JP2007213990A - Battery module, battery pack, and vehicle with same battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バイポーラ電池を積層してなる電池モジュール、電池モジュールを複数個電気的に接続してなる組電池、及びそれらの電池を搭載した車両に関する。 The present invention relates to a battery module in which bipolar batteries are stacked, a battery pack in which a plurality of battery modules are electrically connected, and a vehicle on which these batteries are mounted.
近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できる積層型のバイポーラ電池に注目が集まっている(特許文献1参照)。 In recent years, reduction of carbon dioxide emissions has been strongly desired for environmental protection. In the automobile industry, there are high expectations for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), and we are eager to develop secondary batteries for motor drives that hold the key to their practical application. Has been done. As a secondary battery, attention is focused on a stacked bipolar battery that can achieve high energy density and high output density (see Patent Document 1).
一般的なバイポーラ電池は、複数個のバイポーラ電極を電解質層を介在させて直列に接続つまり積層した電池要素と、電池要素の全体を包み込んで封止する外装材と、電流を取り出すために外装材から外部に導出された端子と、を含んでいる。バイポーラ電極は、集電体の一方の面に正極活物質層を設けて正極が形成され、他方の面に負極活物質層を設けて負極が形成されている。正極活物質層、電解質層、および負極活物質層を順に積層したものが単電池層であり、この単電池層が一対の集電体の間に挟み込まれている。バイポーラ電池は、電池要素内においてはバイポーラ電極を積層する方向つまり電池の厚み方向に電流が流れるため、電流のパスが短く、電流ロスが少ないという利点がある。 A typical bipolar battery includes a battery element in which a plurality of bipolar electrodes are connected in series, that is, stacked with an electrolyte layer interposed therebetween, an outer packaging material that encloses and seals the entire battery element, and an outer packaging material for taking out current. And a terminal led out to the outside. In the bipolar electrode, a positive electrode is formed by providing a positive electrode active material layer on one surface of a current collector, and a negative electrode is formed by providing a negative electrode active material layer on the other surface. A single battery layer is formed by sequentially stacking a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode active material layer, and the single battery layer is sandwiched between a pair of current collectors. Bipolar batteries have the advantage that the current flows in the direction in which the bipolar electrodes are stacked, that is, in the thickness direction of the battery, in the battery element, so the current path is short and the current loss is small.
必要とされる容量および電圧を得るために、複数個のバイポーラ電池を電気的に接続して電池モジュールを形成したり、複数個の電池モジュールを電気的に接続して組電池を形成したりしている。なお、電池モジュールは電気的に接続された複数個のバイポーラ電池を備える点において組電池の一種であるが、本明細書においては、「組電池」を組み立てる際の単位ユニットを「電池モジュール」と称することとする。
電池モジュールを形成する際には、外装材によって電池要素を封止する作業が予め必要であり、電池モジュールを形成する一連の作業を簡素化することができない。 When forming a battery module, the operation | work which seals a battery element with an exterior material is required previously, and a series of operation | work which forms a battery module cannot be simplified.
また、複数個のバイポーラ電池同士を電気的に接続するためには、外装材から外部に導出された端子同士を溶接によって接合したり、バスバーなどの接続部材を介して接続したりしなければならず、この観点からも、電池モジュールを形成する一連の作業を簡素化することができない。 In addition, in order to electrically connect a plurality of bipolar batteries, terminals led out from the exterior material must be joined together by welding or connected via a connecting member such as a bus bar. In this respect, a series of operations for forming the battery module cannot be simplified.
本発明は、バイポーラ電池を用いた電池モジュールの形成を容易にし、これを通して、電池モジュールを複数個電気的に接続してなる組電池の形成を容易にすることを目的とする。 An object of the present invention is to facilitate the formation of a battery module using a bipolar battery, and to facilitate the formation of an assembled battery formed by electrically connecting a plurality of battery modules through the battery module.
上記目的を達成するための請求項1に記載の発明は、集電体の一方の面に正極層が配置され他方の面に負極層が配置されたバイポーラ電極を電解質層を介在させて積層した電池要素と、前記正極層、前記電解質層および前記負極層が積層されてなる単電池層のそれぞれの周囲に配置され前記単電池層と外気との接触を遮断するシール部とを含む複数個のバイポーラ電池と、
前記バイポーラ電極を積層する方向に沿う両側から複数個の前記バイポーラ電池を挟み込んで保持するとともに前記バイポーラ電池同士を電気的に接続する、導電性を有する一対の保持板と、を備え、
前記複数のバイポーラ電池同士は、導電性を有する弾性体を介して接触され、
前記弾性体の弾性率が1.0×103〜7.5×106Paであることを特徴とする電池モジュールである。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is characterized in that a bipolar electrode having a positive electrode layer disposed on one surface of a current collector and a negative electrode layer disposed on the other surface is laminated with an electrolyte layer interposed therebetween. A plurality of battery elements, and a plurality of seal parts arranged around each of the unit cell layers formed by laminating the positive electrode layer, the electrolyte layer, and the negative electrode layer and blocking contact between the unit cell layer and the outside air. Bipolar battery,
A pair of conductive holding plates that sandwich and hold a plurality of the bipolar batteries from both sides along the direction in which the bipolar electrodes are stacked and electrically connect the bipolar batteries; and
The plurality of bipolar batteries are contacted via an elastic body having conductivity,
The elastic modulus of the elastic body is 1.0 × 10 3 to 7.5 × 10 6 Pa.
本発明の電池モジュールによれば、複数のバイポーラ電池同士が導電性を有する弾性体を介して接触しており、この弾性体の弾性率が1.0×103〜7.5×106Paであるので、バイポーラ電池同士の接触面の凹凸を上記範囲の弾性率を有する弾性体の弾性力により吸収して面接触させることができ、該弾性体は導電性を有するのでバイポーラ電池同士を電気的に接続することができる。したがって、バイポーラ電池同士を接触抵抗を増加させることなく面接触させて電気的に接続することができ、またバイポーラ電池の端子同士を溶接接合するなどの作業が不要となり、一連の製造作業を簡素化して容易に電池モジュールを作製することができる。 According to the battery module of the present invention, a plurality of bipolar batteries are in contact with each other via an elastic body having conductivity, and the elastic modulus of the elastic body is 1.0 × 10 3 to 7.5 × 10 6 Pa. Therefore, the unevenness of the contact surface between the bipolar batteries can be absorbed and brought into surface contact by the elastic force of the elastic body having the elastic modulus in the above range, and since the elastic body has conductivity, the bipolar batteries are electrically connected to each other. Can be connected. Therefore, bipolar batteries can be brought into electrical contact with each other without increasing the contact resistance, and the work of welding the bipolar battery terminals to each other becomes unnecessary, simplifying a series of manufacturing operations. Thus, a battery module can be easily manufactured.
