithium ion secondary battery sealed in the exterior made of the metal-resin laminate sheet, the electrode inside the exterior and the electrode An insulating layer containing ceramic is provided between the terminal and the metal foil (Examples 1 to 6, 15, and 16 to 20) or between the exterior and the electrode terminal (Examples 7 to 14 and 21). If provided, it is shown that effects such as improvement in yield and suppression of vibration and voltage drop during storage can be obtained.

また、実施例1〜14および16〜21と、実施例15との比較から、設けられる絶縁層の厚さ(t)が所定の条件(E/B<t)を満たすと、上記の効果がより一層顕著に発揮されうることがわかる。   Further, from the comparison between Examples 1 to 14 and 16 to 21 and Example 15, when the thickness (t) of the provided insulating layer satisfies a predetermined condition (E / B <t), the above effect is obtained. It can be seen that it can be exhibited more remarkably.

以上のことから、本発明によれば、端子間電圧が比較的大きくなる可能性のある双極型リチウムイオン二次電池において、電極端子の外装通過部位における電極端子とラミネートシートを構成する金属箔との間の短絡が有効に防止され、その結果として、加振時や保存時における電圧の低下が有効に抑制されうることが示唆される。   From the above, according to the present invention, in the bipolar lithium ion secondary battery in which the voltage between the terminals may be relatively large, the electrode terminal in the exterior passage portion of the electrode terminal and the metal foil constituting the laminate sheet; It is suggested that a short circuit between the two is effectively prevented, and as a result, a decrease in voltage during excitation and storage can be effectively suppressed.

本発明の外装材の各構成要素の配置形態を例示した図である。It is the figure which illustrated the arrangement form of each component of the exterior material of the present invention. 本発明の外装材を適用した双極型リチウムイオン二次電池の断面概略図である。It is the cross-sectional schematic of the bipolar type lithium ion secondary battery to which the exterior material of this invention is applied. 本発明の外装材を適用した双極型リチウムイオン二次電池の断面概略図である。It is the cross-sectional schematic of the bipolar type lithium ion secondary battery to which the exterior material of this invention is applied. 本発明の外装材を適用した双極型リチウムイオン二次電池の断面概略図である。It is the cross-sectional schematic of the bipolar type lithium ion secondary battery to which the exterior material of this invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

20 単電池層
25 電池要素
30 単電池層
35 電池要素
40 単電池層
45 電池要素
160 外装材
161 セラミック部
163 樹脂膜
165 金属箔
210 電解質層
220 正極活物質層
230 負極活物質層
240 集電体
242 電極端子
260 外装材
261 セラミック部
263 樹脂膜
265 金属箔
310 電解質層
320 正極活物質層
330 負極活物質層
340 集電体
342 電極端子
360 外装材
361 セラミック部
363 樹脂膜
365 金属箔
410 電解質層
420 正極活物質層
430 負極活物質層
440 集電体
442 電極端子
441 端部集電体
461 セラミック部
463 樹脂膜
465 金属箔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Single cell layer 25 Battery element 30 Single cell layer 35 Battery element 40 Single cell layer 45 Battery element 160 Exterior material 161 Ceramic part 163 Resin film 165 Metal foil 210 Electrolyte layer 220 Positive electrode active material layer 230 Negative electrode active material layer 240 Current collector 242 Electrode terminal 260 Exterior material 261 Ceramic part 263 Resin film 265 Metal foil 310 Electrolyte layer 320 Positive electrode active material layer 330 Negative electrode active material layer 340 Current collector 342 Electrode terminal 360 Exterior material 361 Ceramic part 363 Resin film 365 Metal foil 410 Electrolyte layer 420 positive electrode active material layer 430 negative electrode active material layer 440 current collector 442 electrode terminal 441 end current collector 461 ceramic portion 463 resin film 465 metal foil

Claims (16)

