JP2008140552A - Electrode for bipolar battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for improving endurance reliability of a bipolar battery. <P>SOLUTION: The electrode for a bipolar battery includes a collector equipped with a cathode side metal layer, an anode side metal layer, and an interlayer arranged between the cathode side metal layer and the anode side metal layer with a Young's modulus of 1/100,000 to 1/2 of that of the cathode side metal layer as well as that of the anode side metal layer, a cathode electrically coupled with a side of the cathode side metal layer of the collector, an anode electrically coupled with a side of the anode side metal layer of the collector. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、双極型電池用電極に関し、より詳細には、振動などにより双極型電池に発生する応力などを吸収することにより、双極型電池の耐久信頼性を高めうる双極型電池用電極に関する。   The present invention relates to a bipolar battery electrode, and more particularly to a bipolar battery electrode that can improve the durability reliability of the bipolar battery by absorbing stress generated in the bipolar battery due to vibration or the like.

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リチウムイオン二次電池に注目が集まっている。ただし、自動車に適用するためには、大出力を確保するために、複数の二次電池を直列に接続して用いる必要がある。   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 lithium ion secondary battery that can achieve a high energy density and a high output density. However, in order to apply to an automobile, it is necessary to use a plurality of secondary batteries connected in series in order to ensure a large output.

しかしながら、接続部を介して電池を接続した場合、接続部の電気抵抗によって出力が低下してしまう。また、接続部を有する電池は空間的にも不利益を有する。すなわち、接続部の占有体積によって、電池の出力密度やエネルギー密度の低下がもたらされる。   However, when a battery is connected via the connection portion, the output is reduced due to the electrical resistance of the connection portion. Further, the battery having the connection portion has a disadvantage in terms of space. In other words, the output volume and energy density of the battery are reduced due to the occupied volume of the connection portion.

上記問題に対して、集電体の両側に正極と負極とを配置した双極型電池が開発されている。しかしながら、一般的に金属箔から形成される前記集電体は、長期間の耐久性に劣るものであった。   In order to solve the above problem, a bipolar battery in which a positive electrode and a negative electrode are arranged on both sides of a current collector has been developed. However, the current collector generally formed from a metal foil has poor long-term durability.

耐久性を高めた電池として、特許文献1には、集電体としてステンレス鋼を用いた非水電解質二次電池が開示されている。
特開2001−236946号公報
As a battery with improved durability, Patent Document 1 discloses a non-aqueous electrolyte secondary battery using stainless steel as a current collector.
JP 2001-236946 A

しかし、特許文献1に記載の電池は、熱による振動などが加わると、電池が振動により発生する応力を吸収できる部材を備えていないため、電池全体に衝撃が加わり、電池の耐久信頼性が著しく低下するという問題があった。   However, since the battery described in Patent Document 1 does not include a member that can absorb the stress generated by vibration when vibration due to heat is applied, the battery is shocked and the durability reliability of the battery is remarkably increased. There was a problem of lowering.

そこで本発明は、双極型電池の耐久信頼性を向上させうる手段を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the means which can improve the durable reliability of a bipolar battery.

本発明者らは、上記の課題に鑑み、鋭意研究を積み重ねた結果、集電体が正極側金属層、負極側金属層、ならびに前記正極側金属層と前記負極側金属層との間に配置され、前記正極側金属層のヤング率および前記負極側金属層のヤング率の1/100000〜1/2のヤング率を有する中間層を備える集電体を含む双極型電池用電極を双極型電池に採用することにより、前記中間層が振動などにより発生する応力を吸収することができ、双極型電池の耐久信頼性が向上されうることを見出した。   In view of the above problems, the present inventors have conducted intensive research. As a result, the current collector is disposed between the positive electrode side metal layer, the negative electrode side metal layer, and the positive electrode side metal layer and the negative electrode side metal layer. A bipolar battery electrode comprising a current collector comprising an intermediate layer having a Young's modulus of the positive electrode side metal layer and a Young's modulus of the negative electrode side metal layer of 1/100000 to 1/2. As a result, it was found that the intermediate layer can absorb stress generated by vibration and the like, and the durability reliability of the bipolar battery can be improved.

すなわち、本発明は、正極側金属層、負極側金属層、ならびに前記正極側金属層と前記負極側金属層との間に配置され、前記正極側金属層のヤング率および前記負極側金属層のヤング率の1/100000〜1/2のヤング率を有する中間層を備える集電体と、前記集電体の前記正極側金属層の側に電気的に結合した正極と、前記集電体の前記負極側金属層の側に電気的に結合した負極と、を含むことを特徴とする、双極型電池用電極である。   That is, the present invention is arranged between the positive electrode side metal layer, the negative electrode side metal layer, and the positive electrode side metal layer and the negative electrode side metal layer, the Young's modulus of the positive electrode side metal layer and the negative electrode side metal layer A current collector comprising an intermediate layer having a Young's modulus of 1 / 100,000 to 1/2 of the Young's modulus; a positive electrode electrically coupled to the positive electrode side metal layer side of the current collector; and A bipolar battery electrode, comprising: a negative electrode electrically coupled to the negative electrode side metal layer side.

また本発明は、前記双極型電池用電極を含む双極型電池である。   Moreover, this invention is a bipolar battery containing the said electrode for bipolar batteries.

また本発明は、前記双極型電池が複数個接続された組電池である。   Further, the present invention is an assembled battery in which a plurality of the bipolar batteries are connected.

また本発明は、前記双極型電池または前記組電池を、モータ駆動用電源として搭載する車両である。   Further, the present invention is a vehicle on which the bipolar battery or the assembled battery is mounted as a motor driving power source.

本発明の双極型電池用電極は、双極型電池の耐久信頼性を向上させることができる。   The bipolar battery electrode of the present invention can improve the durability reliability of the bipolar battery.

本発明の双極型電池用電極は、正極側金属層、負極側金属層、ならびに前記正極側金属層と前記負極側金属層との間に配置され、前記正極側金属層のヤング率および前記負極側金属層のヤング率の1/100000〜1/2のヤング率を有する中間層を備える集電体と、前記集電体の前記正極側金属層の側に電気的に結合した正極と、前記集電体の前記負極側金属層の側に電気的に結合した負極と、を含むことを特徴とする双極型電池用電極である。図1は、双極型電池の構造を示す概念図である。双極型電池は、集電体10、正極20、電解質層30、負極40、および電流取り出しタブ11が積層した構造を有し、直列に接続される電池間に存在する集電体10が、正極集電体および負極集電体としての双方の機能を果たす電池である。   The bipolar battery electrode of the present invention is disposed between a positive electrode side metal layer, a negative electrode side metal layer, and the positive electrode side metal layer and the negative electrode side metal layer, and the Young's modulus of the positive electrode side metal layer and the negative electrode A current collector comprising an intermediate layer having a Young's modulus of 1 / 100,000 to 1/2 of the Young's modulus of the side metal layer, a positive electrode electrically coupled to the positive electrode side metal layer side of the current collector, And a negative electrode electrically coupled to the negative electrode side metal layer side of the current collector. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the structure of a bipolar battery. The bipolar battery has a structure in which the current collector 10, the positive electrode 20, the electrolyte layer 30, the negative electrode 40, and the current extraction tab 11 are stacked, and the current collector 10 existing between the batteries connected in series is a positive electrode. A battery that functions as both a current collector and a negative electrode current collector.

従来、双極型電池の集電体は、アルミニウム箔、銅箔、もしくはステンレス箔などの金属箔、またはクラッド材料から形成されるのが通常であるが、本発明においては、図2に示すように、正極側金属層12、負極側金属層13、および前記正極側金属層12と前記負極側金属層13との間に配置される中間層14を備え、前記中間層14のヤング率が、前記正極側金属層12のヤング率および前記負極側金属層13のヤング率よりも小さい点に特徴を有する。   Conventionally, a current collector of a bipolar battery is usually formed from a metal foil such as an aluminum foil, a copper foil, or a stainless steel foil, or a clad material. In the present invention, as shown in FIG. , The positive electrode side metal layer 12, the negative electrode side metal layer 13, and the intermediate layer 14 disposed between the positive electrode side metal layer 12 and the negative electrode side metal layer 13, wherein the Young's modulus of the intermediate layer 14 is It is characterized in that the Young's modulus of the positive electrode side metal layer 12 and the Young's modulus of the negative electrode side metal layer 13 are smaller.

双極型でない通常の電池の集電体は、集電体の端部に取り付けられたタブを通じて電荷の受け渡しが行われ、集電体は負極側で発生した電荷をタブに集める、またはタブから供給された電荷を正極側に伝達する機能を有する。したがって、集電体は、電荷が移動する水平方向(面方向)の電気抵抗が低い必要があり、水平方向の電気抵抗を低減するために、ある程度の厚みを有する金属箔が用いられている。   The current collector of a normal battery that is not a bipolar type transfers charge through a tab attached to the end of the current collector, and the current collector collects the charge generated on the negative electrode side into the tab or supplies it from the tab. A function of transmitting the generated electric charge to the positive electrode side. Therefore, the current collector needs to have a low electric resistance in the horizontal direction (surface direction) in which charges move, and a metal foil having a certain thickness is used to reduce the electric resistance in the horizontal direction.

一方、双極型電池の集電体10においては、通常の電池と異なり、負極40側で発生した電荷は、集電体10の反対側に存在する正極20に直接供給される。このため、電流が双極型電池の構成要素の積層方向に流れ、水平方向への流れを必要としない。したがって、水平方向の電気抵抗を低減するために、必ずしも従来のような金属箔を用いなくてもよい。最終的に電流を取り出すタブに関しては、集電体と面接触する金属タブを用いることが望ましい。   On the other hand, in the current collector 10 of a bipolar battery, unlike a normal battery, the charge generated on the negative electrode 40 side is directly supplied to the positive electrode 20 existing on the opposite side of the current collector 10. For this reason, the current flows in the stacking direction of the components of the bipolar battery, and does not need to flow in the horizontal direction. Therefore, it is not always necessary to use a conventional metal foil in order to reduce the electrical resistance in the horizontal direction. Regarding the tab from which the current is finally extracted, it is desirable to use a metal tab that is in surface contact with the current collector.

