JP2010113939A - Bipolar secondary battery and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for suppressing the occurrence of problems caused by gas generation in a bipolar secondary battery. <P>SOLUTION: The bipolar secondary battery 10 includes a power generating element in which a bipolar electrode and an electrolyte containing electrolyte layer 17 are laminated so as to form at least one single cell layer 19 formed by laminating a positive electrode active material layer 13, the electrolyte layer and a negative electrode active material layer 15 in this order and a sealing part 31 is formed on an outer peripheral pat of the single cell layer. As the electrolyte constituting the electrolyte layer, an electrolyte whose loss obtained when stationarily set for one hour at 25°C and under a pressure condition of 10 Torr is at least 1 mass.% relative to the mass before set stationarily is used. The electrolyte is subjected to pressure reduction treatment at a pressure of <20 Torr before a sealing part forming process or simultaneously with this process in the manufacture of the battery. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、双極型二次電池およびその製造方法に関する。特に本発明は、双極型二次電池の耐久性・長期信頼性を向上させるための改良に関する。   The present invention relates to a bipolar secondary battery and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention relates to an improvement for improving durability and long-term reliability of a bipolar secondary battery.

近年、環境や燃費の観点から、ハイブリッド自動車や電気自動車、さらには燃料電池自動車が製造・販売され、新たな開発が続けられている。これらのいわゆる電動車両においては、放電・充電ができる電源装置の活用が不可欠である。この電源装置としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等が利用される。特に、リチウムイオン二次電池はそのエネルギー密度の高さや繰り返し充放電に対する耐久性の高さから、電動車両に好適と考えられ、各種の開発が鋭意進められている。ただし、上記したような各種自動車のモータ駆動用電源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, hybrid vehicles, electric vehicles, and fuel cell vehicles have been manufactured and sold from the viewpoints of environment and fuel efficiency, and new developments are continuing. In these so-called electric vehicles, it is indispensable to use a power supply device capable of discharging and charging. As the power supply device, a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery, an electric double layer capacitor, or the like is used. In particular, lithium ion secondary batteries are considered suitable for electric vehicles because of their high energy density and high durability against repeated charging and discharging, and various developments have been intensively advanced. However, in order to apply to the power sources for driving motors of various automobiles as described above, 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。即ち、接続部によって、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. That is, the connection portion causes a reduction in the output density and energy density of the battery.

この問題を解決するものとして、双極型リチウムイオン二次電池(双極型電池)が開発されている(例えば、特許文献1を参照)。双極型電池は、片面に正極活物質層が形成され、他方の面に負極活物質層が形成された双極型電極が、電解質層を介して複数積層されてなる構成の発電要素を有する。そして、隣接する単電池層間での短絡を防止する目的で、正極活物質層、電解質層、および負極活物質層がこの順に積層されて構成される単セル(単電池層)の外周部にはシール部が設けられるのが一般的である。かような発電要素は通常、ラミネートフィルムからなる外装中に真空パックされる。   As a solution to this problem, a bipolar lithium ion secondary battery (bipolar battery) has been developed (see, for example, Patent Document 1). The bipolar battery has a power generation element having a configuration in which a plurality of bipolar electrodes each having a positive electrode active material layer formed on one surface and a negative electrode active material layer formed on the other surface are stacked via an electrolyte layer. In order to prevent a short circuit between adjacent unit cell layers, the outer peripheral portion of a unit cell (unit cell layer) in which a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode active material layer are stacked in this order is provided. Generally, a seal portion is provided. Such a power generation element is usually vacuum-packed in an exterior made of a laminate film.

双極型電池は、複数の単電池層が発電要素の積層方向に電気的に直列に接続されているため、電池を高電圧化、低抵抗化することができる。さらに、かような直列接続は接続部を介することなくなされるため、電池をコンパクト化することができ、出力密度を向上させることが可能となる。   In the bipolar battery, since a plurality of single battery layers are electrically connected in series in the stacking direction of the power generation elements, the battery can be increased in voltage and resistance. Furthermore, since such a series connection is made without going through a connection portion, the battery can be made compact and the output density can be improved.

ところで、リチウムイオン二次電池においては、初回の充放電の際や繰り返し充放電を行なった際に、電池の構成成分(例えば、電解質を構成する有機溶媒)や不可避混入成分(例えば、水分)の分解に起因して、ガスが発生する。かようなガスが発電要素の内部に滞留すると、電極が剥離したり、電極と電解質との接触が悪くなったりして、電池性能が低下するという問題がある。   By the way, in the lithium ion secondary battery, when the first charge / discharge or repeated charge / discharge, the battery components (for example, an organic solvent constituting the electrolyte) and inevitable components (for example, moisture) are included. Gas is generated due to the decomposition. When such a gas stays inside the power generation element, there is a problem that the electrode is peeled off or the contact between the electrode and the electrolyte is deteriorated, and the battery performance is deteriorated.

ここで、双極型でない並列接続タイプのリチウムイオン二次電池はシール部を有さない。このため、例えば液体電解質やゲル電解質を用いる場合には、電極と電解質層とを積層して積層体を作製し、これを乾燥させた後に、電解液やプレゲル溶液を注液して発電要素を作製することが可能である。これにより、発電要素の作製時における水分の混入がある程度防止されうる。その結果、水分の混入に起因するガス発生を抑制することができる。   Here, the parallel connection type lithium ion secondary battery which is not a bipolar type does not have a seal portion. For this reason, for example, when using a liquid electrolyte or a gel electrolyte, an electrode and an electrolyte layer are laminated to prepare a laminated body, and after drying this, an electrolytic solution or a pregel solution is injected to install a power generation element. It is possible to produce. Thereby, the mixing of moisture during the production of the power generation element can be prevented to some extent. As a result, it is possible to suppress gas generation due to moisture mixing.

また、並列接続タイプの電池はシール部を有さないため、初回の充放電時にガスが発生しても、その後に一度真空パックを開封し、ガス抜きを行なった後に再度真空パックすることが可能である。これにより、初回の充放電時に発生したガスに起因する問題を回避することが可能である。また、繰り返し充放電を行なった際に発生したガスについても、その少なくとも一部は、外装の内部ではあっても発電要素の外部には抜けることが可能である。このように、並列接続タイプの電池では、ガス発生に起因する問題をある程度低減させることが可能である。   In addition, since the battery of the parallel connection type does not have a seal part, even if gas is generated during the first charge / discharge, it is possible to open the vacuum pack once and degas it after degassing. It is. Thereby, it is possible to avoid the problem caused by the gas generated during the first charge / discharge. Further, at least a part of the gas generated during repeated charging / discharging can escape to the outside of the power generation element even though it is inside the exterior. Thus, in the parallel connection type battery, it is possible to reduce problems caused by gas generation to some extent.

一方、双極型電池では事情が異なる。すなわち、双極型電池は、単電池層の外周部をシール部によってシールせざるを得ないという特有の構造上の特徴を有する。かようなシール部の形成は双極型電極と電解質層との積層体の形成と同時に行なわれることが一般的である。このため、並列接続タイプの電池のように、先に積層体を作製してこれを乾燥させ、その後に液体成分を注液することが事実上不可能である。よって、積層体作製前に液体成分を電極や電解質層に予め含ませておき、その後に積層工程を行なって積層体を形成せざるを得ない。その結果、積層工程において雰囲気中の水分が発電要素内に混入してしまう。なお、かような水分を除去する目的で、積層工程で得られた積層体を乾燥させることも考えられそうであるが、そうすると電解液やプレゲル溶液中の有機溶媒が揮発してしまうため、好ましくない。   On the other hand, the situation is different for bipolar batteries. That is, the bipolar battery has a unique structural feature that the outer peripheral portion of the single cell layer must be sealed by the seal portion. In general, such a seal portion is formed simultaneously with the formation of a laminate of a bipolar electrode and an electrolyte layer. For this reason, like a battery of parallel connection type, it is practically impossible to produce a laminated body first, dry it, and then inject a liquid component. Therefore, a liquid component must be included in the electrode or the electrolyte layer in advance before the laminate is manufactured, and then a laminate process must be performed to form the laminate. As a result, moisture in the atmosphere is mixed in the power generation element in the stacking process. In addition, for the purpose of removing such moisture, it seems likely to dry the laminate obtained in the laminating step, but then the organic solvent in the electrolyte and pregel solution will volatilize, which is preferable. Absent.