以下に、本発明に係る電池モジュール、組電池及びそれらの電池を搭載した車両の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態で引用する図面では、電池を構成する各層の厚みや形状を誇張して描いているが、これは発明の内容の理解を容易にするために行っているものであり、実際の電池における各層の厚みや形状と整合しているものではない。 Embodiments of a battery module, an assembled battery, and a vehicle equipped with these batteries according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the drawings cited in the following embodiments, the thickness and shape of each layer constituting the battery are exaggerated, but this is done to facilitate understanding of the contents of the invention. This is not consistent with the thickness or shape of each layer in an actual battery.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電池モジュール11の積層構造を示す断面図、図2は、図1に示されるバイポーラ電池40を示す断面図、図3は、バイポーラ電極21を示す断面図、図4は、単電池層26の説明に供する断面図である。図5は、セパレータ25aにシール部30を形成した電解質層25の製造過程の様子を段階的に表わす図であり、図5(A)は、電解質層25の基材をなすセパレータ25aを示す概略平面図、図5(B)は、セパレータ25aの外周部にシール部30を形成した状態を示す概略平面図、図5(C)は、セパレータ25aのシール部30よりも内側に電解質部25bを形成し、電解質層25を完成させた状態を示す概略平面図、図5(D)は、図5(C)の5D−5D線に沿う断面図である。図6(A)は、セパレータ25aにシール部30が形成された電解質層25とバイポーラ電極21とを積層した状態を示す要部断面図、図6(B)は、電解質層25とバイポーラ電極21とを積層した電池要素20を、積層方向に沿う両側から加圧し、シール部30を集電体22に密着させる様子を示す断面図である。
(First embodiment)
1 is a cross-sectional view showing a stacked structure of the
図1および図2を参照して、第1の実施形態の電池モジュール11は、概説すれば、バイポーラ電極21を電解質層25を介在させて積層した電池要素20と、電池要素20における単電池層26のそれぞれの周囲に配置され単電池層26と外気との接触を遮断するシール部30とを含む複数個(図示例では4個)のバイポーラ電池40と、バイポーラ電極21を積層する方向に沿う両側から複数個のバイポーラ電池40を挟み込んで保持するとともにバイポーラ電池40同士を電気的に接続する導電性を有する一対の保持板50、60と、を有する。複数個のバイポーラ電池40は、電池要素20が一対の保持板50、60によって直接挟み込まれている。ここに、「直接」とは、電池要素20の全体を包み込んで封止する外装材を介することなく、の意味である。後述する導電性を有する弾性体90を備える場合も、電池要素20を一対の保持板50、60によって直接挟み込む形態に含まれると理解されなければならない。
Referring to FIG. 1 and FIG. 2, the
第1の実施形態では、4個のバイポーラ電池40は、バイポーラ電極21を積層する方向(図1において上下方向)に積層され、電気的に直列に接続されている。この電気的な接続形態を「4直列」と称する。電池モジュール11はさらに、一対の保持板50、60によって複数個のバイポーラ電池40を挟み込んだ状態を維持する締結部材70と、図1において上側に示される保持板50を介して最上位のバイポーラ電池40の正極側に電気的に接続される正極端子81と、図1において下側に示される保持板60を介して最下位のバイポーラ電池40の負極側に電気的に接続される負極端子82と、を有する。
In the first embodiment, the four
なお、以下の説明では、図1において上側に示される保持板50を「上保持板50」ともいい、図1において下側に示される保持板60を「下保持板60」ともいう。また、バイポーラ電極21を積層する方向つまり電池の厚み方向を「積層方向」といい、積層方向に対して直交する方向つまり集電体22などが伸延する方向を「面方向」という。
In the following description, the
前記バイポーラ電極21は、図3に示すように、集電体22の一方の面に正極活物質層23を配置して正極が形成され、他方の面に負極活物質層24を配置して負極が形成されている。電池要素20の正極末端極は、集電体22の一方の面に正極活物質層23のみが設けられ、図2において最上位のバイポーラ電極21の上に電解質層25を介して積層される。電池要素20の負極末端極は、集電体22の一方の面に負極活物質層24のみが設けられ、図2において最下位のバイポーラ電極21の下に電解質層25を介して積層される。正極末端極および負極末端極もバイポーラ電極21の一種である。電解質層25は、基材をなすセパレータ25a(図5(A)参照)に電解質を保持させて構成されている。
As shown in FIG. 3, the
前記単電池層26は、図4に示すように、正極活物質層23、電解質層25および負極活物質層24が積層されることによって構成されている。単電池層26は、バイポーラ電極21が積層された電池要素20において、隣接する集電体22の間に挟まれる。図1の例のバイポーラ電池40は5層の単電池層26が設けられているが、層の数は任意に選択できる。5層の単電池層26を備えるバイポーラ電池40の厚みは、例えば、500μm〜600μm程度である。
As shown in FIG. 4, the
前記シール部30によって、単電池層26と外気との接触が遮断されている。これにより、液体または半固体のゲル状の電解質を使用する場合に生じ得る、液漏れによる液絡を防止している。また、空気あるいは空気中に含まれる水分と活物質とが反応することを防止している。本実施形態のシール部30は、電解質層25のセパレータ25aの外周部に形成されている(図5(D)参照)。シール部30を備える電解質層25は、概略、次のように製造される。
The sealing
まず、電解質層25の基材として、電解質層25に用いるサイズに相当するセパレータ25aを準備する(図5(A)参照)。次に、セパレータ25aの外周部に、シール用の樹脂30a(溶液)を配置し、シール部30を形成する(図5(B)参照)。セパレータ25aの外周部とは、電解質をセパレータ25aに保持させる部分よりも外側を意味する。シール用の樹脂30aは、例えば、適当な形状を有する型枠を用いて、充填・注液したり、塗布や含浸させたりして、セパレータ25aの外周部に配置される。シール部30は、セパレータ25aの表裏両面に形成される。セパレータ25aの表裏両面のそれぞれから突出するシール部30の厚さ(高さ)は、正極の厚さおよび負極の厚さよりも厚い寸法に設定されている。次に、シール部30よりも内側のセパレータ25aに電解質を保持させ、電解質部25bを形成する(図5(C)(D)参照)。電解質部25bは、電解質用原料スラリーを塗布、含浸して物理架橋させたり、さらに重合して化学架橋させたりする方法など、適当な方法によって形成される。以上により、セパレータ25aに電解質が保持され、さらに、セパレータ25aの電解質を保持させた部分つまり電解質部25bの外周部に、シール部30をなすシール用樹脂30aを配置してなる構造を有する電解質層25を製造することができる。
First, as a base material for the
前記セパレータ25aには、微多孔膜セパレータおよび不織布セパレータのいずれも利用することができる。
As the
微多孔膜セパレータとしては、例えば、電解質を吸収保持するポリマーからなる多孔性シートを用いることができる。ポリマーの材質としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、PP/PE/PPの3層構造をした積層体、ポリイミドなどが挙げられる。 As the microporous membrane separator, for example, a porous sheet made of a polymer that absorbs and holds an electrolyte can be used. Examples of the polymer material include polyethylene (PE), polypropylene (PP), a laminate having a three-layer structure of PP / PE / PP, and polyimide.