このような双極型電池特有の事情に鑑み、本発明者らは、正極側金属層、負極側金属層、ならびに前記正極側金属層と前記負極側金属層との間に配置され、前記正極側金属層のヤング率および前記負極側金属層のヤング率の1/100000〜1/2のヤング率を有する中間層を備える集電体が、振動などにより双極型電池に発生する応力を吸収する役割を果たし、双極型電池の耐久信頼性を向上させうることを見出した。   In view of the circumstances peculiar to such a bipolar battery, the present inventors are arranged between a positive electrode side metal layer, a negative electrode side metal layer, and the positive electrode side metal layer and the negative electrode side metal layer, and the positive electrode side The current collector provided with an intermediate layer having a Young's modulus of the metal layer and a Young's modulus of the negative electrode side metal layer absorbs stress generated in the bipolar battery due to vibration or the like It was found that the durability reliability of the bipolar battery can be improved.

続いて、本発明の双極型電池の構成材料について、詳細に説明する。   Subsequently, the constituent materials of the bipolar battery of the present invention will be described in detail.

本発明の双極型電池用電極に含まれる集電体は、正極側金属層、負極側金属層、ならびに前記正極側金属層と前記負極側金属層との間に配置され、前記正極側金属層のヤング率および前記負極側金属層のヤング率の1/100000〜1/2、好ましくは1/10000〜1/10のヤング率を有する中間層を備えることを特徴とする。前記正極側金属層のヤング率および前記負極側金属層のヤング率の1/2を超えるヤング率を有する中間層であると、耐振動性の効果が発現しない虞があり、前記正極側金属層のヤング率および前記負極側金属層のヤング率の1/100000未満のヤング率を有する中間層であると、十分な導電性を中間層が発現できない虞がある。   The current collector contained in the bipolar battery electrode of the present invention includes a positive electrode side metal layer, a negative electrode side metal layer, and the positive electrode side metal layer disposed between the positive electrode side metal layer and the negative electrode side metal layer. And an intermediate layer having a Young's modulus of 1/10000 to 1/2, preferably 1/10000 to 1/10 of the Young's modulus of the negative electrode side metal layer. If it is an intermediate layer having a Young's modulus exceeding the Young's modulus of the positive electrode side metal layer and the Young's modulus of the negative electrode side metal layer, the effect of vibration resistance may not be exhibited. If the intermediate layer has a Young's modulus of less than 1 / 100,000 of the Young's modulus of the negative electrode side metal layer, the intermediate layer may not exhibit sufficient conductivity.

前記正極側金属層のヤング率および前記負極側金属層のヤング率の1/100000〜1/2以下のヤング率を有する中間層であれば、中間層を構成する材料について特に制限はない。例えば、波型形状を有する金属材料、導電性を有する高分子材料などが好ましく用いられる。前記中間層を形成する材料は、単独でもまたは2種以上混合して用いてもよい。   The material constituting the intermediate layer is not particularly limited as long as the intermediate layer has a Young's modulus that is 1 / 100,000 to 1/2 or less of the Young's modulus of the positive electrode side metal layer and the Young's modulus of the negative electrode side metal layer. For example, a corrugated metal material or a conductive polymer material is preferably used. The material for forming the intermediate layer may be used alone or in combination of two or more.

前記波型形状を有する金属材料は、波型形状を有し、導電性を有する金属であればいかなるものでも使用可能である。なお、本発明では、前記の「波型形状」は、図3Aに示すような波型、図3Bに示すような櫛型、および図3Cに示すようなジグザグ型を含む。   As the metal material having the corrugated shape, any metal material having a corrugated shape and having conductivity can be used. In the present invention, the “wave shape” includes a wave shape as shown in FIG. 3A, a comb shape as shown in FIG. 3B, and a zigzag shape as shown in FIG. 3C.

前記の金属材料の例としては、ステンレス、アルミニウム、銅、ニッケル、チタンなどが好ましく挙げられ、軽量化、低コストの観点から、アルミニウム、銅、ステンレスがより好ましい。   Examples of the metal material preferably include stainless steel, aluminum, copper, nickel, titanium, and the like, and aluminum, copper, and stainless steel are more preferable from the viewpoints of weight reduction and low cost.

前記高分子材料の例としては、導電性高分子が挙げられる。これらの導電性高分子は、共役したポリエン系がエネルギー帯を形成し伝導性を示すと考えられている。代表的な例としては、電解コンデンサなどで実用化が進んでいるポリエン系導電性高分子を用いることができる。具体的には、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、ポリオキサジアゾール、またはこれらの混合物などが好ましく、電子伝導性および電池内で安定に使用できるという観点から、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、およびポリアセチレンがより好ましい。   An example of the polymer material is a conductive polymer. These conductive polymers are considered to be conductive because the conjugated polyene system forms an energy band. As a typical example, a polyene-based conductive polymer that has been put into practical use in an electrolytic capacitor or the like can be used. Specifically, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, polyoxadiazole, or a mixture thereof is preferable, from the viewpoint that it can be used stably in an electronic conductivity and battery. Polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polyacetylene are more preferable.

また、前記中間層は導電性を有さない高分子材料を含むこともでき、その場合は導電性粒子(導電性フィラーともいう)を含む。導電性粒子は、具体的には、アルミニウム粒子、SUS粒子、カーボン粒子、銀粒子、金粒子、銅粒子、チタン粒子などが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。合金粒子が用いられてもよい。導電性粒子は、前述の形態に限られず、カーボンナノチューブなど、いわゆるフィラー系導電性樹脂組成物として実用化されているものを用いることができる。   In addition, the intermediate layer may include a polymer material that does not have conductivity, in which case conductive particles (also referred to as a conductive filler) are included. Specific examples of conductive particles include, but are not limited to, aluminum particles, SUS particles, carbon particles, silver particles, gold particles, copper particles, and titanium particles. Alloy particles may be used. The conductive particles are not limited to those described above, and carbon nanotubes or the like that are put into practical use as so-called filler-based conductive resin compositions can be used.

中間層における、導電性を有さない高分子材料と導電性粒子との比率は、特に限定されないが、好ましくは、導電性を有さない高分子材料および導電性粒子の総質量に対して、2〜20質量%の導電性粒子が存在する。十分な量の導電性粒子を存在させることにより、集電体における導電性を十分に確保できる。   The ratio of the polymer material having no conductivity and the conductive particles in the intermediate layer is not particularly limited, but preferably, with respect to the total mass of the polymer material having no conductivity and the conductive particles, There are 2-20% by weight of conductive particles. By allowing a sufficient amount of conductive particles to be present, the conductivity of the current collector can be sufficiently ensured.

中間層における導電性粒子の分布は、均一でなくてもよく、集電体内部で粒子の分布が変化していてもよい。複数の導電性粒子が用いられ、集電体内部で導電性粒子の分布が変化してもよい。   The distribution of the conductive particles in the intermediate layer may not be uniform, and the particle distribution may be changed inside the current collector. A plurality of conductive particles may be used, and the distribution of the conductive particles may change inside the current collector.

本形態において、中間層は、導電性粒子に加えて、当該導電性粒子を結着させる高分子材料を含む。集電体の構成材料として高分子材料を用いることで、導電性粒子の結着性を高め、電池の信頼性を高めることができる。   In this embodiment, the intermediate layer includes a polymer material that binds the conductive particles in addition to the conductive particles. By using a polymer material as a constituent material of the current collector, the binding property of the conductive particles can be improved and the reliability of the battery can be improved.

集電体における高分子材料の分布は、均一ではなくてもよく、集電体内部で高分子材料の分布が変化していてもよい。複数の高分子材料が用いられ、集電体内部で高分子材料の分布が変化してもよい。   The distribution of the polymer material in the current collector may not be uniform, and the distribution of the polymer material may change within the current collector. A plurality of polymer materials may be used, and the distribution of the polymer materials may be changed inside the current collector.

高分子材料の例としては、好ましくは、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、シリコーン、およびエポキシ樹脂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。これらの中でも、低ヤング率、低コスト、化学的安定性などの観点から、より好ましくはポリプロピレン、ポリエチレン、エポキシ樹脂である。   Examples of the polymer material are preferably polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE). ), Styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), silicone, and epoxy resin There may be mentioned at least one selected from the group. Among these, polypropylene, polyethylene, and epoxy resin are more preferable from the viewpoint of low Young's modulus, low cost, chemical stability, and the like.

前記正極側金属層に用いられる金属材料の例としては、アルミニウム、鉄、クロム、ニッケル、チタン、バナジウム、モリブデン、ニオブ、金、銀、白金、およびこれら金属の合金からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく挙げられる。これらの中でも、正極電位に対する安定性、軽量、低コストなどの観点から、アルミニウムがより好ましい。   Examples of the metal material used for the positive electrode side metal layer are at least selected from the group consisting of aluminum, iron, chromium, nickel, titanium, vanadium, molybdenum, niobium, gold, silver, platinum, and alloys of these metals. One is preferred. Among these, aluminum is more preferable from the viewpoints of stability to the positive electrode potential, light weight, low cost, and the like.