正極活物質層および負極活物質層に挟持された電解質層を少なくとも電池要素として含む電気化学デバイス用の外装材であって、
セラミックを含有するセラミック部と、樹脂膜または金属箔とからなることを特徴とする、外装材。
An outer packaging material for an electrochemical device including at least a battery element as an electrolyte layer sandwiched between a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer,
An exterior material comprising a ceramic part containing ceramic and a resin film or a metal foil.
前記セラミック部の絶縁破壊電圧をB[V/μm]とし、前記電気化学デバイスの電池電圧をE[V]とした場合に、前記セラミック部の厚さt[μm]が下記数式1:
Figure 2007173212
を満足する、請求項1に記載の外装材。
When the dielectric breakdown voltage of the ceramic part is B [V / μm] and the battery voltage of the electrochemical device is E [V], the thickness t [μm] of the ceramic part is expressed by the following formula 1:
Figure 2007173212
The exterior material according to claim 1, wherein:
前記セラミック部は、複数の粒子状のセラミックと、前記粒子状のセラミック同士を連結するためのバインダとを含む、請求項1または2に記載の外装材。   The exterior material according to claim 1 or 2, wherein the ceramic portion includes a plurality of particulate ceramics and a binder for connecting the particulate ceramics. 前記バインダが、ポリオレフィン、ポリイミドおよびポリアミドイミドからなる群から選択される1種以上である、請求項3に記載の外装材。   The exterior material according to claim 3, wherein the binder is at least one selected from the group consisting of polyolefin, polyimide, and polyamideimide. 前記粒子状のセラミックと前記バインダとの総量に対する前記粒子状のセラミックの割合が1〜70体積%である、請求項3または4に記載の外装材。   The packaging material according to claim 3 or 4, wherein a ratio of the particulate ceramic to a total amount of the particulate ceramic and the binder is 1 to 70% by volume. 前記セラミックが、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、マグネシウム、カルシウム、およびスカンジウムからなる群から選択される1種以上の元素を含む酸化物セラミックである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の外装材。   6. The ceramic according to claim 1, wherein the ceramic is an oxide ceramic containing one or more elements selected from the group consisting of silicon, aluminum, zirconium, yttrium, magnesium, calcium, and scandium. Exterior material. 前記酸化物セラミックがシリカゲル、およびシリカアルミナゲルからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項6に記載の外装材。   The packaging material according to claim 6, wherein the oxide ceramic is at least one selected from the group consisting of silica gel and silica alumina gel. 前記セラミック部は膜状のセラミックを含む、請求項1〜7のいずれかに記載の外装材。   The said ceramic part is an exterior material in any one of Claims 1-7 containing a film-form ceramic. 前記絶縁層が、蒸着法により設けられたものである、請求項8に記載の外装材。   The packaging material according to claim 8, wherein the insulating layer is provided by a vapor deposition method. 前記セラミックを2層以上含む、請求項8または9に記載の外装材。   The packaging material according to claim 8 or 9, comprising two or more layers of the ceramic. 前記セラミック部が全面に設けられている、請求項1〜10のいずれか1項に記載の外装材。   The exterior material according to any one of claims 1 to 10, wherein the ceramic portion is provided on the entire surface. 請求項1〜11のいずれか1項に記載の外装材を含む、電気化学デバイス。   The electrochemical device containing the exterior | packing material of any one of Claims 1-11. 前記電池要素と連結された電極端子を含み、
前記外装材は前記金属箔を含み、
前記外装材の前記セラミック部は、前記金属箔と前記電極端子とを電気的に隔てるように配置される、12に記載の電気化学デバイス。
An electrode terminal connected to the battery element;
The exterior material includes the metal foil,
13. The electrochemical device according to 12, wherein the ceramic portion of the exterior material is disposed so as to electrically separate the metal foil and the electrode terminal.
双極型リチウムイオン二次電池である、請求項12または13に記載の電気化学デバイス。   The electrochemical device according to claim 12 or 13, which is a bipolar lithium ion secondary battery. 請求項12〜13のいずれか1項に記載の電気化学デバイスが複数個、直列、並列、または直並列に電気的に接続されてなる組電池。   A battery pack comprising a plurality of electrochemical devices according to any one of claims 12 to 13 electrically connected in series, parallel, or series-parallel. 請求項12〜14のいずれか1項に記載の電気化学デバイス、または請求項15に記載の組電池を駆動用電源として搭載した車両。   The vehicle which mounts the electrochemical device of any one of Claims 12-14, or the assembled battery of Claim 15 as a drive power supply.
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