不織布セパレータとしては、例えば、繊維を絡めてシート化したものを用いることができる。また、加熱によって繊維同士を融着することにより得られるスパンボンドなども用いることができる。すなわち、繊維を適当な方法でウェブ(薄綿)状またはマット状に配列させ、適当な接着剤あるいは繊維自身の融着力により接合して作ったシート状のものであればよい。使用する繊維としては、特に制限されるものではなく、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを用いることができる。これらは、使用目的(電解質層25に要求される機械強度など)に応じて、単独または混合して用いる。 As the nonwoven fabric separator, for example, a sheet in which fibers are entangled can be used. In addition, a spunbond obtained by fusing fibers together by heating can also be used. In other words, it may be in the form of a sheet formed by arranging fibers in a web (thin cotton) shape or mat shape by an appropriate method, and joining them using an appropriate adhesive or the fusing force of the fibers themselves. The fibers to be used are not particularly limited, and conventionally known fibers such as cotton, rayon, acetate, nylon, polyester, polypropylene, polyethylene such as polyethylene, polyimide, and aramid can be used. These are used alone or in combination depending on the purpose of use (such as mechanical strength required for the electrolyte layer 25).
セパレータ25aの外周部に配置されるシール用の樹脂30aの形状は、単電池層26をシールする効果を有効に発現することができるものであればよく、特に制限されるものではない。例えば、図5(D)に示した断面矩形形状のほか、断面半円形状や断面楕円形状となるようにシール用の樹脂30aを配置することができる。
The shape of the sealing
シール用の樹脂30aを配置することによって得られるシール部30は、セパレータ25aを貫通またはセパレータ25aの側面全周を覆っていることが望ましい。セパレータ25aの内部を介して単電池層26と外気とが接触することを確実に遮断できるからである。
The
シール用の樹脂30aとしては、加圧変形させることによって集電体22に密着するゴム系樹脂、または加熱加圧して熱融着させることによって集電体22に密着するオレフィン系樹脂などの熱融着可能な樹脂を好適に利用することができる。
The sealing
図示例では、シール用の樹脂30aとして、ゴム系樹脂を用いている。ゴム系樹脂を用いるゴム系シール部30にあっては、ゴム系樹脂の弾性を利用して単電池層26と外気との接触を遮断することができる。また、振動や衝撃などによる応力が反復的にバイポーラ電池40に作用する環境下でも、ゴム系シール部30は、バイポーラ電池40の捩じれや変形に追従して容易に捩じれや変形するので、シール効果を保持することができる。さらに、熱融着処理を行なう必要がなく、電池製造工程が簡略化される点でも有利である。ゴム系樹脂としては、特に制限されるものではないが、好ましくは、シリコン系ゴム、フッ素系ゴム、オレフィン系ゴム、ニトリル系ゴムよりなる群から選択されるゴム系樹脂である。これらのゴム系樹脂は、シール性、耐アルカリ性、耐薬品性、耐久性・耐候性、耐熱性などに優れ、使用環境下でもこれらの優れた性能、品質を劣化させずに長期間維持することができる。このため、単電池層26と外気との接触の遮断つまり単電池層26のシールを、効果的かつ長期にわたって防止することができるからである。ただし、例示したゴム系樹脂に制限されるものではない。
In the illustrated example, a rubber-based resin is used as the sealing
図6(A)(B)には、ゴム系シール部30を集電体22に密着させる様子が示されている。図6(A)に示すように、セパレータ25aにゴム系シール部30が形成された電解質層25とバイポーラ電極21とを積層する。ゴム系シール部30の厚さは、正極ないし負極の厚さよりも厚くなるように成型されている。そこで、図6(B)に示すように、電解質層25とバイポーラ電極21とを積層した電池要素20を、積層方向に沿う両側から加圧し、ゴム系シール部30を加圧変形させて集電体22に密着させる。本実施形態では、ゴム系シール部30を加圧する際に、さらに熱を加えてある。ゴム系シール部30を加圧変形させた状態で熱融着することによって、ゴム系シール部30を集電体22に強固に結合(接着ないし融着)させてある。これにより、バイポーラ電池40を外部から常に加圧された状態に置く必要がなく、ゴム系シール部30を常に加圧するための部材などが不要になる。加圧する個所は、ゴム系シール部30が配置されているところだけ、またはゴム系シール部30が配置されている部分を含む電池要素20全体でもよい。加熱によるゴム系シール部30以外の電池部品への影響を考慮すれば、加熱する個所は、ゴム系シール部30が配置されているところだけとし、ゴム系シール部30材が配置されている部分以外については、加圧のみ行うようにするのが望ましい。
6A and 6B show how the
図示省略するが、熱融着可能な樹脂を用いる熱融着樹脂系シール部にあっては、電解質層25とバイポーラ電極21とを積層した電池要素20を、積層方向に沿う両側から加圧および加熱すると、熱融着によって単電池層26と外気との接触を遮断することができる。熱融着可能な樹脂としては、シール部としてバイポーラ電池40のあらゆる使用環境下にて、優れたシール効果を発揮することができるものであれば特に制限されるものではない。好ましくは、シリコン、エポキシ、ウレタン、ポリブタジエン、オレフィン系樹脂(ポリプロピレン、ポリエチレンなど)、パラフィンワックスよりなる群から選択される樹脂である。これらの熱融着可能な樹脂は、シール性、耐アルカリ性、耐薬品性、耐久性・耐候性、耐熱性などに優れ、使用環境下でもこれらの優れた性能、品質を劣化させずに長期間維持することができる。このため、単電池層26と外気との接触の遮断つまり単電池層26のシールを、効果的かつ長期にわたって防止することができるからである。ただし、例示した熱融着可能な樹脂に制限されるものではない。より好ましくは、集電体22との接着性を向上させた樹脂が好ましく、例えば、変性ポリプロピレンなどが挙げられる。なお、加熱する際の温度条件としては、熱融着可能な樹脂の熱融着温度よりも高い温度であって他の電池部品に影響を及ぼさない範囲の温度であればよく、熱融着可能な樹脂の種類に応じて適宜決定すればよい。例えば、変性ポリプロピレンなどでは、200℃程度が好適であるが、これに制限されるものではない。加圧する個所および加熱する個所については、ゴム系シール部30の場合と同様である。