また、前記負極側金属層に用いられる金属材料の例としては、アルミニウム、銅、鉄、クロム、ニッケル、チタン、バナジウム、モリブデン、ニオブ、金、銀、白金、およびこれら金属の合金からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく挙げられる。これらの中でも、負極電位に対する安定性、軽量、低コストの観点から、銅、ニッケルがより好ましい。   Examples of the metal material used for the negative electrode side metal layer include aluminum, copper, iron, chromium, nickel, titanium, vanadium, molybdenum, niobium, gold, silver, platinum, and an alloy of these metals. Preferred is at least one selected. Among these, copper and nickel are more preferable from the viewpoints of stability against the negative electrode potential, light weight, and low cost.

また、前記正極側金属層に用いられる金属材料と前記負極側金属層に用いられる金属材料とは、同一でも良いし異なっていても良いが、電極の耐腐食性を考慮した場合、前記正極側金属層に用いられる金属材料と前記負極側金属層に用いられる金属材料とは異なっているほうが好ましい。   Further, the metal material used for the positive electrode side metal layer and the metal material used for the negative electrode side metal layer may be the same or different, but in consideration of the corrosion resistance of the electrode, the positive electrode side The metal material used for the metal layer is preferably different from the metal material used for the negative electrode side metal layer.

なお、集電体は、必要に応じて、その他の材料を含んでいてもよい。   The current collector may contain other materials as necessary.

前記中間層、前記正極側金属層、および前記負極側金属層集電体の厚さについては、特に限定されないが、薄いことが、電池の出力密度を高める観点からは好ましい。前述のように、双極型電池において、正極および負極の間に存在する集電体は、積層方向に水平な方向の電気抵抗が高くてもよいため、集電体の厚さが薄くすることが可能である。具体的には、集電体の厚さは5〜50μmであることが好ましい。   The thicknesses of the intermediate layer, the positive electrode side metal layer, and the negative electrode side metal layer current collector are not particularly limited, but are preferably thin from the viewpoint of increasing the output density of the battery. As described above, in the bipolar battery, the current collector that exists between the positive electrode and the negative electrode may have a high electrical resistance in a direction parallel to the stacking direction. Is possible. Specifically, the thickness of the current collector is preferably 5 to 50 μm.

前記集電体が備える前記中間層の厚さは100nm〜5μmであることが好ましく、300〜1000nmであることがより好ましく、500〜800nmであることが特に好ましい。100nm未満であると接着性が低下し剥離する場合があり、5μmを超えると厚みが増大し、結果として出力密度が低下する。   The thickness of the intermediate layer included in the current collector is preferably 100 nm to 5 μm, more preferably 300 to 1000 nm, and particularly preferably 500 to 800 nm. If the thickness is less than 100 nm, the adhesiveness may decrease and may peel off. If the thickness exceeds 5 μm, the thickness increases, resulting in a decrease in output density.

また、前記集電体が備える前記正極側金属層および前記負極側金属層の少なくとも一方の厚さが、好ましくは双方の厚さが、0.05〜1μmであることが好ましく、0.3〜1μmであることがより好ましい。0.05μm未満であるとピンホールが生じ、十分なイオンの遮断が困難となる場合があり、1μmを超えると密度の高い金属材料により、結果として双極型電池の出力密度が低下する場合がある。   Moreover, it is preferable that the thickness of at least one of the positive electrode side metal layer and the negative electrode side metal layer provided in the current collector is preferably 0.05 to 1 μm, More preferably, it is 1 μm. If it is less than 0.05 μm, pinholes may be generated, and it may be difficult to sufficiently block ions. If it exceeds 1 μm, the output density of the bipolar battery may decrease as a result of a high-density metal material. .

集電体における抵抗値に関しては特に限定されるものではないが、好ましくは電池全体の抵抗値に対して、集電体部分における抵抗値が1/100以下となるように、集電体の材料を選定することが望ましい。   The resistance value in the current collector is not particularly limited, but preferably the current collector material so that the resistance value in the current collector portion is 1/100 or less of the resistance value of the entire battery. It is desirable to select

上記のような構成を有する集電体の形成方法は特に制限されない。前記中間層に波型形状を有する金属材料を用いる場合、例えば、前記波型形状を有する金属材料の両面に、接着剤を用いて正極側金属層および負極側金属層を接着させる方法、などを採用して、集電体を形成することができる。   The method for forming the current collector having the above configuration is not particularly limited. When a metal material having a corrugated shape is used for the intermediate layer, for example, a method in which a positive electrode side metal layer and a negative electrode side metal layer are bonded to both surfaces of the corrugated metal material using an adhesive, etc. It can be employed to form a current collector.

前記中間層に高分子材料を用いる場合、例えば、(1)金属箔の表面上に高分子材料を塗布する工程と、前記高分子材料を乾燥させる工程と、乾燥させた前記高分子材料の表面上に金属箔を貼り合わせる工程と、を含む方法;(2)金属箔の表面上に高分子材料を塗布する工程と、前記高分子材料の表面上に金属箔を貼り合わせる工程と、前記高分子材料を熱硬化させる工程と、を含む方法;(3)金属箔の表面上に高分子材料を塗布する工程と、前記高分子材料を乾燥させる工程と、乾燥させた前記高分子材料の表面上に、真空成膜法により金属層を成膜する工程と、を含む方法;(4)高分子材料の両面上に真空成膜法により金属層を成膜する工程を含む方法;または(5)高分子材料の両面上に金属箔を貼り合わせる工程を含む方法;などを採用して、集電体を形成することができる。   When a polymer material is used for the intermediate layer, for example, (1) a step of applying a polymer material on the surface of a metal foil, a step of drying the polymer material, and a surface of the dried polymer material Bonding the metal foil onto the surface; (2) applying a polymer material on the surface of the metal foil; bonding the metal foil onto the surface of the polymer material; (3) a step of applying a polymer material on the surface of a metal foil, a step of drying the polymer material, and a surface of the dried polymer material. And (4) a method including a step of forming a metal layer on both surfaces of the polymer material by a vacuum film forming method; or (5) ) A method comprising a step of laminating a metal foil on both sides of a polymer material; Etc. is adopted, it is possible to form the current collector.

前記(1)〜(2)の高分子材料の表面上に金属箔を貼り合わせる工程、および前記(5)の高分子材料の両面上に金属箔を貼り合わせる工程に用いられる方法の例としては、接着剤を用いて金属箔と高分子材料とを接着させる方法;金属箔と高分子材料とをラミネーターや加熱プレス機などを用いて加熱圧着させ貼り付ける方法;図4に示すような構造を有するドライラミネーター50を用いて金属箔と高分子材料とを接着させるドライラミネート法;または高分子材料をTダイ押出機などの押出機で加熱溶融しながら押し出し金属箔と接着させる押出ラミネート法などが好ましく挙げられ、中でも生産性の観点から、ドライラミネート法がより好ましい。   Examples of the method used in the step of laminating the metal foil on the surface of the polymer material of (1) to (2) and the step of laminating the metal foil on both surfaces of the polymer material of (5) , A method of bonding a metal foil and a polymer material using an adhesive; a method of bonding a metal foil and a polymer material by thermocompression bonding using a laminator or a heating press machine; and a structure as shown in FIG. A dry laminating method in which the metal foil and the polymer material are bonded using the dry laminator 50 having the above; or an extrusion laminating method in which the polymer material is bonded to the extruded metal foil while being heated and melted by an extruder such as a T-die extruder. Among them, the dry lamination method is more preferable from the viewpoint of productivity.

また、前記(3)および(4)の真空成膜法の例としては、物理気相成長法、化学気相成長法などの真空蒸着法、またはスパッタリング法などが好ましく挙げられる。   Moreover, as an example of the vacuum film-forming method of said (3) and (4), vacuum vapor deposition methods, such as physical vapor deposition method and chemical vapor deposition method, or sputtering method etc. are mentioned preferably.

集電体上には、活物質層が形成される。活物質層は、充放電反応の中心を担う活物質を含む層である。正極側の活物質層には正極活物質、負極側の活物質層には負極活物質が含まれる。正極活物質および負極活物質は、電池の種類に応じて適宜選択すればよい。例えば、電池がリチウム二次電池である場合には、正極活物質の例としては、LiCoOなどのLi・Co系複合酸化物、LiNiOなどのLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMnなどのLi・Mn系複合酸化物などのリチウム−遷移金属複合酸化物、LiFeOなどのLi・Fe系複合酸化物などが挙げられる。この他、LiFePOなどの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物;V、MnO、TiS、MoS、MoOなどの遷移金属酸化物や硫化物;PbO、AgO、NiOOHなどが挙げられる。これらは単独でもまたは2種以上組み合わせて用いられてもよい。 An active material layer is formed on the current collector. The active material layer is a layer containing an active material that plays a central role in the charge / discharge reaction. The active material layer on the positive electrode side contains a positive electrode active material, and the active material layer on the negative electrode side contains a negative electrode active material. What is necessary is just to select a positive electrode active material and a negative electrode active material suitably according to the kind of battery. For example, if the battery is the lithium secondary battery, examples of the positive electrode active material, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, spinel LiMn 2 O And lithium-transition metal composite oxides such as Li · Mn composite oxides such as 4, and Li · Fe composite oxides such as LiFeO 2 . In addition, transition metal and lithium phosphate compounds and sulfate compounds such as LiFePO 4 ; transition metal oxides and sulfides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 ; PbO 2 , AgO, NiOOH etc. are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

正極活物質の平均粒子径は好ましくは5μm以下、より好ましくは3μm以下であり、さらに好ましくは1μm以下である。正極活物質の平均粒子径の下限値は特に制限されないが、電極内に導電ネットワークを充分に形成させるという観点からは、正極活物質の平均粒子径は、好ましくは0.01μm以上であり、より好ましくは0.1μm以上である。   The average particle size of the positive electrode active material is preferably 5 μm or less, more preferably 3 μm or less, and even more preferably 1 μm or less. The lower limit of the average particle diameter of the positive electrode active material is not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently forming a conductive network in the electrode, the average particle diameter of the positive electrode active material is preferably 0.01 μm or more, and more Preferably it is 0.1 micrometer or more.