また、シール部が存在するという構造上の制約から、初回充放電後にガス抜きを行なっても、発生したガスはシール部の外部へと抜けることができず、発生した単電池層に留まってしまう。このことは、初回の充放電時のみならず、その後に繰り返し充放電を行なった場合も同様であり、電極の剥離や電極と電解質との接触不良に起因する電池性能の低下といった問題が並列接続タイプの電池と比べて顕著に発生しうる。さらに、使用時に電池が高温に曝されると電解質を構成する有機溶媒が揮発しても、揮発した有機溶媒は単電池層の外部へ抜けることができない。その結果、単電池層の内圧が上昇し、上述したのと同様の電池性能の低下の問題が生じてしまう。
特開平11−204136号公報
In addition, due to the structural restriction that the seal portion exists, even if the gas is degassed after the first charge / discharge, the generated gas cannot escape to the outside of the seal portion and remains in the generated single cell layer. . This applies not only to the first charge / discharge, but also to repeated charge / discharge thereafter, and problems such as electrode peeling and poor battery performance due to poor contact between the electrode and electrolyte are connected in parallel. It can occur significantly compared to the type of battery. Further, when the battery is exposed to high temperature during use, even if the organic solvent constituting the electrolyte is volatilized, the volatilized organic solvent cannot escape to the outside of the unit cell layer. As a result, the internal pressure of the single cell layer rises, and the same problem of battery performance degradation as described above occurs.
JP-A-11-204136

そこで本発明は、双極型二次電池において、上述したような種々の原因によるガス発生に起因する少なくとも1つの問題の発生を抑制しうる手段を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide means capable of suppressing the occurrence of at least one problem caused by gas generation due to various causes as described above in a bipolar secondary battery.

上記の課題を解決すべく、本発明の双極型二次電池においては、電解質層を構成する電解質として、25℃にて1時間、10Torrの圧力条件下に静置した際の減量が、静置前の質量に対して1質量%以下である電解質が用いられる。かような電解質を含む双極型二次電池は、電池の製造時に、シール部を形成する工程の前または当該工程と同時に、電解質を20Torr未満の圧力で減圧処理することにより製造されうる。あるいは、電解質が水より低沸点の溶媒または脱水剤を含む場合には、シール部を形成する工程の前または当該工程と同時に、電解質を20Torr未満の圧力で減圧処理すると、かような電解質を含む双極型二次電池が製造されうる。   In order to solve the above problems, in the bipolar secondary battery of the present invention, as the electrolyte constituting the electrolyte layer, the weight loss when left under a pressure condition of 10 Torr at 25 ° C. for 1 hour is An electrolyte that is 1% by mass or less based on the previous mass is used. A bipolar secondary battery including such an electrolyte can be manufactured by subjecting the electrolyte to a reduced pressure at a pressure of less than 20 Torr before or simultaneously with the process of forming the seal portion when manufacturing the battery. Alternatively, when the electrolyte contains a solvent or dehydrating agent having a boiling point lower than that of water, the electrolyte is included when the electrolyte is decompressed at a pressure of less than 20 Torr before or simultaneously with the step of forming the seal portion. A bipolar secondary battery can be manufactured.

本発明の双極型二次電池やその製造方法によれば、ガス発生をもたらす一因となる水分の混入が防止される。その結果、ガス発生に起因する少なくとも1つの問題の発生が抑制された双極型二次電池が提供されうる。   According to the bipolar secondary battery and the method of manufacturing the same of the present invention, the mixing of moisture that causes gas generation is prevented. As a result, a bipolar secondary battery in which the occurrence of at least one problem due to gas generation is suppressed can be provided.

以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、下記の形態のみに制限されることはない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the scope of claims, and is not limited to the following embodiments.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the scope of claims, and is not limited to the following embodiments. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

図1は、双極型二次電池の代表的な一実施形態である双極型リチウムイオン二次電池の概要を模式的に表した断面概略図である。なお、本明細書においては、双極型のリチウムイオン二次電池を例に挙げて詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はかような形態のみに制限されない。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an outline of a bipolar lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of a bipolar secondary battery. In the present specification, a bipolar lithium ion secondary battery will be described in detail as an example, but the technical scope of the present invention is not limited to such a form.

図1に示す本実施形態の双極型二次電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、電池外装材であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。   The bipolar secondary battery 10 of this embodiment shown in FIG. 1 has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 29 that is a battery exterior material. .

図1に示すように、本実施形態の双極型二次電池10の発電要素21は、集電体11の一方の面に電気的に結合した正極活物質層13が形成され、前記集電体11の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層15が形成された複数の双極型電極を有する。各双極型電極は、電解質層17を介して積層されて発電要素21を形成する。この際、一の双極型電極の正極活物質層13と前記一の双極型電極に隣接する他の双極型電極の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極および電解質層17が交互に積層されている。即ち、一の双極型電極の正極活物質層13と前記一の双極型電極に隣接する他の双極型電極の負極活物質層15との間に電解質層17が挟まれて配置されている。   As shown in FIG. 1, a power generation element 21 of a bipolar secondary battery 10 according to the present embodiment includes a positive electrode active material layer 13 electrically coupled to one surface of a current collector 11, and the current collector 11 has a plurality of bipolar electrodes formed with a negative electrode active material layer 15 electrically coupled to the opposite surface. Each bipolar electrode is stacked via the electrolyte layer 17 to form the power generation element 21. At this time, each bipolar type is formed such that the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode adjacent to the one bipolar electrode face each other through the electrolyte layer 17. Electrodes and electrolyte layers 17 are alternately stacked. That is, the electrolyte layer 17 is disposed between the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode adjacent to the one bipolar electrode.

隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。従って、双極型二次電池10は、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止するために単電池層19の周辺部にはシール部31が配置されている。該シール部31を設けることで隣接する集電体11間を絶縁し、隣接する電極間の接触による短絡を防止することもできる。なお、発電要素21の最外層に位置する正極側の最外層集電体11aには、片面のみに正極活物質層13が形成されている。また、発電要素21の最外層に位置する負極側の最外層集電体11bには、片面のみに負極活物質層15が形成されている。   The adjacent positive electrode active material layer 13, electrolyte layer 17, and negative electrode active material layer 15 constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the bipolar secondary battery 10 has a configuration in which the single battery layers 19 are stacked. Further, in order to prevent a liquid junction due to leakage of the electrolytic solution from the electrolyte layer 17, a seal portion 31 is disposed around the single cell layer 19. By providing the seal portion 31, the adjacent current collectors 11 can be insulated and a short circuit due to contact between adjacent electrodes can be prevented. A positive electrode active material layer 13 is formed only on one side of the positive electrode outermost layer current collector 11 a located in the outermost layer of the power generation element 21. The negative electrode active material layer 15 is formed only on one surface of the outermost current collector 11b on the negative electrode side located in the outermost layer of the power generation element 21.

さらに、図1に示す双極型二次電池10では、正極側最外層集電体11aが延長されて正極集電板25とされ、電池外装材であるラミネートシート29から導出している。一方、負極側最外層集電体11bが延長されて負極集電板27とされ、同様に電池外装材であるラミネートシート29から導出している。   Furthermore, in the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1, the positive electrode side outermost layer current collector 11a is extended to be a positive electrode current collecting plate 25, which is led out from a laminate sheet 29 which is a battery outer packaging material. On the other hand, the negative electrode side outermost layer current collector 11b is extended to form a negative electrode current collector plate 27, which is similarly derived from a laminate sheet 29 which is a battery exterior material.