Although not shown in the figure, in the heat-sealing resin-based seal portion using a heat-fusible resin, the
シール部30は、非融着層を融着層で挟み込んだ三層フィルムから構成することもできる。
The sealing
シール部30の大きさは、図6に示されるように集電体22の端部から面方向にはみ出さない大きさに限定されず、集電体22の端部から面方向にはみ出す大きさを有していてもよい。集電体22の外周縁部同士の接触による内部ショートを確実に防止できるからである。
The size of the
シール部を電解質層から独立させて単電池層の周囲に配置することもできるが、この場合には、電池製造時においては、電解質層の積層とシール部の積層とを別個に行わなければならず、製造工程が複雑化ないし煩雑化する虞がある。これに対して、本実施形態では、シール部30を電解質層25に設けてあるので、電池製造時においては、電解質層25の積層とシール部30の積層とを同時に行うことができる。電池製造工程が複雑にならない結果、製品のコスト低減を図ることもできる。
The seal part can be arranged around the single cell layer independently of the electrolyte layer. In this case, however, the electrolyte layer and the seal part must be separately laminated when manufacturing the battery. However, the manufacturing process may be complicated or complicated. On the other hand, in this embodiment, since the
図1を再び参照して、第1の実施形態では、上下の保持板50、60はともに、導電性を有する金属板(導電板)51、61から形成されている。導電板51、61は、例えば、アルミニウムや、ステンレス鋼等から形成されている。上下の保持板50、60のそれぞれには、通しボルト71を挿通するためにボルト穴51a、61aが形成されている。各ボルト穴51a、61aに挿通した通しボルト71にナット72を締結することによって、上下の保持板50、60によって複数個のバイポーラ電池40を挟み込んだ状態が維持される。上下の保持板50、60はともに導電性を有するので、通しボルト71およびナット72は電気絶縁性の材料から形成されている。通しボルト71およびナット72により、一対の保持板50、60によって複数個のバイポーラ電池40を挟み込んで押付け力を付与した状態を維持する締結部材70が構成されている。
Referring again to FIG. 1, in the first embodiment, the upper and
バイポーラ電池40同士は、導電性を有する弾性体90を介して接触している。上述したように、電池要素20の正極末端極には集電体22の一方の面に正極活物質層23のみが設けられ、負極末端極には集電体22の一方の面に負極活物質層24のみが設けられており、各バイポーラ電池40の正極末端および負極末端には集電体22が配置されている。集電体22は金属箔から形成されるため、微視的に見れば凹凸形状を有しており、集電体22同士の接触抵抗が増加する虞がある。したがって、導電性を有する弾性体90を介してバイポーラ電池40同士を接触させることにより、両者の間の接触抵抗を低減する。
The
同様の理由により、上下の保持板50、60とバイポーラ電池40とは、導電性を有する弾性体90を介して接触させることが好ましい。すなわち、上下の保持板50、60はステンレス鋼板等の金属板によって形成され、集電体22は金属箔から形成されるため、それぞれの表面は微視的に見れば凹凸形状を有しており、保持板50、60とバイポーラ電池40との間の接触抵抗が増加する虞がある。したがって、導電性を有する弾性体90を介して上下の保持板50、60とバイポーラ電池40とを接触させることにより、両者の間の接触抵抗を低減する。
For the same reason, it is preferable that the upper and
図7を参照して、導電性を有する弾性体90について、より詳しく説明する。図7は、図1の電池モジュールの構造を模式的に示す断面図である。図7に示すように、本実施形態の電池モジュール11は外装ケース100内に収納されるが、たとえば、図1に示したように通しボルト71およびナット72を締結することにより、一対の保持板50、60によって複数個のバイポーラ電池40を挟み込んで押付け力を付与した状態で収納される。したがって、バイポーラ電池40同士の間、および保持板50、60とバイポーラ電池40との間に、導電性を有する銅板、アルミニウム板等の硬い金属板を介在させた場合には、板材の角部(エッヂ)によりバイポーラ電極40が短絡する虞があるため、柔らかい材料を用いる必要がある。また、パイポーラ電池40の表面の集電体22には最大で±50μmの凹凸が存在するため、硬い導電性金属板では接触抵抗を増加させてしまう。
The conductive
そこで、パイポーラ電池40の表面の凹凸を吸収できる柔らかさをもった導電性材料が用いることが好ましく、本発明では、バイポーラ電池40を接続するのに適した導電性材料の弾性率を規定することを試みた。また、弾性率の低い材料を用いることで、電池モジュール11を車両に搭載した場合に、振動に絶え得る構造を構成することが可能となる。
Therefore, it is preferable to use a conductive material having a softness that can absorb irregularities on the surface of the
図8は、本実施形態において、導電性を有する弾性体90の弾性率の検討に用いる図である。図8において、押付け力を1.0×103〜1.0×105Paとし、バイポーラ電池表面の集電体22の凹凸をそれぞれ50μm、弾性体90の肉厚を0.5〜1.0mmとし、弾性体90を最大100μm縮ませたい場合について検討する。
FIG. 8 is a diagram used for examining the elastic modulus of the
すなわち、現状のバイポーラ電池の表面凹凸と、最小の押付け力1.0×103Paより、最小の弾性率を規定する。 That is, the minimum elastic modulus is defined by the surface unevenness of the current bipolar battery and the minimum pressing force of 1.0 × 10 3 Pa.