負極活物質の例としては、結晶性炭素材や非結晶性炭素材などの炭素材料やリチウム−遷移金属複合酸化物などの金属材料が挙げられる。具体的には、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボン、LiTi12などが挙げられる。これらは単独でもまたは2種以上組み合わせて用いられてもよい。 Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as crystalline carbon materials and amorphous carbon materials, and metal materials such as lithium-transition metal composite oxides. Specific examples include natural graphite, artificial graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, hard carbon, Li 4 Ti 5 O 12 and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

負極活物質の平均粒子径は好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下、さらに好ましくは1μm以下である。負極活物質の平均粒子径の下限値は特に制限されないが、電極内に導電ネットワークを充分に形成させるという観点からは、負極活物質の平均粒子径は、好ましくは0.01μm以上であり、より好ましくは0.1μm以上である。   The average particle size of the negative electrode active material is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and even more preferably 1 μm or less. The lower limit of the average particle diameter of the negative electrode active material is not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently forming a conductive network in the electrode, the average particle diameter of the negative electrode active material is preferably 0.01 μm or more, and more Preferably it is 0.1 micrometer or more.

本発明の双極型電池用電極は、導電助剤、イオン伝導性高分子、支持塩などの他成分を含んでいてもよい。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、グラファイトなどが挙げられる。導電助剤を含ませることによって、電極で発生した電子の伝導性を高めて、電池性能を向上させうる。イオン伝導性高分子としては、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)などが挙げられる。支持塩は、電池の種類に応じて選択すればよい。電池がリチウム電池である場合には、LiBF、LiPF、Li(SOCFN、LiN(SO、などが挙げられる。 The bipolar battery electrode of the present invention may contain other components such as a conductive additive, an ion conductive polymer, and a supporting salt. Examples of the conductive assistant include acetylene black, carbon black, and graphite. By including a conductive additive, the conductivity of electrons generated at the electrode can be increased, and the battery performance can be improved. Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) and polypropylene oxide (PPO). The supporting salt may be selected according to the type of battery. When the battery is a lithium battery, LiBF 4 , LiPF 6 , Li (SO 2 CF 3 ) 2 N, LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , and the like can be given.

活物質、リチウム塩、導電助剤などの電極の構成材料の配合量は、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮して決定することが好ましい。   The amount of the electrode constituent material such as the active material, the lithium salt, and the conductive additive is preferably determined in consideration of the intended use of the battery (output importance, energy importance, etc.) and ion conductivity.

電解質層は、液体、ゲル、固体のいずれの相であってもよい。   The electrolyte layer may be a liquid, gel, or solid phase.

液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)等のカーボネート類が例示される。   The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent that can be used as the plasticizer include carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC).

電池が破損した際の安全性や液絡の防止を考慮すると、電解質層は、ゲルポリマー電解質層、または全固体電解質層であることが好ましい。   In consideration of safety when the battery is damaged and prevention of liquid junction, the electrolyte layer is preferably a gel polymer electrolyte layer or an all-solid electrolyte layer.

電解質としてゲルポリマー電解質層を用いることで、電解質の流動性がなくなり、集電体への電解質の流出をおさえ、各層間のイオン伝導性を遮断することが可能になる。ゲル電解質のマトリックスポリマーとしては、PEO、PPO、PVdF、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(PVdF−HFP)、PAN、PMA、PMMAなどがあげられる。また、可塑剤としては通常リチウムイオン電池に用いられる電解液を用いることが可能である。   By using a gel polymer electrolyte layer as an electrolyte, the fluidity of the electrolyte is lost, the outflow of the electrolyte to the current collector can be suppressed, and the ionic conductivity between the layers can be blocked. Examples of the gel electrolyte matrix polymer include PEO, PPO, PVdF, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), PAN, PMA, and PMMA. Moreover, as a plasticizer, it is possible to use the electrolyte solution normally used for a lithium ion battery.

また、電解質として全固体電解質層を用いた場合も、電解質の流動性がなくなるため、集電体への電解質の流出がなくなり、各層間のイオン伝導性を遮断することが可能になる。全固体電解質層を用いた場合、電解質層からの電解液の浸透のおそれがないため、集電体の空孔率が高くてもよい。   Further, even when an all-solid electrolyte layer is used as the electrolyte, the fluidity of the electrolyte is lost, so that the electrolyte does not flow out to the current collector, and the ion conductivity between the layers can be blocked. When the all solid electrolyte layer is used, the current collector may have a high porosity because there is no fear of permeation of the electrolyte solution from the electrolyte layer.

ゲルポリマー電解質は、PEO、PPOなどの全固体型高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含ませることにより作製される。PVdF、PAN、PMMAなど、リチウムイオン伝導性をもたない高分子の骨格中に、電解液を保持させることにより作製されてもよい。ゲルポリマー電解質を構成するポリマーと電解液との比率は、特に限定されず、ポリマー100%を全固体高分子電解質、電解液100%を液体電解質とすると、その中間体はすべてゲルポリマー電解質の概念に含まれる。また、全固体電解質は、高分子または無機固体などLiイオン伝導性を持つ電解質すべてが含まれる。   The gel polymer electrolyte is produced by adding an electrolyte solution usually used in a lithium ion battery to an all solid polymer electrolyte such as PEO or PPO. It may be produced by holding an electrolytic solution in a polymer skeleton having no lithium ion conductivity, such as PVdF, PAN, or PMMA. The ratio of the polymer constituting the gel polymer electrolyte to the electrolytic solution is not particularly limited. If 100% of the polymer is an all solid polymer electrolyte and 100% of the electrolytic solution is a liquid electrolyte, all of the intermediates are the concept of a gel polymer electrolyte. include. The all solid electrolyte includes all electrolytes having Li ion conductivity such as a polymer or an inorganic solid.

ゲルポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。   The matrix polymer of the gel polymer electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed.

なお、電解質層が液体電解質やゲルポリマー電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。   In addition, when an electrolyte layer is comprised from a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte, you may use a separator for an electrolyte layer. Specific examples of the separator include a microporous film made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene.

電解質層中には、イオン伝導性を確保するために支持塩が含まれることが好ましい。電池がリチウム二次電池である場合には、支持塩としては、LiBF、LiPF、LiN(SOCF、LiN(SO、またはこれらの混合物などが使用できる。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、前述の通り、LiBF、LiPF、LiN(SOCF、LiN(SOなど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。 The electrolyte layer preferably contains a supporting salt in order to ensure ionic conductivity. When the battery is a lithium secondary battery, LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , or a mixture thereof is used as the supporting salt. it can. However, it is not necessarily limited to these. As described above, polyalkylene oxide polymers such as PEO and PPO often dissolve lithium salts such as LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , and LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2. Yes. Moreover, excellent mechanical strength is exhibited by forming a crosslinked structure.

電池は、直列に、並列に、または直列と並列とに、複数個組み合わせて、組電池を構成してもよい。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。   A battery may be configured by combining a plurality of batteries in series, in parallel, or in series and parallel. Capacitance and voltage can be freely adjusted by paralleling in series.

組電池における電池の数および接続の仕方は、電池に求める出力および容量に応じて決定されるとよい。組電池を構成した場合、素電池と比較して、電池としての安定性が増す。組電池を構成することにより、1つのセルの劣化による電池全体への影響を低減しうる。   The number of batteries in the assembled battery and the manner of connection may be determined according to the output and capacity required of the battery. When the assembled battery is configured, the stability of the battery is increased as compared with the unit cell. By configuring the assembled battery, the influence on the entire battery due to the deterioration of one cell can be reduced.

電池または組電池は、好ましくは、車両の駆動用電源として用いられうる。本発明の電池または組電池を、ハイブリット車や電気自動車に用いた場合、車両の寿命および信頼性を高めうる。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、電車に適用することも可能である。   The battery or the assembled battery can be preferably used as a power source for driving the vehicle. When the battery or the assembled battery of the present invention is used in a hybrid vehicle or an electric vehicle, the life and reliability of the vehicle can be improved. However, the use is not limited to automobiles, and for example, it can be applied to trains.

続いて、本発明の双極型電池の製造方法について説明する。集電体において、高分子材料を含む層を形成する際には、コーティング法を用いることが可能である。例えば、高分子材料を含むスラリーを調製し、これを塗布し硬化させる手法が挙げられる。スラリーの調製に用いられる高分子材料および導電性粒子の具体的な形態については上述した通りであるため、ここでは説明を省略する。   Then, the manufacturing method of the bipolar battery of this invention is demonstrated. A coating method can be used when forming a layer containing a polymer material in the current collector. For example, the method of preparing the slurry containing a polymeric material, apply | coating and hardening this is mentioned. Since the specific forms of the polymer material and the conductive particles used for the preparation of the slurry are as described above, the description thereof is omitted here.

前記スラリーに含まれる他の成分としては、導電性粒子および溶媒が挙げられる。高分子材料および導電性粒子の具体例については、上述の通りであるため、ここでは説明を省略する。   Examples of the other components contained in the slurry include conductive particles and a solvent. Since specific examples of the polymer material and the conductive particles are as described above, description thereof is omitted here.