[集電体]
集電体11は導電性材料から構成され、その両面に活物質層が形成されて電池の電極となり、最終的には電池を構成する。本実施形態において、集電体は、それぞれの層の表面に極性(正極・負極)の異なる活物質層が形成された電池(双極型電池)に用いられる。なお、図1に示すように、複数の単電池層が積層されてなる発電要素を有する電池において最外層に位置する電極は電池反応に関与しないため、最外層に位置する集電体においては、発電要素の内側のみに活物質層が存在すればよい。
[Current collector]
The current collector 11 is made of a conductive material, and an active material layer is formed on both sides thereof to serve as a battery electrode, and finally forms a battery. In the present embodiment, the current collector is used for a battery (bipolar battery) in which active material layers having different polarities (positive electrode and negative electrode) are formed on the surface of each layer. As shown in FIG. 1, in the battery having a power generation element formed by laminating a plurality of single battery layers, the electrode located in the outermost layer does not participate in the battery reaction, so in the current collector located in the outermost layer, The active material layer only needs to exist inside the power generation element.

また、集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。   Further, the size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. For example, if it is used for a large battery that requires a high energy density, a current collector having a large area is used.

集電体11を構成する材料に特に制限はない。例えば、金属や導電性高分子が採用されうる。具体的には、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などの金属材料が挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、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用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス鋼、銅が好ましい。   There is no restriction | limiting in particular in the material which comprises the electrical power collector 11. FIG. For example, a metal or a conductive polymer can be employed. Specifically, metal materials, such as aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, copper, are mentioned, for example. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Of these, aluminum, stainless steel, and copper are preferable from the viewpoints of electronic conductivity and battery operating potential.

集電体11の厚さについても特に制限はない。集電体の厚さは、通常は1〜100μm程度である。   There is no particular limitation on the thickness of the current collector 11. The thickness of the current collector is usually about 1 to 100 μm.

[正極活物質層および負極活物質層]
活物質層13、15は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
[Positive electrode active material layer and negative electrode active material layer]
The active material layers 13 and 15 contain an active material, and further contain other additives as necessary.

正極活物質層13は、正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、Li(Ni−Co−Mn)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。 The positive electrode active material layer 13 includes a positive electrode active material. As the positive electrode active material, for example, LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni—Co—Mn) O 2, and lithium-such as those in which a part of these transition metals are substituted with other elements Examples include transition metal composite oxides, lithium-transition metal phosphate compounds, and lithium-transition metal sulfate compounds. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material. Of course, positive electrode active materials other than those described above may be used.

負極活物質層15は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物(例えば、LiTi12)、金属材料、リチウム−金属合金材料などが挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、炭素材料またはリチウム−遷移金属複合酸化物が、負極活物質として用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。 The negative electrode active material layer 15 includes a negative electrode active material. Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite, soft carbon, and hard carbon, lithium-transition metal composite oxides (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ), metal materials, and lithium-metal alloy materials. . In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination. Preferably, a carbon material or a lithium-transition metal composite oxide is used as the negative electrode active material. Of course, negative electrode active materials other than those described above may be used.

各活物質層13、15に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1〜20μmであり、より好ましくは1〜5μmである。ただし、この範囲を外れる形態が採用されても、勿論よい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、活物質粒子の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。   Although the average particle diameter of each active material contained in each active material layer 13 and 15 is not particularly limited, it is preferably 1 to 20 μm and more preferably 1 to 5 μm from the viewpoint of increasing the output. However, it goes without saying that a form outside this range may be adopted. In the present specification, “particle diameter” means the maximum distance L among the distances between any two points on the contour line of the active material particles. As the value of “average particle diameter”, the average particle diameter of particles observed in several to several tens of fields using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). The calculated value shall be adopted.

正極活物質層13および負極活物質層15に含まれうる添加剤としては、例えば、バインダ、導電助剤、電解質塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー等が挙げられる。   Examples of the additive that can be included in the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 include a binder, a conductive additive, an electrolyte salt (lithium salt), and an ion conductive polymer.

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

導電助剤とは、正極活物質層13または負極活物質層15の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層(13、15)が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。   The conductive assistant refers to an additive that is blended in order to improve the conductivity of the positive electrode active material layer 13 or the negative electrode active material layer 15. Examples of the conductive assistant include carbon materials such as carbon black such as acetylene black, graphite, and vapor grown carbon fiber. When the active material layer (13, 15) contains a conductive additive, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to the improvement of the output characteristics of the battery.

電解質塩(リチウム塩)としては、Li(FSON)、Li(CFSON)、Li(CSON)、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbF、LiCFSO、LiCSO3、LiClO、LiPF(CF3、LiPF(C、LiPF(C、LiPF(C等が挙げられる。 As an electrolyte salt (lithium salt), Li (FSO 2 ) 2 N), Li (CF 3 SO 2 ) 2 N), Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N), LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 2 F 5 SO 3, LiClO 4 , LiPF 3 (CF 3 ) 3 , LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , LiPF 3 (C 3 F 7 ) 3 , LiPF 3 C 4 F 9 ) 3 and the like.

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers.

正極活物質層13および負極活物質層15中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、双極型二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)やイオン伝導性を考慮して調整されうる。   The compounding ratio of the components contained in the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, emphasis on energy, etc.) and ion conductivity by appropriately referring to known knowledge about the bipolar secondary battery.

各活物質層13、15の厚さについても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、各活物質層(13、15)の厚さは、2〜100μm程度である。   The thickness of each active material layer 13, 15 is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the battery can be referred to as appropriate. As an example, the thickness of each active material layer (13, 15) is about 2 to 100 μm.

[電解質層]
電解質層17は、正極活物質層13と負極活物質層15との間の空間的な隔壁(スペーサ)として機能する。また、これと併せて、充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である電解質を保持する機能をも有する。電解質層17を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。電解質層17の構成材料の詳細については後述する。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer 17 functions as a spatial partition (spacer) between the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15. In addition, it also has a function of holding an electrolyte that is a lithium ion transfer medium between the positive and negative electrodes during charging and discharging. A liquid electrolyte or a polymer electrolyte can be used as the electrolyte constituting the electrolyte layer 17. Details of the constituent material of the electrolyte layer 17 will be described later.

本実施形態の双極型二次電池10においては、電解質層17に含まれる電解質の減圧乾燥減量が所定値以下である点に特徴を有する。具体的には、本実施形態の双極型二次電池10の電解質層17に含まれる電解質を25℃にて1時間、10Torrの圧力条件下に静置した際の減量(本明細書中、「減圧乾燥減量」とも称する)は、静置前の当該電解質の質量に対して1質量%以下である。当該減量は、好ましくは0.5質量%以下であり、より好ましくは0.1質量%以下である。なお、減圧乾燥減量の値は、電解質を上述した条件下に静置し、その前後の質量を測定することで算出可能である。   The bipolar secondary battery 10 of the present embodiment is characterized in that the reduced-pressure drying loss of the electrolyte contained in the electrolyte layer 17 is not more than a predetermined value. Specifically, the weight loss when the electrolyte contained in the electrolyte layer 17 of the bipolar secondary battery 10 of the present embodiment is allowed to stand under a pressure condition of 10 Torr at 25 ° C. for 1 hour (in this specification, “ Is also 1% by mass or less with respect to the mass of the electrolyte before standing. The said weight loss becomes like this. Preferably it is 0.5 mass% or less, More preferably, it is 0.1 mass% or less. In addition, the value of reduced-pressure drying loss can be calculated by allowing the electrolyte to stand under the above-described conditions and measuring the mass before and after that.

電解質の25℃における減圧乾燥減量がかような範囲内の値であれば、初回充放電時や繰り返し充放電の際のガス発生やこれに起因する電池性能の低下といった問題の発生が効果的に抑制されうる。   If the reduced-pressure drying loss at 25 ° C. of the electrolyte is within such a range, problems such as gas generation during initial charge / discharge and repeated charge / discharge and deterioration of battery performance due to this are effectively generated. Can be suppressed.

好ましい形態においては、より過酷な条件下における減圧乾燥減量も規定される。すなわち、好ましい形態においては、本実施形態の双極型二次電池10の電解質層17に含まれる電解質を60℃にて1時間、10Torrの圧力条件下に静置した際の減圧乾燥減量が、静置前の当該電解質の質量に対して1質量%以下である。当該減量は、好ましくは0.5質量%以下であり、より好ましくは0.1質量%以下である。   In a preferred form, reduced pressure loss under more severe conditions is also defined. That is, in a preferred embodiment, the weight loss under reduced pressure when the electrolyte contained in the electrolyte layer 17 of the bipolar secondary battery 10 of the present embodiment is allowed to stand under a pressure condition of 10 Torr at 60 ° C. for 1 hour is It is 1 mass% or less with respect to the mass of the said electrolyte before installation. The said weight loss becomes like this. Preferably it is 0.5 mass% or less, More preferably, it is 0.1 mass% or less.