1.0×103Pa×(0.1/0.1)=1.0×103Pa
また、目標のバイポーラ電池の表面凹凸と、最大の押付け力1.0×105Paより、最大の弾性率を規定する。
1.0 × 10 3 Pa × (0.1 / 0.1) = 1.0 × 10 3 Pa
Further, the maximum elastic modulus is defined by the surface unevenness of the target bipolar battery and the maximum pressing force of 1.0 × 10 5 Pa.
1.0×105Pa×(3.0/0.04)=7.5×106Pa
このような検討に基づいて、一対の保持板50、60による押付け力が1.0×103〜1.0×105Pa、弾性体90の厚さが0.1mm〜3.0mmである場合には、弾性体90の弾性率は1.0×103〜7.5×106Paであることが好ましい。
1.0 × 10 5 Pa × (3.0 / 0.04) = 7.5 × 10 6 Pa
Based on such examination, the pressing force by the pair of holding
この弾性率と導電性(電子導電性)とを満足する材料としては、導電性ゴムシートまたはグラファイトシート等が挙げられる。 Examples of the material satisfying this elastic modulus and conductivity (electronic conductivity) include a conductive rubber sheet or a graphite sheet.
上下保持版50、60により複数のバイポーラ電池40を保持する場合、導電性を有する弾性体90は導電性ゴムシートを用いることが好ましい。導電性ゴムシートを用いることにより密着性、集電箔の保護、耐振動性、温度変化による積厚変化の吸収などが期待できる。導電性ゴムシートは、樹脂にカーボン、又は金属の微粒子を分散させた導電性樹脂、又は、導電性のプラスチックである。
When holding the plurality of
具体的には、導電性ゴムとしては、シリコンゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒンゴム、アクリルゴム、エチレンアクリルゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、クロロプレーンゴム、ターブレン、(EPDM)、エチレンゴム、プロピレンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴムまたはイソプレンゴム等が挙げられる。 Specifically, as the conductive rubber, silicon rubber, fluorine rubber, epichlorohin rubber, acrylic rubber, ethylene acrylic rubber, urethane rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, chlorosulfonated polyethylene, chloroprene rubber, terbrene (EPDM), ethylene rubber, propylene rubber, butyl rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, natural rubber, or isoprene rubber.
これらの弾性体90がその弾性力により集電体22や保持板50、60の微小な凹部内に入り込むことによって、バイポーラ電池40同士の間、および保持板50、60とバイポーラ電池40との間の密着性が良好になる。導電性を有する弾性体90は、たとえば、両面テープの形態を有していてもよい。導電性を有する弾性体90と微小な凹凸形状を有する集電体22または保持板50、60との密着性が良好になる結果、接触抵抗が低減し、電池モジュール11の高出力化を図ることができる。
When these
なお、図1では、理解の容易のために、導電性を有する弾性体90をバイポーラ電池40の端部から面方向にはみ出して示してあるが、この場合に限定されるものではなく、図7のようにバイポーラ電池40の端部からはみ出さないように形成してもよい。
In FIG. 1, for the sake of easy understanding, the
第1の実施形態にあっては、単電池層26と外気との接触を遮断するシール部30をバイポーラ電池40に設けたので、電池要素20を外装材によって封止する必要がなく、複数個のバイポーラ電池40は、一対の保持板50、60によって直接挟み込まれている。電池モジュール11を形成するに際して、個々の電池要素20を外装材によって封止する作業が不要になることを通して、バイポーラ電池40を用いた電池モジュール11を形成する一連の作業を簡素化することができる。また、上下の保持板50、60によって複数個のバイポーラ電池40を挟み込んで保持するだけで、複数個のバイポーラ電池40が電気的に接続される。複数個のバイポーラ電池40を電気的に接続するに際して、電流取り出し用の端子同士を溶接によって接合したり、バスバーなどの接続部材を介して接続したりする作業が不要になる。この観点からも、電池モジュール11を形成する一連の作業を簡素化することができる。電流取り出し用の端子を介在せず、バイポーラ電池40同士を直接あるいは導電性を有する弾性体90を介して接続するので、電池モジュール11の高出力化を図ることもできる。外装材や電流取り出し用の端子が不要になるので、その分だけ、電池モジュール11の容積を小さくすることができる。さらに、上下の保持板50、60はともに導電性を有するので、複数個のバイポーラ電池40を挟み込んで保持するだけで電流を取り出すことが可能となり、電流を取り出すための構造も簡素化できる。このように、電池モジュール11は、電池要素20内においては積層方向に電流が流れるというバイポーラ電池40の利点を生かした構造を有し、バイポーラ電池40を用いた電池モジュール11の形成が容易なものとなる。
In the first embodiment, since the
複数個のバイポーラ電池40が電気的に直列に接続されているので、直列接続する個数を変更するだけで、出力に関する要求に対して簡単に応えることができる。
Since the plurality of
バイポーラ電池40の構成は、特に説明したものを除き、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている公知の材料を用いればよく、特に限定されるものではない。以下に、このバイポーラ電池40に使用することのできる集電体、正極活物質層、負極活物質層、電解質層等について参考までに説明する。
The configuration of the
(集電体)
本実施形態で用いることのできる集電体は、特に制限されるものではなく、従来公知のものを利用することができる。例えば、アルミニウム箔、ステンレス鋼箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく使える。また、金属表面に、アルミニウムを被覆させた集電体であってもよい。また、場合によっては、2つ以上の金属箔を張り合わせた集電体を用いてもよい。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウム箔を集電体として用いることが好ましい。
(Current collector)
The current collector that can be used in the present embodiment is not particularly limited, and a conventionally known current collector can be used. For example, aluminum foil, stainless steel foil, nickel-aluminum clad material, copper-aluminum clad material, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Further, a current collector in which a metal surface is coated with aluminum may be used. Moreover, you may use the electrical power collector which bonded 2 or more metal foil depending on the case. From the viewpoint of corrosion resistance, ease of production, economy, etc., it is preferable to use an aluminum foil as a current collector.