本発明の双極型電池用電極は、例えば、集電体を形成し(集電体形成工程)、溶媒に活物質を添加することにより、活物質スラリーを調製し(活物質スラリー調製工程)、この活物質スラリーを集電体の表面に塗布し、乾燥させることにより塗膜を形成し(塗膜形成工程)、前記塗膜形成工程を経て作製された積層体を積層方向にプレスする(プレス工程)ことにより、製造されうる。活物質スラリーにイオン伝導性ポリマーが添加され、当該イオン伝導性ポリマーを架橋させる目的で重合開始剤がさらに添加される場合には、塗膜形成工程における乾燥と同時に、または当該乾燥の前もしくは後に、重合処理を施してもよい(重合工程)。   The bipolar battery electrode of the present invention is, for example, forming a current collector (current collector forming step), preparing an active material slurry by adding an active material to a solvent (active material slurry preparing step), The active material slurry is applied to the surface of the current collector and dried to form a coating film (coating film forming process), and the laminate produced through the coating film forming process is pressed in the laminating direction (pressing) Step). When an ion conductive polymer is added to the active material slurry and a polymerization initiator is further added for the purpose of crosslinking the ion conductive polymer, it is simultaneously with drying in the coating film forming process, or before or after the drying. A polymerization treatment may be performed (polymerization step).

集電体の形成方法は、上記の本発明の双極型電池用電極の構成の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明は省略する。   Since the method for forming the current collector is as described in the section of the configuration of the bipolar battery electrode of the present invention, detailed description thereof is omitted here.

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

正極活物質スラリーに含有される成分としては、正極活物質、バインダー、導電助剤、および溶媒が挙げられる。正極活物質スラリーは、1種であっても、複数であってもよい。バインダーとしては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはこれらの混合物が挙げられる。正極活物質および導電助剤の凝集を防止するために、分散剤が用いられてもよい。分散剤としては、ポリオキシステアリルアミンなどの、分散作用を有する化合物が用いられうる。   Examples of the components contained in the positive electrode active material slurry include a positive electrode active material, a binder, a conductive additive, and a solvent. The positive electrode active material slurry may be one kind or plural. As binders, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR) ), Polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), or mixtures thereof. In order to prevent aggregation of the positive electrode active material and the conductive additive, a dispersant may be used. As the dispersant, a compound having a dispersing action such as polyoxystearylamine can be used.

負極活物質スラリーに含有される成分としては、負極活物質、バインダー、導電助剤、および溶媒が挙げられる。負極活物質スラリーは、1種であっても、複数であってもよい。バインダーとしては、正極活物質スラリーに用いられるのと同様のバインダーが用いられうる。   Examples of components contained in the negative electrode active material slurry include a negative electrode active material, a binder, a conductive additive, and a solvent. The negative electrode active material slurry may be one kind or plural. As the binder, the same binder as that used for the positive electrode active material slurry can be used.

各スラリーの溶媒は、特に限定されないが、特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。溶媒の一例を挙げると、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミドなどが用いられうる。バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を採用する場合には、NMPを溶媒として用いるとよい。溶媒の量の増減によって、スラリーの粘度を制御することが可能である。   The solvent of each slurry is not particularly limited, but is not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. As an example of the solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide and the like can be used. When adopting polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, NMP may be used as a solvent. It is possible to control the viscosity of the slurry by increasing or decreasing the amount of solvent.

各スラリー中に含有される成分の配合比は、特に限定されない。   The compounding ratio of the components contained in each slurry is not particularly limited.

電極が形成された後は、乾燥により溶媒が除去される。固体電解質の原料がこの段階までに重合されて固体電解質とならない場合には、重合反応を進行させるとよい。例えば、光重合開始剤がインク中に含まれる場合には、所定の光を照射することにより、原料の重合反応を進行させるとよい。   After the electrodes are formed, the solvent is removed by drying. When the raw material of the solid electrolyte is polymerized by this stage and does not become a solid electrolyte, the polymerization reaction may be advanced. For example, when a photopolymerization initiator is contained in the ink, the polymerization reaction of the raw material may be advanced by irradiating predetermined light.

図5は本発明に係る双極型電池の外観図である。双極型電池100は、図5に示すように長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ11A、負極タブ11Bが引き出されている。電流取り出しタブ11は、アルミニウム、銅、ニッケルなどの高導電性材料から形成されることが好ましい。また、電流取り出しタブ11は、本発明の双極型電池用電極および電解質層を含む双極型電池要素160の投影面全体を覆うことが好ましく、前記電流取り出しタブ11および前記双極型電池要素160は外装材(例えばアルミラミネートフィルム)180によって覆われることが好ましい。外装材180の周囲は真空密封および大気圧による押圧により密封されており、双極型電池要素160は正極タブ11Aおよび負極タブ11Bを引き出した状態で密封されている。   FIG. 5 is an external view of a bipolar battery according to the present invention. As shown in FIG. 5, the bipolar battery 100 has a rectangular flat shape, and a positive electrode tab 11 </ b> A and a negative electrode tab 11 </ b> B for taking out electric power are drawn out from both sides thereof. The current extraction tab 11 is preferably formed from a highly conductive material such as aluminum, copper, or nickel. The current extraction tab 11 preferably covers the entire projection surface of the bipolar battery element 160 including the bipolar battery electrode and the electrolyte layer of the present invention, and the current extraction tab 11 and the bipolar battery element 160 are packaged. It is preferably covered with a material (for example, an aluminum laminate film) 180. The outer periphery of the exterior member 180 is sealed by vacuum sealing and pressing by atmospheric pressure, and the bipolar battery element 160 is sealed with the positive electrode tab 11A and the negative electrode tab 11B pulled out.

図6は本発明に係る組電池300の外観図である。双極型電池は、複数、直列に又は並列に接続して組電池モジュール250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6は、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。何個の双極型電池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。   FIG. 6 is an external view of the assembled battery 300 according to the present invention. A plurality of bipolar batteries may be connected in series or in parallel to form an assembled battery module 250, and a plurality of assembled battery modules 250 may be connected in series or in parallel to form an assembled battery 300. FIG. 6 shows a plan view (FIG. A), a front view (FIG. B), and a side view (FIG. C) of the assembled battery 300. The assembled battery module 250 is electrically connected like a bus bar. The assembled battery modules 250 are stacked in a plurality of stages using the connection jig 310. How many bipolar batteries are connected to create the assembled battery module 250, and how many assembled battery modules 250 are stacked to create the assembled battery 300 depends on the vehicle (electric vehicle) to be mounted. It may be determined according to the battery capacity and output.

組電池300を、電気自動車400に搭載するには、図7に示したように、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 battery 300 on the electric vehicle 400, it is mounted under the seat at the center of the vehicle body of the electric vehicle 400 as shown in FIG. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery 300 is mounted is not limited to the position under the seat, but may be a lower part of the rear trunk room or an engine room in front of the vehicle. The electric vehicle 400 using the assembled battery 300 as described above has high durability and can provide sufficient output even when used for a long period of time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and running performance.

(実施例1)
1.集電体
図3Aに示すような、波型の形状を有するステンレス箔(厚さ:35μm)の片面に、正極側金属層であるアルミニウム箔(厚さ:10μm)を、接着剤であるアルファシアノアクリレート単量体(商品名:アロンアルフア(登録商標)、東亞合成株式会社製)を用いて接着させ、アルミニウム箔を接着させた面の反対側の面に、負極側金属層である銅箔(厚さ:10μm)を、接着剤であるアルファシアノアクリレート単量体(商品名:アロンアルフア(登録商標)、東亞合成株式会社製)を用いて接着させ、集電体とした。
(Example 1)
1. Current collector As shown in FIG. 3A, an aluminum foil (thickness: 10 μm), which is a metal layer on the positive electrode side, is bonded to one side of a stainless foil (thickness: 35 μm) having a corrugated shape, and alpha cyano, which is an adhesive. A copper foil (thickness) as a negative electrode side metal layer is bonded to the surface opposite to the surface to which the aluminum foil is bonded by using an acrylate monomer (trade name: Aron Alpha (registered trademark), manufactured by Toagosei Co., Ltd.). Was bonded using an alpha cyanoacrylate monomer (trade name: Aron Alpha (registered trademark), manufactured by Toagosei Co., Ltd.) as an adhesive to obtain a current collector.

2.正極活物質スラリーの調製
正極活物質であるスピネル型マンガン酸リチウム(LiMn)(85質量%)、導電助剤であるアセチレンブラック(5質量%)、およびバインダーであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量%)からなる固形分に対し、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。
2. Preparation of positive electrode active material slurry Spinel type lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) (85% by mass) as a positive electrode active material, acetylene black (5% by mass) as a conductive auxiliary agent, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder A suitable amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to a solid content of 10% by mass to prepare a positive electrode active material slurry.

3.負極活物質スラリーの調製
負極活物質であるハードカーボン(90質量%)、およびバインダーであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量%)からなる固形分に対し、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。
3. Preparation of negative electrode active material slurry N-methyl, which is a slurry viscosity adjusting solvent, with respect to a solid content of hard carbon (90% by mass) as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride (PVdF) (10% by mass) as a binder An appropriate amount of -2-pyrrolidone (NMP) was added to prepare a negative electrode active material slurry.

4.双極型電池用電極の作製
上記2.で調製した正極活物質スラリーを、上記1.で得た集電体の片面上に卓上コーターで塗布し、乾燥させて、積層体を得た。次いで、塗布した正極活物質スラリーの層の膜厚が30μmとなるように、得られた積層体を、プレス機を用いてプレスした。
4). 1. Production of bipolar battery electrode The positive electrode active material slurry prepared in 1. The laminated body was obtained by applying on one side of the current collector obtained in the above with a desktop coater and drying. Next, the obtained laminate was pressed using a press so that the thickness of the applied positive electrode active material slurry layer was 30 μm.