また、より好ましい形態においては、本実施形態の双極型二次電池10の電解質層17に含まれる電解質を150℃にて1時間、10Torrの圧力条件下に静置した際の減圧乾燥減量が、静置前の当該電解質の質量に対して1質量%以下である。当該減量は、好ましくは0.5質量%以下であり、より好ましくは0.1質量%以下である。   Further, in a more preferred form, the reduced weight loss upon drying when the electrolyte contained in the electrolyte layer 17 of the bipolar secondary battery 10 of the present embodiment is allowed to stand at 150 ° C. for 1 hour under a pressure condition of 10 Torr, It is 1 mass% or less with respect to the mass of the said electrolyte before standing still. The said weight loss becomes like this. Preferably it is 0.5 mass% or less, More preferably, it is 0.1 mass% or less.

なお、上述した形態の減圧乾燥減量を示すような電解質を得る手法については、後述する。   In addition, the method of obtaining the electrolyte which shows the reduced pressure drying loss of the form mentioned above is mentioned later.

電解質を構成する具体的な材料について特に制限はなく、上述した形態の減圧乾燥減量を示すような材料が適宜選択されうる。以下、電解質層を構成する材料の一例を説明するが、本発明の技術的範囲は下記の形態のみには制限されない。   There is no restriction | limiting in particular about the specific material which comprises electrolyte, The material which shows the reduced pressure drying loss of the form mentioned above can be selected suitably. Hereinafter, although an example of the material which comprises an electrolyte layer is demonstrated, the technical scope of this invention is not restrict | limited only to the following form.

液体電解質は、可塑剤に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤としては、例えば、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、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;γ−ブチロラクトン等のラクトン類のほか、イオン液体が例示される。電解質が可塑剤を含む場合には、比較的高沸点のEC、PC,ラクトン類、またはイオン液体が可塑剤として用いられることが好ましい。なかでも、イオン液体が用いられることがより好ましい。これは、高沸点溶媒やイオン液体は蒸気圧が比較的小さい(イオン液体は非常に小さい)ためである。その結果、電池製造時に水分を除去する目的で減圧・高温条件とした場合であっても、高沸点溶媒やイオン液体は揮発せずに電解質中に残存しうる。また、イオン液体は通常の有機溶媒とは異なり蒸気圧が非常に小さいために、電池使用時に高温に曝されることとなった場合であってもほとんど揮発しない。よって、電池の膨れや電極の剥離、電極と電解質との接触不良といった問題の発生を抑えるという観点からも好ましい。   The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in a plasticizer. Examples of the plasticizer include carbonates such as diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC); lactones such as γ-butyrolactone, and ionic liquids. The When the electrolyte contains a plasticizer, EC, PC, lactones or ionic liquids having a relatively high boiling point are preferably used as the plasticizer. Among these, it is more preferable to use an ionic liquid. This is because high boiling point solvents and ionic liquids have a relatively low vapor pressure (ionic liquids are very small). As a result, the high boiling point solvent and the ionic liquid can remain in the electrolyte without being volatilized even under reduced pressure and high temperature conditions for the purpose of removing moisture during battery manufacture. In addition, unlike an ordinary organic solvent, the ionic liquid has a very low vapor pressure, so that it hardly volatilizes even when it is exposed to a high temperature during battery use. Therefore, it is also preferable from the viewpoint of suppressing the occurrence of problems such as battery swelling, electrode peeling, and poor contact between the electrode and the electrolyte.

ここで、イオン液体は常温溶融塩とも称され、常温で液体状態を示す塩である。イオン液体自体はよく知られた材料であり、非常に多数の文献も頒布されている。本実施形態において好ましく用いられるイオン液体の例を挙げると、イオン液体を構成するカチオンとしては、例えば、アンモニウム(イミダゾリウム、ピリジニウム、脂肪族系第四級アンモニウム[ピペリジニウム、ピロリジニウム、第四級アルキルアンモニウム、アルコキシ基を有する第四級アルキルアンモニウム])、ホスホニウムカチオンおよびスルホニウムカチオンなどが挙げられる。イミダゾリウムカチオンの具体例としては、1、3−ジメチルイミダゾリウム、1、3−ジエチルイミダゾリウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム、1−エチル−2、3−ジメチルイミダゾリウムが挙げられる。ピリジニウムカチオンの具体例としては、N−エチル−N−メチルピリジニウム、N−メチル−N−プロピルピリジニウム、N−ブチル−N−メチルピリジニウム、N−ヘキシル−N−メチルピリジニウムが挙げられる。ピロリジニウムカチオンの具体例としては、N−エチル−N−メチルピロリジニウム、N−メチル−N−プロピルピロリジニウム、N−ブチル−N−メチルピロリジニウム、N−ヘキシル−N−メチルピロリジニウムが挙げられる。ピペリジニウムの具体例としては、N−エチル−N−メチルピペリジニウム、N-メチル−N−プロピルピペリジニウム、N-ブチル−N−メチルピペリジニウム、N-ヘキシル−N−メチルピペリジニウムが挙げられる。ピロリジニウムカチオンの具体例としては、N−エチル−N−メチルピロリジニウム、N−メチル−N−プロピルピロリジニウム、N−ブチル−N−メチルピロリジニウム、N−ヘキシル−N−メチルピロリジニウムが挙げられる。第四級アルキルアンモニウムの具体例としては、N,N,N−トリメチル−N−エチルアンモニウム、N,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウム、N,N,N−トリメチル−N−ブチルアンモニウム、N,N,N−トリメチル−N−ヘキシルアンモニウム、N,N,N−トリエチル−N−メチルアンモニウムが挙げられる。アルコキシ基を有する第四級アルキルアンモニウムの具体例としては、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニムなどが例示される。ホスホニウムカチオンの具体例としては、トリエチルメチルホスホニウム、トリエチルヘキシルホスホニウムなどが挙げられる。スルホニウムカチオンの具体例としては、トリエチルメチルスルホニウム、トリエチルヘキシルスルホニウムなどが挙げられる。   Here, the ionic liquid is also called a normal temperature molten salt, and is a salt that shows a liquid state at normal temperature. The ionic liquid itself is a well-known material, and a great number of documents are distributed. Examples of ionic liquids preferably used in the present embodiment include cations constituting the ionic liquids such as ammonium (imidazolium, pyridinium, aliphatic quaternary ammonium [piperidinium, pyrrolidinium, quaternary alkylammonium. , Quaternary alkyl ammonium having an alkoxy group]), phosphonium cation and sulfonium cation. Specific examples of the imidazolium cation include 1,3-dimethylimidazolium, 1,3-diethylimidazolium, 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1-propyl-3-methylimidazolium, 1-butyl-3. -Methylimidazolium, 1-hexyl-3-methylimidazolium, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium. Specific examples of the pyridinium cation include N-ethyl-N-methylpyridinium, N-methyl-N-propylpyridinium, N-butyl-N-methylpyridinium, and N-hexyl-N-methylpyridinium. Specific examples of the pyrrolidinium cation include N-ethyl-N-methylpyrrolidinium, N-methyl-N-propylpyrrolidinium, N-butyl-N-methylpyrrolidinium, N-hexyl-N-methyl. Pyrrolidinium is mentioned. Specific examples of piperidinium include N-ethyl-N-methylpiperidinium, N-methyl-N-propylpiperidinium, N-butyl-N-methylpiperidinium, N-hexyl-N-methylpiperidinium Is mentioned. Specific examples of the pyrrolidinium cation include N-ethyl-N-methylpyrrolidinium, N-methyl-N-propylpyrrolidinium, N-butyl-N-methylpyrrolidinium, N-hexyl-N-methyl. Pyrrolidinium is mentioned. Specific examples of the quaternary alkyl ammonium include N, N, N-trimethyl-N-ethylammonium, N, N, N-trimethyl-N-propylammonium, N, N, N-trimethyl-N-butylammonium, N, N, N-trimethyl-N-hexylammonium, N, N, N-triethyl-N-methylammonium may be mentioned. Specific examples of the quaternary alkyl ammonium having an alkoxy group include N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium. Specific examples of the phosphonium cation include triethylmethylphosphonium and triethylhexylphosphonium. Specific examples of the sulfonium cation include triethylmethylsulfonium and triethylhexylsulfonium.