集電体の厚さは、特に限定されないが、1μm〜100μm程度である。 The thickness of the current collector is not particularly limited, but is about 1 μm to 100 μm.
(正極活物質層)
正極は、正極活物質を含む。このほかにも、導電助剤、バインダー等が含まれ得る。化学架橋または物理架橋によりゲル電解質として正極および負極内に十分に浸透させている。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode includes a positive electrode active material. In addition to this, a conductive aid, a binder, and the like may be included. The gel electrolyte is sufficiently infiltrated into the positive electrode and the negative electrode by chemical crosslinking or physical crosslinking.
正極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される、遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用できる。具体的には、LiCoO2等のLi・Co系複合酸化物、LiNiO2等のLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMn2O4等のLi・Mn系複合酸化物、LiFeO2等のLi・Fe系複合酸化物等が挙げられる。この他、LiFePO4等の遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物;V2O5、MnO2、TiS2、MoS2、MoO3等の遷移金属酸化物や硫化物;PbO2、AgO、NiOOH等が挙げられる。 As the positive electrode active material, a composite oxide of transition metal and lithium, which is also used in a solution-type lithium ion battery, can be used. Specifically, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, Li · Mn-based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4, Li · such LiFeO 2 Examples thereof include Fe-based composite oxides. In addition, transition metal and lithium phosphate compounds and sulfuric acid compounds such as LiFePO 4 ; transition metal oxides and sulfides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 ; PbO 2 , AgO, NiOOH etc. are mentioned.
正極活物質の粒径は、製法上、正極材料をペースト化してスプレーコート等により製膜し得るものであればよいが、さらにバイポーラ電池の電極抵抗を低減するために、電解質が固体でない溶液タイプのリチウムイオン電池で用いられる一般に用いられる粒径よりも小さいものを使用するとよい。具体的には、正極活物質の平均粒径が0.1μm〜10μmであるとよい。 The particle size of the positive electrode active material is not limited as long as it can be formed into a paste by spraying the positive electrode material and spray coating or the like, but in order to further reduce the electrode resistance of the bipolar battery, the electrolyte is not a solid solution type What is smaller than the generally used particle size used in the lithium ion battery of the present invention may be used. Specifically, the average particle diameter of the positive electrode active material is preferably 0.1 μm to 10 μm.
高分子ゲル電解質は、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる。 The polymer gel electrolyte is a solid polymer electrolyte having ion conductivity containing an electrolyte solution usually used in a lithium ion battery. Further, in the polymer skeleton having no lithium ion conductivity, In addition, those holding the same electrolytic solution are also included.
ここで、高分子ゲル電解質に含まれる電解液(電解質塩および可塑剤)としては、通常リチウムイオン電池で用いられるものであればよく、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種類のリチウム塩(電解質塩)を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1、4−ジオキサン、1、2−ジメトキシエタン、1、2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから1種類または2種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒(可塑剤)を用いたもの等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。 Here, the electrolyte solution (electrolyte salt and plasticizer) contained in the polymer gel electrolyte may be any electrolyte solution that is normally used in lithium ion batteries. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF. 6 , inorganic acid anion salts such as LiAlCl 4 and Li 2 B 10 Cl 10 , organic acid anions such as LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N Including at least one lithium salt (electrolyte salt) selected from ionic salts, cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane Ethers such as 1,2-dimethoxyethane and 1,2-dibutoxyethane; Lactones such as γ-butyrolactone; Nitriles such as acetonitrile; Esters such as methyl propionate; Amides such as dimethylformamide; Methyl acetate Further, those using an organic solvent (plasticizer) such as an aprotic solvent in which at least one selected from methyl formate or a mixture of two or more thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these.
イオン伝導性を有する高分子としては、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体等が挙げられる。 Examples of the polymer having ion conductivity include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof.
高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、PAN、PMMA等は、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子として例示したものである。 For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), etc. are used as the polymer having no lithium ion conductivity used for the polymer gel electrolyte. it can. However, it is not necessarily limited to these. Note that PAN, PMMA, etc. are in a class that has almost no ionic conductivity. Therefore, the PAN, PMMA, and the like can be used as a polymer having the ionic conductivity described above, but are used here as a polymer gel electrolyte. This is exemplified as a polymer having no lithium ion conductivity.
上記リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩、またはこれらの混合物等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
As the lithium salt, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6,
導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。 Examples of the conductive assistant include acetylene black, carbon black, and graphite. However, it is not necessarily limited to these.
本実施形態では、これら電解液、リチウム塩、および高分子(ポリマー)を混合してプレゲル溶液を作成し、正極および負極に含浸させている。 In this embodiment, these electrolyte solution, lithium salt, and polymer (polymer) are mixed to prepare a pregel solution, and the positive electrode and the negative electrode are impregnated.
正極における、正極活物質、導電助剤、バインダーの配合量は、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視等)、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。例えば、正極内における電解質、特に固体高分子電解質の配合量が少なすぎると、活物質層内でのイオン伝導抵抗やイオン拡散抵抗が大きくなり、電池性能が低下してしまう。一方、正極内における電解質、特に固体高分子電解質の配合量が多すぎると、電池のエネルギー密度が低下してしまう。したがって、これらの要因を考慮して、目的に合致した固体高分子電解質量を決定する。 The blending amount of the positive electrode active material, the conductive additive, and the binder in the positive electrode should be determined in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, energy, etc.) and ion conductivity. For example, if the amount of the electrolyte in the positive electrode, particularly the solid polymer electrolyte, is too small, the ionic conduction resistance and the ionic diffusion resistance in the active material layer will increase and the battery performance will deteriorate. On the other hand, when the amount of the electrolyte in the positive electrode, particularly the solid polymer electrolyte, is too large, the energy density of the battery decreases. Therefore, in consideration of these factors, the solid polymer electrolytic mass meeting the purpose is determined.