次に、上記3.で調製した負極活物質スラリーを、正極活物質スラリーを塗布していない面(ステンレス箔が露出している面)に卓上コーターで塗布し、乾燥させて、積層体を得た。次いで、塗布した負極活物質スラリーの層の膜厚が30μmとなるように、得られた積層体を、プレス機を用いてプレスし、双極型電極を得た。   Next, the above 3. The negative electrode active material slurry prepared in (1) was applied to the surface where the positive electrode active material slurry was not applied (the surface where the stainless steel foil was exposed) with a desktop coater and dried to obtain a laminate. Next, the obtained laminate was pressed using a press so that the thickness of the applied negative electrode active material slurry layer was 30 μm to obtain a bipolar electrode.

5.末端正極および末端負極の作製
双極型電池の末端に配置される正極として、縦140mm、横90mm、厚さ20μmのアルミニウム箔上に、正極活物質スラリーを縦120mm、横70mmの大きさで塗布し、乾燥し、プレスを行うことにより、アルミニウム箔上に正極が形成され、周辺部に10mmのシールしろが形成された末端正極を作製した。
5. Preparation of terminal positive electrode and terminal negative electrode As a positive electrode disposed at the end of a bipolar battery, a positive electrode active material slurry was applied in a size of 120 mm in length and 70 mm in width on an aluminum foil having a length of 140 mm, a width of 90 mm, and a thickness of 20 μm. By drying and pressing, a terminal positive electrode was produced in which a positive electrode was formed on the aluminum foil and a 10 mm seal margin was formed in the peripheral part.

また、双極型電池の末端に配置される負極として、縦140mm、横90mm、厚さ20μmの銅箔上に、負極活物質スラリーを縦120mm、横70mmの大きさで塗布し、乾燥し、プレスを行うことにより、銅箔上に負極が形成され、周辺部に10mmのシールしろが形成された末端負極を作製した。   Also, as a negative electrode disposed at the end of the bipolar battery, a negative electrode active material slurry is applied in a size of 120 mm long and 70 mm wide on a copper foil having a length of 140 mm, a width of 90 mm, and a thickness of 20 μm, dried, and pressed. As a result, a negative electrode was formed on the copper foil, and a terminal negative electrode in which a 10 mm seal margin was formed in the peripheral portion was produced.

6.電解質材料の作製
電解液としてプロピレンカーボネート(PC)とエチレンカーボネート(EC)との比が1:1の体積比である混合液に、リチウム塩であるLiPFを1Mの濃度に溶解させたもの(90質量%)、およびマトリックスポリマーであるPVdF−HFP(10質量%)に対して、粘度調整溶媒であるDMCを適量添加して、電解質材料を作製した。
6). Preparation of electrolyte material LiPF 6 as a lithium salt dissolved in a 1M concentration in a mixed solution in which the ratio of propylene carbonate (PC) to ethylene carbonate (EC) is 1: 1 as an electrolyte solution ( 90 mass%) and a matrix polymer PVdF-HFP (10 mass%), an appropriate amount of DMC as a viscosity adjusting solvent was added to prepare an electrolyte material.

7.ゲル電解質層の形成
ポリプロピレン製の多孔質フィルム(厚さ:20μm)の両面に、上記6.で作製した電解質材料を塗布し、DMCを乾燥させることにより、ゲル電解質層を得た。
7). Formation of Gel Electrolyte Layer On both sides of a polypropylene porous film (thickness: 20 μm), the above 6. The gel electrolyte layer was obtained by apply | coating the electrolyte material produced by 1 and drying DMC.

8.双極型電池の組み立て
上記5.で作製した末端正極の上に、上記7.で作製したゲル電解質層を乗せ、その周囲にシール材である幅12mmのポリエチレン製フィルムを置いた。同様に双極型電極を5層、ゲル電解質層5層を順次積層し、最後に上記5.で作製した末端負極を、負極活物質スラリー層を下向きにして積層した。この積層体の周辺部のシール部を、0.2MPa、160℃、5秒間の条件で熱プレス機にかけ、各層をシールし、双極型電池要素を得た。
8). Bipolar battery assembly 5. On the terminal positive electrode prepared in step 7, the above 7. The gel electrolyte layer prepared in step 1 was placed, and a polyethylene film having a width of 12 mm as a sealing material was placed around the gel electrolyte layer. Similarly, five bipolar electrodes and five gel electrolyte layers are sequentially laminated, and finally the above 5. The terminal negative electrode prepared in (1) was laminated with the negative electrode active material slurry layer facing downward. The seal part at the periphery of the laminate was subjected to a hot press under the conditions of 0.2 MPa, 160 ° C., and 5 seconds, and each layer was sealed to obtain a bipolar battery element.

別途、前記双極型電池要素の投影面全体を覆うことができる、縦130mm、横80mm、厚さ100μmのアルミニウム板であって、その一部が双極型電池要素の投影面の外部まで伸びている強電端子を作成した。この端子で、上記で作製した双極型電池要素を挟み込み、さらにこれらを覆うようにアルミラミネートフィルムで真空密封し、大気圧で両面を押すことにより、双極型電池を完成させた。   Separately, an aluminum plate having a length of 130 mm, a width of 80 mm, and a thickness of 100 μm, which can cover the entire projection surface of the bipolar battery element, a part of which extends to the outside of the projection surface of the bipolar battery element. A high voltage terminal was created. A bipolar battery was completed by sandwiching the bipolar battery element produced above with this terminal, vacuum-sealing it with an aluminum laminate film so as to cover it, and pressing both sides at atmospheric pressure.

(実施例2)
上記1.の波型形状を有するステンレス箔の代わりに、ポリプロピレン100質量%に対してカーボン粒子を20質量%分散させた、厚さ30μmのフィルム状の高分子材料を用い、正極側金属層であるアルミニウム箔(厚さ:8μm)および負極側金属層である銅箔(厚さ:10μm)を接着させる方法として、下記表1に示す条件で加熱圧着を行う方法(ホットプレス法)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして双極型電池を作製した。
(Example 2)
Above 1. Instead of the stainless steel foil having a corrugated shape, an aluminum foil which is a positive electrode side metal layer using a film-like polymer material having a thickness of 30 μm in which 20% by mass of carbon particles are dispersed with respect to 100% by mass of polypropylene. (Thickness: 8 μm) and the method of adhering the copper foil (thickness: 10 μm) which is the negative electrode side metal layer, except that the method (hot press method) for performing thermocompression bonding under the conditions shown in Table 1 below was used. A bipolar battery was produced in the same manner as in Example 1.

Figure 2008140552
Figure 2008140552

(実施例3)
正極側金属層であるアルミニウム箔(厚さ:15μm)の上に、エポキシ樹脂に100質量%に対してカーボン粒子を20質量%分散させた高分子材料を、卓上コーターを用いて塗布した。次いで、負極側金属層である銅箔(厚さ:10μm)を、エポキシ樹脂の表面上に貼りあわせ、130℃の温度でエポキシ樹脂を熱硬化させ集電体を作製した。中間層であるエポキシ樹脂層の厚さは10μmであった。
(Example 3)
A polymer material in which 20% by mass of carbon particles were dispersed in 100% by mass of epoxy resin on an aluminum foil (thickness: 15 μm) as a positive electrode side metal layer was applied using a desktop coater. Next, a copper foil (thickness: 10 μm) as the negative electrode side metal layer was bonded onto the surface of the epoxy resin, and the epoxy resin was thermally cured at a temperature of 130 ° C. to produce a current collector. The thickness of the epoxy resin layer as the intermediate layer was 10 μm.

集電体を上記のように作製した以外は、実施例1と同様にして双極型電池を作製した。   A bipolar battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the current collector was produced as described above.

(実施例4)
上記1.の波型形状を有するステンレス箔の代わりに、アルミニウム箔(厚さ:15μm)の上に、キシレン溶剤に溶解したポリアニリンを、卓上コーターを用いて塗布した。その後溶剤を乾燥させ、次いで、負極側金属層である銅箔(厚さ:10μm)を、ポリアニリンの表面上に貼りあわせ、さらに溶媒を乾燥させる方法(ドライラミネート法)により集電体を作成した。中間層であるポリアニリン層の厚さは5μmであった。
集電体を上記のように作製した以外は、実施例1と同様にして双極型電池を作製した。
Example 4
Above 1. Instead of the stainless steel foil having the corrugated shape, polyaniline dissolved in a xylene solvent was applied onto an aluminum foil (thickness: 15 μm) using a desktop coater. Thereafter, the solvent was dried, and then a copper foil (thickness: 10 μm) as a negative electrode side metal layer was bonded onto the surface of the polyaniline, and further the solvent was dried to prepare a current collector (dry lamination method). . The thickness of the polyaniline layer as an intermediate layer was 5 μm.
A bipolar battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the current collector was produced as described above.

(実施例5)
ポリエチレン(PE)100質量%に対して、カーボン粒子を20質量%分散させた高分子材料と、負極側金属層である銅箔(厚さ:10μm)とを下記表2に示す条件で押出ラミネート法を行うことにより接着させた。次いで、正極側金属層としてアルミニウムを、銅箔が接着された面と反対側の面に真空蒸着法により成膜させ集電体とした。中間層である高分子材料層の厚さは20μm、アルミニウム層の厚さは600nmであった。
(Example 5)
A polymer material in which 20% by mass of carbon particles are dispersed with respect to 100% by mass of polyethylene (PE) and a copper foil (thickness: 10 μm) as a negative electrode side metal layer are extruded and laminated under the conditions shown in Table 2 below. Bonded by performing the method. Next, aluminum was formed as a positive electrode side metal layer on the surface opposite to the surface to which the copper foil was bonded by vacuum deposition to obtain a current collector. The thickness of the polymer material layer as an intermediate layer was 20 μm, and the thickness of the aluminum layer was 600 nm.

集電体を上記のように作製した以外は、実施例1と同様にして双極型電池を作製した。   A bipolar battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the current collector was produced as described above.