また、イオン液体を構成するアニオンとしては、例えば、BF 、AlF−、PF 、AsF 、SbF 、ClO 、AlCl 、CFSO 、CSO SO SO CHSO SO CHOSO OSO (FOS)(FSI)、(CFSO(TFSI)、CFCO (CSO(BETI)、(CSO、(CFSO、(CSO、(CN)、(CF3PF 、(CPF 、(CPF および(CPF などが例示される。なお、これらのカチオンおよびアニオンはそれぞれ、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が用いられてもよい。なかでも、粘度が小さく耐酸化性・耐還元性に優れるという観点から、イオン液体は、N−エチル−N−メチルピペリジニウム、N−メチル−N−プロピルピペリジニウム、N−ブチル−N−メチルピペリジニウム、N−ヘキシル−N−メチルピペリジニウム、N−エチル−N−メチルピロリジニウム、N−メチル−N−プロピルピロリジニウム、N−ブチル−N−メチルピロリジニウム、N−ヘキシル−N−メチルピロリジニウム、N,N,N−トリメチル−N−エチルアンモニウム、N,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウム、N,N,N−トリメチル−N−ブチルアンモニウム、N,N,N−トリメチル−N−ヘキシルアンモニウム、N,N,N−トリエチル−N−メチルアンモニウム、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニムからなる群から選択される1種または2種以上であり、前記イオン液体を構成するアニオンが、FSI、TFSI、BETIからなる群から選択される1種または2種以上であることが好ましい。なお、上述した可塑剤は、エチレンカーボネート(EC)、ジエチレンカーボネオート(DEC)、ビニレンカーボネート(VC)、リチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)、エチレンサルファイト(ES)、クロロエチレンカーボネート(Cl−EC)などの従来公知の添加剤を含んでもよい。 Examples of the anion constituting the ionic liquid include BF 4 , AlF 4 −, PF 6 , AsF 6 , SbF 6 , ClO 4 , AlCl 4 , CF 3 SO 3 and C 2 F. 5 SO 3 , C 3 F 7 SO 3 , C 4 F 9 SO 3 , CH 3 SO 3 , C 2 H 5 SO 3 , CH 3 OSO 3 , C 2 H 5 OSO 3 , ( FO 2 S) 2 N - ( FSI), (CF 3 SO 2) 2 N - (TFSI), CF 3 CO 2 -, (C 2 F 5 SO 2) 2 N - (BETI), (C 4 F 9 SO 2 ) 2 N , (CF 3 SO 2 ) 3 C , (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C , (CN) 2 N , (CF 3 ) 3 PF 3 , (C 2 F 5 ) 3 PF 3 -, (C 3 F 7) 3 PF 3 - Contact Beauty (C 4 F 9) 3 PF 3 - , etc. are exemplified. Each of these cations and anions may be used alone or in combination of two or more. Among these, ionic liquids are N-ethyl-N-methylpiperidinium, N-methyl-N-propylpiperidinium, N-butyl-N from the viewpoint of low viscosity and excellent oxidation resistance and reduction resistance. -Methylpiperidinium, N-hexyl-N-methylpiperidinium, N-ethyl-N-methylpyrrolidinium, N-methyl-N-propylpyrrolidinium, N-butyl-N-methylpyrrolidinium, N-hexyl-N-methylpyrrolidinium, N, N, N-trimethyl-N-ethylammonium, N, N, N-trimethyl-N-propylammonium, N, N, N-trimethyl-N-butylammonium, N, N, N-trimethyl-N-hexylammonium, N, N, N-triethyl-N-methylammonium, N, N-diethyl-N-methyl-N One or more selected from the group consisting of (2-methoxyethyl) ammonim, and the anion constituting the ionic liquid is one or more selected from the group consisting of FSI, TFSI, and BETI It is preferable that The plasticizers described above are ethylene carbonate (EC), diethylene carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), lithium bisoxalate borate (LiBOB), ethylene sulfite (ES), chloroethylene carbonate (Cl- EC) and other conventionally known additives may be included.

液体電解質において上述した可塑剤(有機溶媒やイオン液体)に溶解される支持塩(リチウム塩)としては、LiPFやLiBETI等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。可塑剤への支持塩の添加量にも特に制限はなく、従来公知の知見が適宜参照されうる。 As the supporting salt (lithium salt) dissolved in the above-described plasticizer (organic solvent or ionic liquid) in the liquid electrolyte, a compound that can be added to the active material layer of the electrode, such as LiPF 6 or LiBETI, can be similarly employed. There is no restriction | limiting in particular also in the addition amount of the supporting salt to a plasticizer, A conventionally well-known knowledge can be referred suitably.

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない固体電解質に分類される。   On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel electrolyte containing an electrolytic solution and a solid electrolyte containing no electrolytic solution.

ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸エステル、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体(PVdF−HFP)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)およびこれらの共重合体などが挙げられる。これらのポリマーには、リチウム塩が良好に溶解しうる。なかでも、PEO、PPOもしくはこれらの共重合体、またはPVdF−HFPがマトリックスポリマーとして用いられることが好ましい。   The gel electrolyte has a configuration in which the above liquid electrolyte is injected into a matrix polymer made of an ion conductive polymer. Examples of the ion conductive polymer used as the matrix polymer include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polymethacrylic acid ester, polyvinylidene fluoride (PVdF), Examples thereof include a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVdF-HFP), poly (methyl methacrylate) (PMMA), and a copolymer thereof. In these polymers, lithium salts can be dissolved well. Especially, it is preferable that PEO, PPO or these copolymers, or PVdF-HFP is used as a matrix polymer.

なお、ゲル電解質における電解液(マトリックスポリマー以外の成分)の含有割合は、特に制限されない。イオン伝導度などの観点から、数質量%〜98質量%程度であればよいが、好ましくは80質量%以上である。   In addition, the content rate in particular of electrolyte solution (components other than a matrix polymer) in a gel electrolyte is not restrict | limited. From the viewpoint of ionic conductivity and the like, it may be about several mass% to 98 mass%, preferably 80 mass% or more.

固体電解質は、真性ポリマー電解質とも称され、上記のマトリックスポリマーに支持塩(リチウム塩)が溶解してなる構成を有し、可塑剤を含まない。マトリックスポリマーとして、セラミックスなどのイオン伝導性固体電解質が用いられてもよい。固体電解質は液体成分を含まないことから、電解質層が固体電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。   The solid electrolyte is also called an intrinsic polymer electrolyte, and has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the above matrix polymer, and does not contain a plasticizer. As the matrix polymer, an ion conductive solid electrolyte such as ceramics may be used. Since the solid electrolyte does not contain a liquid component, when the electrolyte layer is composed of a solid electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the battery reliability can be improved.

なお、電解質層が液体電解質やゲル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 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.

ゲル電解質や固体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、マトリックスポリマー(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 gel electrolyte or solid electrolyte can express excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, a polymerization process such as thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, or electron beam polymerization may be performed on a matrix polymer (for example, PEO or PPO) using an appropriate polymerization initiator.

以上、電解質層17を構成する電解質の具体的な形態を、液体電解質、ゲル電解質、固体電解質に分類して詳細に説明したが、電解質はポリマー電解質であることが好ましい。換言すれば、電解質は、好ましくはポリマーを含む。これは、ポリマー自体も蒸気圧が非常に小さく、電池製造時に水分除去の目的で減圧・高温条件とした場合であってもその悪影響を受けにくいためである。   The specific form of the electrolyte constituting the electrolyte layer 17 has been described above in detail by classifying it into a liquid electrolyte, a gel electrolyte, and a solid electrolyte. However, the electrolyte is preferably a polymer electrolyte. In other words, the electrolyte preferably includes a polymer. This is because the polymer itself also has a very low vapor pressure, and is not easily affected even under reduced pressure and high temperature conditions for the purpose of removing moisture during battery manufacture.