正極の厚さは、特に限定するものではなく、配合量について述べたように、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視等)、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。一般的な正極活物質層の厚さは10〜500μm程度である。 The thickness of the positive electrode is not particularly limited, and should be determined in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, emphasis on energy, etc.) and ion conductivity, as described for the blending amount. A typical positive electrode active material layer has a thickness of about 10 to 500 μm.
(負極活物質層)
負極は、負極活物質を含む。このほかにも、導電助剤、バインダー等が含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極」の項で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode includes a negative electrode active material. In addition to this, a conductive aid, a binder, and the like may be included. Since the contents other than the type of the negative electrode active material are basically the same as the contents described in the section “Positive electrode”, the description is omitted here.
負極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される負極活物質を用いることができる。例えば、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物金属、カーボン等が好ましい。より好ましくは、カーボン、遷移金属酸化物、リチウム−遷移金属複合酸化物である。さらに好ましくは、チタン酸化物、リチウム−チタン複合酸化物、カーボンである。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 As the negative electrode active material, a negative electrode active material that is also used in a solution-type lithium ion battery can be used. For example, metal oxide, lithium-metal composite oxide metal, carbon and the like are preferable. More preferred are carbon, transition metal oxide, and lithium-transition metal composite oxide. More preferred are titanium oxide, lithium-titanium composite oxide, and carbon. These may be used alone or in combination of two or more.
本実施形態にあっては、正極活物質層は、正極活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物が用いられ、負極活物質層は、負極活物質として、カーボンまたはリチウム−遷移金属複合酸化物が用いられている。容量、出力特性に優れた電池を構成できるからである。 In this embodiment, the positive electrode active material layer uses lithium-transition metal composite oxide as the positive electrode active material, and the negative electrode active material layer uses carbon or lithium-transition metal composite oxide as the negative electrode active material. Is used. This is because a battery having excellent capacity and output characteristics can be configured.
(電解質層)
電解質層は、イオン伝導性を有する高分子から構成される層であり、イオン伝導性を示すものであれば材料は限定されない。
(Electrolyte layer)
The electrolyte layer is a layer composed of a polymer having ion conductivity, and the material is not limited as long as it exhibits ion conductivity.
本実施形態の電解質は、高分子ゲル電解質であり、基材としてセパレータにプレゲル溶液を含浸させた後、化学架橋または物理架橋により高分子ゲル電解質として用いている。 The electrolyte of this embodiment is a polymer gel electrolyte, and is used as a polymer gel electrolyte by chemical crosslinking or physical crosslinking after impregnating a pregel solution into a separator as a base material.
このような高分子ゲル電解質は、ポリエチレンオキシド(PEO)等のイオン導伝性を有する全固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のリチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも高分子ゲル電解質に含まれる。これらについては、正極に含まれる電解質の一種として説明した高分子ゲル電解質と同様であるため、ここでの説明は省略する。高分子ゲル電解質を構成するポリマーと電解液との比率は幅広く、ポリマー100%を全固体高分子電解質とし、電解液100%を液体電解質とすると、その中間体はすべて高分子ゲル電解質にあたる。なお、ポリマー電解質と言う場合には、高分子ゲル電解質および全固体高分子電解質の両方が含まれる。 Such a polymer gel electrolyte is an all-solid polymer electrolyte having ion conductivity such as polyethylene oxide (PEO) containing an electrolytic solution usually used in a lithium ion battery. A polymer gel electrolyte that contains a similar electrolyte solution in a polymer skeleton having no lithium ion conductivity such as vinylidene (PVDF) is also included. Since these are the same as the polymer gel electrolyte described as a kind of electrolyte contained in the positive electrode, description thereof is omitted here. The ratio of the polymer and the electrolyte constituting the polymer gel electrolyte is wide. When 100% of the polymer is an all-solid polymer electrolyte and 100% of the electrolyte is a liquid electrolyte, all of the intermediates correspond to the polymer gel electrolyte. The term “polymer electrolyte” includes both a polymer gel electrolyte and an all solid polymer electrolyte.
高分子ゲル電解質は、電池を構成する高分子電解質のほか、上記したように正極および/または負極にも含まれ得るが、電池を構成する高分子電解質、正極、負極によって異なる高分子電解質を用いてもよいし、同一の高分子電解質を使用してもよいし、層によって異なる高分子電解質を用いてもよい。 The polymer gel electrolyte can be contained in the positive electrode and / or the negative electrode as described above in addition to the polymer electrolyte constituting the battery, but uses a polymer electrolyte that differs depending on the polymer electrolyte constituting the battery, the positive electrode, and the negative electrode. Alternatively, the same polymer electrolyte may be used, or different polymer electrolytes may be used depending on the layer.
電池を構成する電解質の厚さは、特に限定するものではない。しかしながら、コンパクトなバイポーラ電池を得るためには、電解質としての機能が確保できる範囲で極力薄くすることが好ましい。一般的な固体高分子電解質層の厚さは10〜100μm程度である。ただし、電解質の形状は、製法上の特徴を生かして、電極(正極または負極)の上面ならびに側面外周部も被覆するように形成することも容易であり、機能、性能面からも部位によらず常にほぼ一定の厚さにする必要はない。 The thickness of the electrolyte constituting the battery is not particularly limited. However, in order to obtain a compact bipolar battery, it is preferable to make it as thin as possible as long as the function as an electrolyte can be secured. The thickness of a general solid polymer electrolyte layer is about 10 to 100 μm. However, the shape of the electrolyte can be easily formed so as to cover the upper surface of the electrode (positive electrode or negative electrode) as well as the outer periphery of the side surface, taking advantage of the characteristics of the manufacturing method. It is not always necessary to have a substantially constant thickness.