Figure 2008140552
Figure 2008140552

(実施例6)
銅箔(厚さ:10μm)の上に、キシレン溶剤に溶解したポリアニリンを、卓上コーターを用いて塗布した。その後溶剤を乾燥させ、中間層の高分子材料としてポリアニリンを形成した。正極側金属層としてアルミニウムを、銅箔が接着された面と反対側の面に真空蒸着法により成膜させ集電体とした。ポリアニリン層の厚さは10μm、アルミニウム層の厚さは600nmであった。
(Example 6)
On a copper foil (thickness: 10 μm), polyaniline dissolved in a xylene solvent was applied using a desktop coater. Thereafter, the solvent was dried to form polyaniline as a polymer material for the intermediate layer. Aluminum was formed as a positive electrode side metal layer on the surface opposite to the surface to which the copper foil was bonded by vacuum deposition to obtain a current collector. The thickness of the polyaniline layer was 10 μm, and the thickness of the aluminum layer was 600 nm.

集電体を上記のように作製した以外は、実施例1と同様にして双極型電池を作製した。   A bipolar battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the current collector was produced as described above.

(実施例7)
ポリエチレンテレフタレート(PET)100質量%に対してカーボン粒子を20質量%分散させた、厚さ30μmのフィルム状の高分子材料の片面上に、スパッタリング法を用いて負極側金属である銅を成膜させた。次いで、正極側金属であるアルミニウムを、銅が成膜された面と反対側の面に真空蒸着法により成膜させ集電体とした。アルミニウム層の厚さは600nm、銅層の厚さは800nmであった。
(Example 7)
On one side of a film-like polymer material having a thickness of 30 μm in which 20% by mass of carbon particles are dispersed with respect to 100% by mass of polyethylene terephthalate (PET), a negative electrode side metal copper is formed by sputtering. I let you. Subsequently, aluminum which is a positive electrode side metal was formed into a current collector by vacuum deposition on a surface opposite to the surface on which copper was formed. The thickness of the aluminum layer was 600 nm, and the thickness of the copper layer was 800 nm.

集電体を上記のように作製した以外は、実施例1と同様にして双極型電池を作製した。   A bipolar battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the current collector was produced as described above.

(比較例1)
集電体としてステンレス箔(厚さ:30μm)を用いた以外は、実施例1と同様にして双極型電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A bipolar battery was produced in the same manner as in Example 1 except that stainless steel foil (thickness: 30 μm) was used as the current collector.

(比較例2)
集電体として、正極側金属がアルミニウム、負極側金属が銅であるクラッド材料(厚さ:30μm)を用いた以外は、実施例1と同様にして双極型電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A bipolar battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that a clad material (thickness: 30 μm) in which the positive electrode side metal was aluminum and the negative electrode side metal was copper was used as the current collector.

実施例1〜7および比較例1〜2で用いた中間層の材料のヤング率、ならびに正極側金属層として用いられたアルミニウム箔および正極側金属層として用いられた銅箔のヤング率を下記表3に示す。なお、ヤング率は、JIS Z2280、JIS R1602、およびJIS R1605の測定法により測定した。   The Young's modulus of the material of the intermediate layer used in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2, and the Young's modulus of the aluminum foil used as the positive electrode side metal layer and the copper foil used as the positive electrode side metal layer are shown in the following table. 3 shows. The Young's modulus was measured by the measuring method of JIS Z2280, JIS R1602, and JIS R1605.

Figure 2008140552
Figure 2008140552

(評価1)
実施例1〜7、および比較例1〜2のそれぞれの電池に対して、充放電試験を行った。実験は0.5mAの電流で21.0Vまで定電流充電(CC)し、その後定電圧で充電(CV)し、あわせて10時間充電した。その後、70℃のオーブン中で、電池を固定させ、電池の電極面に対して垂直な方向に、3mmの振幅で50Hzの単調な振動を200時間加えた。次いで、15Vまで放電を行い、容量を測定した。評価は、加振前の容量を100%とした時の加振後の容量を比率で示した。結果を下記表4に示す。
(Evaluation 1)
A charge / discharge test was performed on each of the batteries of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2. In the experiment, constant current charging (CC) was performed at a current of 0.5 mA up to 21.0 V, then charging (CV) was performed at a constant voltage, and charging was performed for 10 hours. Thereafter, the battery was fixed in an oven at 70 ° C., and a monotonous vibration of 50 Hz with an amplitude of 3 mm was applied for 200 hours in a direction perpendicular to the electrode surface of the battery. Subsequently, it discharged to 15V and measured the capacity | capacitance. Evaluation showed the capacity | capacitance after vibration when the capacity | capacitance before vibration was 100% as a ratio. The results are shown in Table 4 below.

Figure 2008140552
Figure 2008140552

表4からわかるように、本発明の双極型電池用電極を備えた実施例1〜7の双極型電池のほうが、比較例の双極型電池と比べて容量維持率が高いことがわかった。これは、実施例1〜7の双極型電池が、集電体にヤング率の低い層を備えており、振動に対する耐久性が高いためと考えられる。また、実施例1〜7の双極型電池の結果と比較例1の双極型電池との結果から、実施例の双極型電池が備える本発明の双極型電池用電極の耐腐食性が、比較例1の双極型電池が備える電極の耐腐食性に比べて優れていると言える。   As can be seen from Table 4, it was found that the bipolar batteries of Examples 1 to 7 having the bipolar battery electrode of the present invention had a higher capacity retention rate than the bipolar battery of the comparative example. This is presumably because the bipolar batteries of Examples 1 to 7 are provided with a layer having a low Young's modulus on the current collector and have high durability against vibration. Further, from the results of the bipolar batteries of Examples 1 to 7 and the results of the bipolar battery of Comparative Example 1, the corrosion resistance of the bipolar battery electrode of the present invention included in the bipolar battery of the Example is a comparative example. It can be said that it is superior to the corrosion resistance of the electrode of the bipolar battery of No. 1.

(評価2)
実施例1〜7のそれぞれの電池に対して、10kHzの交流インピータンスを測定した。実施例1の値を100%としたときの、各電池における交流インピータンスを下記表5に示す。
(Evaluation 2)
An AC impedance of 10 kHz was measured for each of the batteries of Examples 1 to 7. Table 5 below shows the AC impedance of each battery when the value of Example 1 is 100%.

Figure 2008140552
Figure 2008140552

表5中の10kHzの交流インピータンスの値は、双極型電池用電極の層間のイオン抵抗と集電体内の電子抵抗とを合わせた値を表していると言うことができ、実施例1〜7の電池は電極および電解質の構成が同様であることから、表5中の10kHzの交流インピータンスの値の違いは、双極型電池用電極の集電体内の電子移動抵抗の違いを表していると言える。   It can be said that the value of AC impedance of 10 kHz in Table 5 represents a value obtained by combining the ion resistance between the layers of the bipolar battery electrode and the electronic resistance in the current collector. Since the battery of FIG. 5 has the same electrode and electrolyte configuration, the difference in the 10 kHz AC impedance value in Table 5 represents the difference in the electron transfer resistance in the current collector of the bipolar battery electrode. I can say that.

表5からわかるように、集電体の中間層として導電性高分子を用いた実施例4および実施例6の電池、集電体の正極側金属層を真空成膜法により形成した実施例5の電池、ならびに集電体の正極側金属層および集電体の負極側金属層を真空成膜法により形成した実施例7の電池は、実施例1〜3の電池と比較して10kHzの交流インピーダンスの値が高い、すなわち、電池の抵抗が低いということがわかった。このような結果の詳細なメカニズムは不明であるが、集電体の中間層として導電性高分子を用いた場合、集電体の正極側金属層および集電体の負極側金属層との密着性が向上するため、電池の抵抗が低くなったものと考えられる。また、集電体の正極側金属層および負極側金属層の少なくとも一方を真空成膜法により形成した場合、集電体の中間層である高分子材料との密着性が向上するため、電池の抵抗が低くなったものと考えられる。   As can be seen from Table 5, the batteries of Examples 4 and 6 using a conductive polymer as the intermediate layer of the current collector, and Example 5 in which the positive electrode side metal layer of the current collector was formed by the vacuum film formation method. The battery of Example 7 in which the positive electrode side metal layer of the current collector and the negative electrode side metal layer of the current collector were formed by a vacuum film formation method was 10 kHz in comparison with the batteries of Examples 1 to 3. It was found that the impedance value was high, that is, the battery resistance was low. Although the detailed mechanism of such a result is unknown, when a conductive polymer is used as the intermediate layer of the current collector, the adhesion between the positive electrode side metal layer of the current collector and the negative electrode side metal layer of the current collector It is considered that the resistance of the battery is lowered because of the improvement in performance. In addition, when at least one of the positive electrode side metal layer and the negative electrode side metal layer of the current collector is formed by a vacuum film formation method, adhesion with the polymer material that is an intermediate layer of the current collector is improved. It is thought that resistance became low.

本発明の双極型電極は、リチウム二次電池などの電池に用いられる。リチウム二次電池の好ましい用途としては、車両が挙げられる。   The bipolar electrode of the present invention is used for a battery such as a lithium secondary battery. A preferred application of the lithium secondary battery is a vehicle.