本発明の他の好ましい形態において、電解質層17を構成する電解質は、水より低沸点の溶媒(以下、単に「低沸点溶媒」」とも称する)を含む。かような形態によれば、電池製造時に水分除去の目的で減圧処理した際に、当該低沸点溶媒の存在によって、電解質から水分が揮発・除去されやすくなる。   In another preferred embodiment of the present invention, the electrolyte constituting the electrolyte layer 17 includes a solvent having a boiling point lower than that of water (hereinafter, also simply referred to as “low boiling point solvent”). According to such a form, when a reduced pressure treatment is performed for the purpose of removing moisture during battery production, moisture is easily volatilized and removed from the electrolyte due to the presence of the low boiling point solvent.

低沸点溶媒の具体的な形態について特に制限はなく、従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノールなどのアルコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒;n−ヘキサン、2−メチルペンタン、3−メチルペンタン、2,2−ジメチルブタン、2,3−ジメチルブタン、n−ヘプタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン、シクロペンタン、などの炭化水素系溶媒;テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテル、メチル−tert−ブチルエーテル、1,2−ジメトキシエタンなどのエーテル系溶媒などが低沸点溶媒として用いられうる。これらの低沸点溶媒は電解質に含まれても電極やセパレータ等の他の構成成分に対して不活性であるため、好ましい。水の揮発・除去を促進しうるのであれば、その他の低沸点溶媒が用いられてもよいことは勿論である。なかでも、メタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、n−ヘキサンが好ましく用いられ、より好ましくはメタノール、エタノール、アセトンが用いられる。なお、これらの低沸点溶媒は1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。   There is no restriction | limiting in particular about the specific form of a low boiling point solvent, A conventionally well-known knowledge can be referred suitably. For example, alcohol solvents such as methanol, ethanol, 1-propanol and 2-propanol; ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone; n-hexane, 2-methylpentane, 3-methylpentane and 2,2-dimethyl Hydrocarbon solvents such as butane, 2,3-dimethylbutane, n-heptane, cyclohexane, methylcyclopentane, cyclopentane; ethers such as tetrahydrofuran, diisopropyl ether, methyl-tert-butyl ether, 1,2-dimethoxyethane A solvent or the like can be used as the low boiling point solvent. These low-boiling solvents are preferable because they are inert to other components such as electrodes and separators even if they are contained in the electrolyte. Of course, other low-boiling solvents may be used as long as they can promote volatilization and removal of water. Of these, methanol, ethanol, acetone, methyl ethyl ketone, and n-hexane are preferably used, and methanol, ethanol, and acetone are more preferably used. In addition, as for these low boiling-point solvents, only 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.

電解質が低沸点溶媒を含む場合の当該低沸点溶媒の含有量は特に制限されない。好ましい範囲としては、電解質が電解液(可塑剤+支持塩)を含む場合、低沸点溶媒の添加量は、当該電解液100質量部に対して、好ましくは5〜50質量部であり、より好ましくは5〜20質量部である。また、電解質が電解液を含まない(すなわち、固体電解質である)場合、低沸点溶媒の添加量は、当該(固体)電解質100質量部に対して、好ましくは5〜80質量部であり、より好ましくは5〜20質量部である。低沸点溶媒の含有量がかような範囲内の値であれば、電解質の本来の機能であるリチウムイオン伝導性の低下が最小限に抑制されうる。その一方で、低沸点溶媒としての機能である水分除去の目的を達成することが可能となる。   When the electrolyte contains a low boiling point solvent, the content of the low boiling point solvent is not particularly limited. As a preferred range, when the electrolyte contains an electrolytic solution (plasticizer + supporting salt), the amount of the low boiling point solvent added is preferably 5 to 50 parts by mass, more preferably 100 parts by mass of the electrolytic solution. Is 5 to 20 parts by mass. Further, when the electrolyte does not contain an electrolytic solution (that is, a solid electrolyte), the amount of the low boiling point solvent added is preferably 5 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the (solid) electrolyte, and more Preferably it is 5-20 mass parts. If the content of the low boiling point solvent is within such a range, the decrease in lithium ion conductivity, which is the original function of the electrolyte, can be minimized. On the other hand, it is possible to achieve the purpose of removing moisture, which is a function as a low boiling point solvent.

本発明のさらに他の好ましい形態において、電解質層17を構成する電解質は、脱水剤を含む。かような形態によれば、電解質中に水分が存在しても、当該水分は脱水剤との反応によって、水よりも蒸気圧の大きい低沸点化合物へと変化する。当該低沸点化合物は、電池製造時の減圧(高温)処理によって揮発・除去されうる。その結果、電解質中への水分の残存量を低減させることが可能となる。   In still another preferred embodiment of the present invention, the electrolyte constituting the electrolyte layer 17 includes a dehydrating agent. According to such a form, even if moisture exists in the electrolyte, the moisture changes to a low boiling point compound having a vapor pressure higher than that of water by reaction with the dehydrating agent. The low boiling point compound can be volatilized and removed by a reduced pressure (high temperature) treatment during battery manufacture. As a result, it becomes possible to reduce the amount of moisture remaining in the electrolyte.

本実施形態において用いられうる脱水剤としては、上述した作用効果を発揮しうるものであれば特に制限されないが、一例としては、下記化学式1で表されるアルコキシド化合物が挙げられる。   The dehydrating agent that can be used in the present embodiment is not particularly limited as long as it can exhibit the above-described effects, and an example is an alkoxide compound represented by the following chemical formula 1.

Figure 2010113939
Figure 2010113939

化学式1において、Mは、Si、Ge、Sn、Pb、Al、Ga、In、またはTlであり、好ましくはSiまたはGeであり、特に好ましくはSiである。また、Rは、炭素原子数1〜4のアルキル基である。かようなアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基などが挙げられる。なかでも、好ましくはメチル基、エチル基、n−プロピル基であり、特に好ましくはメチル基またはエチル基であり、最も好ましくはメチル基である。なお、化学式1において、Rは互いに同一であってもよいし、異なってもよい。化学式1において、xは3または4である。   In Chemical Formula 1, M is Si, Ge, Sn, Pb, Al, Ga, In, or Tl, preferably Si or Ge, and particularly preferably Si. R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Examples of such an alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an iso-propyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, and a tert-butyl group. Among them, preferred is a methyl group, an ethyl group, or an n-propyl group, particularly preferred is a methyl group or an ethyl group, and most preferred is a methyl group. In Chemical Formula 1, Rs may be the same as or different from each other. In Chemical Formula 1, x is 3 or 4.