電解質層は、固体電解質を用いることもできる。電解質として固体を用いることにより漏液を防止することが可能となり、バイポーラ電池特有の問題である液絡を防ぎ、信頼性の高いバイポーラ電池を提供できるからである。また、漏液がないため、シール部30の構成を簡易にすることもできる。
A solid electrolyte can also be used for the electrolyte layer. This is because by using a solid as the electrolyte, it is possible to prevent liquid leakage, preventing a liquid junction that is a problem peculiar to bipolar batteries, and providing a highly reliable bipolar battery. Moreover, since there is no liquid leakage, the structure of the
固体電解質としては、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が挙げられる。固体高分子電解質層中には、イオン伝導性を確保するために支持塩(リチウム塩)が含まれる。支持塩としては、LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、またはこれらの混合物等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。PEO、PPOのようなポリアルキレンオキシド系高分子は、LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2等のリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。 Examples of the solid electrolyte include known solid polymer electrolytes such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. The solid polymer electrolyte layer contains a supporting salt (lithium salt) in order to ensure ionic conductivity. As the supporting salt, LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , or a mixture thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these. Polyalkylene oxide polymers such as PEO and PPO can dissolve lithium salts such as LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , and LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 well. Moreover, excellent mechanical strength is exhibited by forming a crosslinked structure.
(第2の実施形態)
図9を参照して、第2の実施形態の電池モジュール13は、2個のバイポーラ電池40を上下方向に積層して電気的に直列に接続した2つの電池群が、バイポーラ電極21の積層方向に対して直交する方向に並べられている。また、2つの電池群は、電気的極性が同じ(図中上側が正極側、下側が負極側)になるように並べられ、上下の保持板50、60を介して、電気的に並列に接続されている。この電気的な接続形態を「2並列×2直列」と称する。
(Second Embodiment)
Referring to FIG. 9, in the
第2の実施形態にあっては、複数個のバイポーラ電池40が電気的に直並列に接続されているので、直列接続する個数および並列接続する個数を変更するだけで、出力および容量に関する要求に対して簡単に応えることができる。
In the second embodiment, since a plurality of
(第3の実施形態)
以上説明してきた電池モジュール11(13)は、直列に又は並列に複数接続して組電池モジュール250(図10参照)を形成し、この組電池モジュール250をさらに複数、直列に又は並列に接続して組電池300を形成することもできる。図示する組電池モジュール250は、上記電池モジュール11を複数個積層してモジュールケース内に収納し、各電池モジュール11を並列に接続したものである。図10は、本発明の第3の実施形態に係る組電池300の平面図(図A)、正面図(図B)、側面図(図C)を示しているが、作成した組電池モジュール250は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、組電池モジュール250は接続治具310を用いて複数段積層される。何個の電池モジュール11を接続して組電池モジュール250を作成するか、また、何段の組電池モジュール250を積層して組電池300を作成するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。
(Third embodiment)
The battery modules 11 (13) described above are connected in series or in parallel to form an assembled battery module 250 (see FIG. 10), and a plurality of the assembled
第3の実施形態によれば、電池モジュール11を並列に接続して組電池化したことにより、高容量、高出力の電池を得ることができる。しかも、バイポーラ電池40を用いた電池モジュール11のそれぞれは、電池要素20内においては積層方向に電流が流れるというバイポーラ電池40の利点を生かした構造を有し、その形成が容易なものとされており、これを通して、電池モジュール11を複数個電気的に接続してなる組電池300の形成も容易なものとなる。また、電池モジュール11は高寿命で信頼性が高いことから、組電池300も高寿命で高い信頼性を有する。また一部の組電池モジュール250が故障しても、その故障部分を交換するだけで修理が可能になる。
According to the third embodiment, a battery with high capacity and high output can be obtained by connecting the
(第4の実施形態)
図11は、本発明の第4の実施形態に係る車両として自動車400を示す概略構成図である。上述した電池モジュール11(13)および/または組電池300を自動車や電車などの車両に搭載し、モータなどの電気機器の駆動用電源に使用することができる。上述したように電池モジュール11および組電池300の形成は容易なものとされているので、車両に搭載される駆動用電源の形成が容易なものとなる。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an
組電池300を、電気自動車400に搭載するには、図11に示すように、電気自動車400の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池300を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池300を用いた電気自動車400は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。
In order to mount the assembled
なお、本発明では、組電池300だけではなく、使用用途によっては、組電池モジュール250のみを搭載するようにしてもよいし、これら組電池300と組電池モジュール250を組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明の組電池または組電池モジュールを搭載することのできる車両としては、上記の電気自動車やハイブリッドカーが好ましいが、これらに制限されるものではない。
In the present invention, not only the assembled
11電池モジュール、
20 発電要素、
21 バイポーラ電極、
22 集電体、
23 正極活物質層、
24 負極活物質層、
25 電解質層、
25a セパレータ、
26 単電池層、
30 シール部、
40 バイポーラ電池、
50 正極タブ、
51、61 電極取り出し部、
60 負極タブ、
90 導電性を有する弾性体、
100 外装ケース、
250 組電池モジュール、
300 組電池、
310 接続治具、
400 車両。
11 battery modules,
20 power generation elements,
21 bipolar electrodes,
22 current collector,
23 positive electrode active material layer,
24 negative electrode active material layer,
25 electrolyte layer,
25a separator,
26 cell layer,
30 seal part,
40 bipolar battery,
50 positive tab,
51, 61 electrode takeout part,
60 negative electrode tab,
90 an elastic body having conductivity,
100 exterior case,
250 battery module,
300 battery packs,
310 connection jig,
400 vehicles.
Claims (9)
前記バイポーラ電極を積層する方向に沿う両側から複数個の前記バイポーラ電池を挟み込んで保持するとともに前記バイポーラ電池同士を電気的に接続する、導電性を有する一対の保持板と、を備え、
前記複数のバイポーラ電池同士は、導電性を有する弾性体を介して接触され、
前記弾性体の弾性率が1.0×103〜7.5×106Paであることを特徴とする電池モジュール。 A battery element in which a bipolar electrode having a positive electrode layer disposed on one surface of a current collector and a negative electrode layer disposed on the other surface is laminated with an electrolyte layer interposed therebetween, and the positive electrode layer, the electrolyte layer, and the negative electrode layer include A plurality of bipolar batteries including a seal portion disposed around each of the stacked unit cell layers and blocking contact between the unit cell layers and outside air;
A pair of conductive holding plates that sandwich and hold a plurality of the bipolar batteries from both sides along the direction in which the bipolar electrodes are stacked and electrically connect the bipolar batteries; and
The plurality of bipolar batteries are contacted via an elastic body having conductivity,
The battery module, wherein an elastic modulus of the elastic body is 1.0 × 10 3 to 7.5 × 10 6 Pa.
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