双極型電池の構造を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of a bipolar battery. 本発明に用いられる集電体の構成を示す断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the structure of the electrical power collector used for this invention. 本発明に用いられる集電体の一実施形態を示す断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which shows one Embodiment of the electrical power collector used for this invention. 本発明に用いられる集電体の一実施形態を示す断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which shows one Embodiment of the electrical power collector used for this invention. 本発明に用いられる集電体の一実施形態を示す断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which shows one Embodiment of the electrical power collector used for this invention. ドライラミネーターの概略図である。It is the schematic of a dry laminator. 本発明の双極型電池用電極を含む双極型電池の外観図である。It is an external view of the bipolar battery containing the electrode for bipolar batteries of this invention. 本発明の双極型電池用電極を含む組電池の外観図である。It is an external view of the assembled battery containing the electrode for bipolar batteries of this invention. 本発明の双極型電池用電極を含む組電池を搭載した車両の概念図である。It is a conceptual diagram of the vehicle carrying the assembled battery containing the electrode for bipolar batteries of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 集電体、
11 電流取り出しタブ、
11A 正極タブ、
11B 負極タブ、
12 正極側金属層、
13 負極側金属層、
14 中間層、
20 正極、
30 電解質層、
40 負極、
50 ドライラミネーター、
51 基材繰出し部、
52 接着剤(グラビアコート)、
53 乾燥機、
54 第2基材繰出し部、
55 コンバイナーロール、
56 ラミ品巻取り部、
100 双極型電池、
160 双極型電池要素、
180 外装材、
250 組電池モジュール、
300 組電池、
310 接続冶具、
400 電気自動車。
10 Current collector,
11 Current extraction tab,
11A positive electrode tab,
11B negative electrode tab,
12 positive electrode side metal layer,
13 negative electrode side metal layer,
14 Middle layer,
20 positive electrode,
30 electrolyte layer,
40 negative electrode,
50 Dry laminator,
51 base material feeding part,
52 Adhesive (gravure coat),
53 dryer,
54 Second base material feeding section,
55 Combiner roll,
56 Laminate winding part,
100 bipolar battery,
160 bipolar battery element,
180 exterior material,
250 battery module,
300 battery packs,
310 connecting jig,
400 Electric car.

Claims (23)

正極側金属層、負極側金属層、ならびに前記正極側金属層と前記負極側金属層との間に配置され、前記正極側金属層のヤング率および前記負極側金属層のヤング率の1/100000〜1/2のヤング率を有する中間層を備える集電体と、
前記集電体の前記正極側金属層の側に電気的に結合した正極と、
前記集電体の前記負極側金属層の側に電気的に結合した負極と、
を含むことを特徴とする、双極型電池用電極。
The positive electrode side metal layer, the negative electrode side metal layer, and the positive electrode side metal layer and the negative electrode side metal layer are arranged between the Young's modulus of the positive electrode side metal layer and the Young's modulus of the negative electrode side metal layer. A current collector comprising an intermediate layer having a Young's modulus of ~ 1/2;
A positive electrode electrically coupled to the positive electrode side metal layer side of the current collector;
A negative electrode electrically coupled to the negative electrode side metal layer side of the current collector;
An electrode for a bipolar battery, comprising:
前記中間層が波状形状を有する金属材料から形成される、請求項1に記載の双極型電池用電極。   The bipolar battery electrode according to claim 1, wherein the intermediate layer is formed of a metal material having a wavy shape. 前記中間層が導電性を有さない高分子材料に導電性フィラーを分散させた導電性高分子材料から形成される、請求項1に記載の双極型電池用電極。   The bipolar battery electrode according to claim 1, wherein the intermediate layer is formed of a conductive polymer material in which a conductive filler is dispersed in a polymer material having no conductivity. 前記高分子材料が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリロニトリル、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、シリコーン、およびエポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項3に記載の双極型電池用電極。   The polymer material is polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyether nitrile, polyimide, polyamide, polytetrafluoroethylene, styrene butadiene rubber, polyacrylonitrile, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, silicone And at least one selected from the group consisting of epoxy resins. 前記中間層が導電性高分子から形成される、請求項1に記載の双極型電池用電極。   The bipolar battery electrode according to claim 1, wherein the intermediate layer is formed of a conductive polymer. 前記導電性高分子が、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項5に記載の双極型電池用電極。   6. The bipolar electrode according to claim 5, wherein the conductive polymer is at least one selected from the group consisting of polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Type battery electrode. 前記正極側金属層が、アルミニウム、鉄、クロム、ニッケル、チタン、バナジウム、モリブデン、ニオブ、金、銀、白金、およびこれら金属の合金からなる群より選択される少なくとも1種から形成される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の双極型電池用電極。   The positive electrode side metal layer is formed of at least one selected from the group consisting of aluminum, iron, chromium, nickel, titanium, vanadium, molybdenum, niobium, gold, silver, platinum, and alloys of these metals. Item 7. The bipolar battery electrode according to any one of Items 1 to 6. 前記負極側金属層が、アルミニウム、銅、鉄、クロム、ニッケル、チタン、バナジウム、モリブデン、ニオブ、金、銀、白金、およびこれら金属の合金からなる群より選択される少なくとも1種から形成される、請求項1〜7のいずれか1項に記載の双極型電池用電極。   The negative electrode side metal layer is formed of at least one selected from the group consisting of aluminum, copper, iron, chromium, nickel, titanium, vanadium, molybdenum, niobium, gold, silver, platinum, and alloys of these metals. The electrode for bipolar batteries according to any one of claims 1 to 7. 前記正極側金属層および前記負極側金属層の少なくとも一方の厚さが0.05〜1μmである、請求項1〜8のいずれか1項に記載の双極型電池用電極。   The bipolar battery electrode according to any one of claims 1 to 8, wherein a thickness of at least one of the positive electrode side metal layer and the negative electrode side metal layer is 0.05 to 1 µm. 前記正極側金属層の表面に配置される正極活物質層、および前記負極側金属層の表面に配置される負極活物質層をさらに備える、請求項1〜9のいずれか1項に記載の双極型電池用電極。   The bipolar of any one of Claims 1-9 further provided with the positive electrode active material layer arrange | positioned at the surface of the said positive electrode side metal layer, and the negative electrode active material layer arrange | positioned at the surface of the said negative electrode side metal layer. Type battery electrode. 前記正極活物質層がリチウム−遷移金属複合酸化物を含む、請求項10に記載の双極型電池用電極。   The bipolar battery electrode according to claim 10, wherein the positive electrode active material layer contains a lithium-transition metal composite oxide. 前記負極活物質層が炭素材料またはリチウム−遷移金属複合酸化物を含む、請求項10または11に記載の双極型電池用電極。   The bipolar battery electrode according to claim 10 or 11, wherein the negative electrode active material layer contains a carbon material or a lithium-transition metal composite oxide. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の双極型電池用電極、電解質層、および電流取り出しタブを含む、双極型電池。   A bipolar battery comprising the bipolar battery electrode according to claim 1, an electrolyte layer, and a current extraction tab. 前記電流取り出しタブが、前記双極型電池用電極および前記電解質層を含む双極型電池要素の投影面全体を覆い、さらに外装材が前記電流取り出しタブを覆う、請求項13に記載の双極型電池。   The bipolar battery according to claim 13, wherein the current extraction tab covers the entire projection surface of the bipolar battery element including the bipolar battery electrode and the electrolyte layer, and an exterior material covers the current extraction tab. 前記電解質層がゲルポリマー電解質層である、請求項13または14に記載の双極型電池。   The bipolar battery according to claim 13 or 14, wherein the electrolyte layer is a gel polymer electrolyte layer. 前記電解質層が全固体電解質層である、請求項13または14に記載の双極型電池。   The bipolar battery according to claim 13 or 14, wherein the electrolyte layer is an all-solid electrolyte layer. 請求項10〜16のいずれか1項に記載の双極型電池が複数個接続された組電池。   An assembled battery in which a plurality of bipolar batteries according to any one of claims 10 to 16 are connected. 請求項10〜16のいずれか1項に記載の双極型電池、または請求項17に記載の組電池を、モータ駆動用電源として搭載する車両。   A vehicle on which the bipolar battery according to any one of claims 10 to 16 or the assembled battery according to claim 17 is mounted as a motor driving power source. 金属箔の表面上に高分子材料を塗布する工程と、
前記高分子材料を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記高分子材料の表面上に金属箔を貼り合わせる工程と、
を含む、請求項3〜12のいずれか1項に記載の双極型電池用電極の製造方法。
Applying a polymer material on the surface of the metal foil;
Drying the polymeric material;
Bonding a metal foil on the surface of the dried polymer material;
The manufacturing method of the electrode for bipolar batteries of any one of Claims 3-12 containing this.
金属箔の表面上に高分子材料を塗布する工程と、
前記高分子材料の表面上に金属箔を貼り合わせる工程と、
前記高分子材料を熱硬化させる工程と、
を含む、請求項3〜12のいずれか1項に記載の双極型電池用電極の製造方法。
Applying a polymer material on the surface of the metal foil;
Bonding a metal foil on the surface of the polymer material;
Thermally curing the polymeric material;
The manufacturing method of the electrode for bipolar batteries of any one of Claims 3-12 containing this.
金属箔の表面上に高分子材料を塗布する工程と、
前記高分子材料を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記高分子材料の表面上に、真空成膜法により金属層を成膜する工程と、
を含む、請求項3〜12のいずれか1項に記載の双極型電池用電極の製造方法。
Applying a polymer material on the surface of the metal foil;
Drying the polymeric material;
Forming a metal layer on the surface of the dried polymer material by a vacuum film formation method;
The manufacturing method of the electrode for bipolar batteries of any one of Claims 3-12 containing this.
高分子材料の両面上に、真空成膜法により金属層を成膜する工程を含む、請求項3〜12のいずれか1項に記載の双極型電池用電極の製造方法。   The manufacturing method of the electrode for bipolar batteries of any one of Claims 3-12 including the process of forming a metal layer on both surfaces of a polymeric material by the vacuum film-forming method. 前記真空成膜法が真空蒸着法またはスパッタリング法である、請求項21または22に記載の双極型電池用電極の製造方法。   The manufacturing method of the electrode for bipolar batteries of Claim 21 or 22 whose said vacuum film-forming method is a vacuum evaporation method or sputtering method.
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