脱水剤として用いられうるアルコキシド化合物の具体例として、MがSiの例としては、テトラメチルオルトシリケート(TMOS;Si(OCH)、テトラエチルオルトシリケート(TEOS;Si(OCHCH)、テトラ−n−プロピルオルトシリケート(Si(OCHCHCH)、テトラ−iso−プロピルオルトシリケート(Si(OCH(CH2)、テトラ−n−ブチルオルトシリケート(Si(OCHCHCHCH)、テトラ−sec−ブチルオルトシリケート(Si(OCHCH(CH2)、テトラ−tert−ブチルオルトシリケート(Si(OCHC(CH3)、エチルトリメチルシリケート、ジエチルジメチルシリケート、メチルトリエチルシリケート等が挙げられる。また、MがGeの例としては、テトラメトキシゲルマニウム(Ge(OCH)、テトラエトキシゲルマニウム(Ge(OCHCH)、テトラ−n−プロポキシゲルマニウム、テトラ−iso−プロポキシゲルマニウム、テトラ−n−ブトキシゲルマニウム、テトラ−sec−ブトキシゲルマニウム、テトラ−tert−ブトキシゲルマニウム、エトキシトリメトキシゲルマニウム、ジエトキシジメトキシゲルマニウム、メトキシトリエトキシゲルマニウム等が挙げられる。なかでも、入手の容易性の観点からは、TEOSやテトラエトキシゲルマニウム、テトラ−n−ブトキシゲルマニウムが好ましく用いられ、特に好ましくはTEOSが用いられる。 As specific examples of the alkoxide compound that can be used as the dehydrating agent, examples in which M is Si include tetramethyl orthosilicate (TMOS; Si (OCH 3 ) 4 ), tetraethyl orthosilicate (TEOS; Si (OCH 2 CH 3 ) 4 ), tetra -n- propyl orthosilicate (Si (OCH 2 CH 2 CH 3) 4), tetra -iso- propyl orthosilicate (Si (OCH (CH 3) 2) 4), tetra -n- butyl orthosilicate ( Si (OCH 2 CH 2 CH 2 CH 3) 4), tetra -sec- butyl orthosilicate (Si (OCH 2 CH (CH 3) 2) 4), tetra -tert- butyl orthosilicate (Si (OCH 2 C ( CH 3) 3) 4), ethyl trimethyl silicate, diethyl dimethylsilylene Over DOO, methyl tri ethyl silicate or the like. Examples of M that is Ge include tetramethoxygermanium (Ge (OCH 3 ) 4 ), tetraethoxygermanium (Ge (OCH 2 CH 3 ) 4 ), tetra-n-propoxygermanium, tetra-iso-propoxygermanium, Examples include tetra-n-butoxygermanium, tetra-sec-butoxygermanium, tetra-tert-butoxygermanium, ethoxytrimethoxygermanium, diethoxydimethoxygermanium, methoxytriethoxygermanium, and the like. Among these, from the viewpoint of easy availability, TEOS, tetraethoxygermanium, and tetra-n-butoxygermanium are preferably used, and TEOS is particularly preferably used.

ここで、参考のために、脱水剤としてTEOSを用いた場合のTEOSと水との反応を示す化学反応式を下記の反応式1に示す。   Here, for reference, a chemical reaction formula showing a reaction between TEOS and water when TEOS is used as a dehydrating agent is shown in the following reaction formula 1.

Figure 2010113939
Figure 2010113939

電解質が脱水剤を含む場合の当該脱水剤の含有量は特に制限されない。好ましい範囲としては、電解質が電解液(可塑剤+支持塩)を含む場合、脱水剤の添加量は、当該電解液100質量部に対して、好ましくは1〜20質量部であり、より好ましくは1〜5質量部である。また、電解質が電解液を含まない(すなわち、固体電解質である)場合、脱水剤の添加量は、当該(固体)電解質100質量部に対して、好ましくは1〜20質量部であり、より好ましくは1〜5質量部である。脱水剤の含有量がかような範囲内の値であれば、電解質の本来の機能であるリチウムイオン伝導性の低下が最小限に抑制されうる。その一方で、脱水剤としての機能である水分除去の目的を達成することが可能となる。   When the electrolyte contains a dehydrating agent, the content of the dehydrating agent is not particularly limited. As a preferred range, when the electrolyte contains an electrolytic solution (plasticizer + supporting salt), the amount of the dehydrating agent added is preferably 1 to 20 parts by mass, more preferably 100 parts by mass of the electrolytic solution. 1 to 5 parts by mass. Further, when the electrolyte does not contain an electrolytic solution (that is, a solid electrolyte), the amount of the dehydrating agent added is preferably 1 to 20 parts by mass, more preferably 100 parts by mass of the (solid) electrolyte. Is 1-5 parts by mass. If the content of the dehydrating agent is within such a range, the decrease in lithium ion conductivity, which is the original function of the electrolyte, can be minimized. On the other hand, it is possible to achieve the purpose of removing moisture, which is a function as a dehydrating agent.

本実施形態の双極型二次電池10においては、電解質が上述した構成を有することにより、電解質中の水分量が少ない値に制御されている。具体的には、本実施形態の双極型二次電池10の電解質層17に含まれる電解質における水分の含有量は、当該電解質の全量に対して、好ましくは50質量ppm以下であり、より好ましくは20質量ppm以下であり、特に好ましくは10質量ppm以下である。このように電解質中の水分の含有量が従来と比較して極めて少ない値に制御されていることにより、上述したような水分の混入に起因する種々の問題の発生が、本発明によれば効果的に抑制されうるのである。なお、電解質中の水分の含有量は、カールフィッシャー法により測定される値を採用するものとする。   In the bipolar secondary battery 10 of the present embodiment, the amount of water in the electrolyte is controlled to a value that is small because the electrolyte has the above-described configuration. Specifically, the water content in the electrolyte contained in the electrolyte layer 17 of the bipolar secondary battery 10 of the present embodiment is preferably 50 ppm by mass or less, more preferably based on the total amount of the electrolyte. It is 20 mass ppm or less, and particularly preferably 10 mass ppm or less. As described above, since the moisture content in the electrolyte is controlled to an extremely small value compared to the conventional one, the occurrence of various problems due to the mixing of moisture as described above is effective according to the present invention. Can be suppressed. In addition, the value measured by the Karl Fischer method shall be employ | adopted for content of the water | moisture content in electrolyte.

[シール部]
シール部31は、電解質層17の漏れを防止するために単電池層19の周辺部に配置されている。このほかにも、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止することもできる。該シール部31の構成材料としては、例えば、PE、PPなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミドなどが挙げられる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂が好ましい。
[Seal part]
The seal portion 31 is disposed on the periphery of the unit cell layer 19 in order to prevent leakage of the electrolyte layer 17. In addition to this, it is possible to prevent current collectors adjacent in the battery from coming into contact with each other and a short circuit due to a slight unevenness at the end of the laminated electrode. Examples of the constituent material of the seal portion 31 include polyolefin resins such as PE and PP, epoxy resins, rubber, and polyimide. Of these, polyolefin resins are preferred from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, film-forming properties, economy, and the like.

[正極および負極集電板]
双極型二次電池10においては、電池外部に電流を取り出す目的で、最外層集電体(11a、11b)に電気的に接続された集電板(正極集電板25および負極集電板27)が外装材であるラミネートシート29の外部に取り出されている。具体的には、正極用最外層集電体11aに電気的に接続された正極集電板25と、負極用最外層集電体11bに電気的に接続された負極集電板27とが、外装材29の外部に取り出される。
[Positive electrode and negative electrode current collector]
In the bipolar secondary battery 10, current collecting plates (a positive current collecting plate 25 and a negative current collecting plate 27) electrically connected to the outermost layer current collectors (11 a, 11 b) for the purpose of extracting current to the outside of the battery. ) Is taken out of the laminate sheet 29 which is an exterior material. Specifically, a positive electrode current collector plate 25 electrically connected to the positive electrode outermost layer current collector 11a, and a negative electrode current collector plate 27 electrically connected to the negative electrode outermost layer current collector 11b, It is taken out of the exterior material 29.

集電板(正極集電板25および負極集電板27)を構成する材料は、特に制限されず、双極型二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが好ましい、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板25と負極集電板27とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。また、最外層集電体(11a、11b)を延長することにより集電板(25、27)としてもよいし、別途準備した集電板を最外層集電体に接続してもよい。   The material constituting the current collector plates (the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27) is not particularly limited, and a known highly conductive material conventionally used as a current collector plate for a bipolar secondary battery can be used. Can be used. As a constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable, and aluminum is more preferable from the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity. Copper or the like is preferable, and aluminum is particularly preferable. The positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 may be made of the same material or different materials. The outermost layer current collectors (11a, 11b) may be extended to form current collector plates (25, 27), or a separately prepared current collector plate may be connected to the outermost layer current collector.

[正極および負極端子板]
正極および負極端子板は、必要に応じて使用する。例えば、最外部の集電体11a、11bから正極集電板25及び負極集電板27を直接取り出す場合には、正極および負極端子板は用いなくてもよい。
[Positive electrode and negative electrode terminal plate]
The positive electrode and the negative electrode terminal plate are used as necessary. For example, when the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 are directly taken out from the outermost current collectors 11a and 11b, the positive electrode and negative electrode terminal plates need not be used.

正極および負極端子板の材料は、従来公知のリチウムイオン電池で用いられる材料を用いることができる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、これらの合金を利用することができる。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウムを用いることが好ましい。さらに、端子部での内部抵抗を抑える観点から、正極および負極端子板の厚さは、通常、0.1〜2mm程度が望ましい。   As a material for the positive electrode and the negative electrode terminal plate, a material used in a conventionally known lithium ion battery can be used. For example, aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel, and alloys thereof can be used. Aluminum is preferably used from the viewpoints of corrosion resistance, ease of production, economy, and the like. Furthermore, from the viewpoint of suppressing internal resistance at the terminal portion, the thickness of the positive electrode and the negative electrode terminal plate is usually preferably about 0.1 to 2 mm.

[正極および負極リード]
正極および負極リードに関しても、必要に応じて使用する。例えば、最外部の集電体11a、11bから出力電極端子(正極集電板25及び負極集電板27)を直接取り出す場合(図7参照のこと)には、正極および負極リードは用いなくてもよい。
[Positive electrode and negative electrode lead]
The positive electrode and the negative electrode lead are also used as necessary. For example, when the output electrode terminals (the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27) are directly taken out from the outermost current collectors 11a and 11b (see FIG. 7), the positive electrode and the negative electrode lead are not used. Also good.

正極および負極リードの材料は、公知のリチウムイオン電池で用いられるリードを用いることができる。なお、電池外装材から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。   As a material for the positive electrode and the negative electrode lead, a lead used in a known lithium ion battery can be used. In addition, the parts removed from the battery exterior material should be heat-insulating so that they do not affect products (for example, automobile parts, especially electronic devices) by touching peripheral devices or wiring and causing leakage. It is preferable to coat with a heat shrinkable tube or the like.

[電池外装材]
電池外装材としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができる。そのほか、図1に示すようなラミネートシート29を用いて発電要素21をパックして、外装材としてもよい。ラミネートシート29は、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる3層構造のラミネートフィルム等から構成されうる。
[Battery exterior materials]
A conventionally known metal can case can be used as the battery exterior material. In addition, the power generation element 21 may be packed using a laminate sheet 29 as shown in FIG. The laminate sheet 29 can be composed of, for example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order.

[双極型二次電池の外観構成]
図2は、本発明に係る双極型二次電池の代表的な実施形態である積層型の扁平な双極型二次電池の外観を表した斜視図である。
[Appearance structure of bipolar secondary battery]
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of a laminated flat bipolar secondary battery which is a typical embodiment of the bipolar secondary battery according to the present invention.

図2に示すように、積層型の扁平な双極型二次電池10では、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集電板25、負極集電板27が引き出されている。発電要素21は、双極型二次電池10の電池外装材29によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素は正極集電板25および負極集電板27を引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素は、先に説明した図1に示す双極型二次電池の発電要素21に相当するものであり、集電体11、正極活物質層13、電解質層17および負極活物質層15からなる単電池層19が複数積層されたものである。   As shown in FIG. 2, the laminated flat bipolar secondary battery 10 has a rectangular flat shape, and a positive current collector 25 for taking out electric power from both sides thereof, a negative current collector, and the like. The electric plate 27 is pulled out. The power generation element 21 is wrapped by a battery outer packaging material 29 of the bipolar secondary battery 10, and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element is sealed in a state where the positive current collector plate 25 and the negative current collector plate 27 are drawn out. Has been. Here, the power generation element corresponds to the power generation element 21 of the bipolar secondary battery shown in FIG. 1 described above, and includes a current collector 11, a positive electrode active material layer 13, an electrolyte layer 17, and a negative electrode active material layer. A plurality of unit cell layers 19 made of 15 are stacked.

なお、本発明の双極型二次電池10は、図1、2に示すような積層型の扁平な形状のものに制限されるものではなく、巻回型の双極型二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートシートを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限はない。   The bipolar secondary battery 10 of the present invention is not limited to the laminated flat shape as shown in FIGS. 1 and 2, but in the wound bipolar secondary battery, a cylindrical type is used. There is no particular limitation, for example, it may be a shape, or it may be such that a cylindrical shape is deformed into a rectangular flat shape. In the cylindrical shape, a laminate sheet may be used for the exterior material, and a conventional cylindrical can (metal can) may be used.

また、図2に示す集電板25、27の取り出しに関しても、特に制限されず、正極集電板25と負極集電板27とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極集電板25と負極集電板27をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図2に示すものに制限されない。また、巻回型の双極型二次電池では、集電板に代えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。   Further, the extraction of the current collector plates 25 and 27 shown in FIG. 2 is not particularly limited, and the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 may be drawn from the same side, or the positive electrode current collector plate. 25 and the negative electrode current collector plate 27 may be divided into a plurality of parts and taken out from each side, and the present invention is not limited to the one shown in FIG. Further, in a wound bipolar secondary battery, a terminal may be formed using, for example, a cylindrical can (metal can) instead of the current collector plate.

本実施形態の双極型二次電池10は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。   The bipolar secondary battery 10 of the present embodiment is a power source for driving a vehicle that requires a high volume energy density and a high volume output density as a large capacity power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, a hybrid fuel cell vehicle, and the like. And can be suitably used for an auxiliary power source.

[組電池]
本実施形態の組電池は、上記実施形態の双極型二次電池10を複数個接続して構成したものである。詳しくは、少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成される。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。なお、本実施形態の組電池では、上記実施形態の双極型二次電池のほか、他の二次電池(例えば、双極型でない通常のリチウムイオン二次電池など)を用いて、これらを直列に、並列に、または直列と並列とに、複数個組み合わせて、組電池を構成することもできる。
[Battery]
The assembled battery of this embodiment is configured by connecting a plurality of bipolar secondary batteries 10 of the above-described embodiment. In detail, at least two or more are used and it is comprised by serialization or parallelization, or both. Capacitance and voltage can be freely adjusted by paralleling in series. In the assembled battery of this embodiment, in addition to the bipolar secondary battery of the above embodiment, other secondary batteries (for example, a normal lithium ion secondary battery that is not bipolar) are used and these are connected in series. The assembled battery can be configured by combining a plurality of them in parallel or in series and in parallel.

本実施形態の組電池における双極型二次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。本発明の組電池を構成した場合、双極型二次電池単独(素電池)と比較して、電池としての安定性が増す。また、本実施形態の組電池を構成することにより、本発明の組電池のなかの1つの単電池層(単セル)の劣化による組電池全体への影響を低減することもできる。   The number of bipolar secondary batteries and the manner of connection in the assembled battery of this embodiment may be determined according to the output and capacity required of the battery. When the assembled battery of this invention is comprised, the stability as a battery increases compared with a bipolar secondary battery single (unit cell). In addition, by configuring the assembled battery of the present embodiment, it is possible to reduce the influence on the entire assembled battery due to deterioration of one single battery layer (single cell) in the assembled battery of the present invention.

図3は、本実施形態に係る組電池の代表的な実施形態の外観図であって、図3Aは組電池の平面図であり、図3Bは組電池の正面図であり、図3Cは組電池の側面図である。   FIG. 3 is an external view of a typical embodiment of the assembled battery according to this embodiment. FIG. 3A is a plan view of the assembled battery, FIG. 3B is a front view of the assembled battery, and FIG. It is a side view of a battery.

図3に示す形態では、上記実施形態の双極型二次電池10を複数、直列および/または並列に接続して装脱着可能な小型の組電池35が形成されている。そして、この装脱着可能な小型の組電池35がさらに複数、直列および/または並列に接続され、組電池37とされている。これにより、組電池37は、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池37とされる。作成した装脱着可能な小型の組電池35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され、この組電池35は接続治具39を用いて複数段積層される。何個の双極型二次電池を接続して組電池35を作成するか、また、何段の組電池35を積層して組電池37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。本実施形態によれば、耐久性に優れる組電池が提供されうる。   In the form shown in FIG. 3, a small assembled battery 35 that can be attached and detached by connecting a plurality of bipolar secondary batteries 10 of the above embodiment in series and / or in parallel is formed. A plurality of small assembled batteries 35 that can be attached and detached are connected in series and / or in parallel to form an assembled battery 37. As a result, the assembled battery 37 is an assembled battery 37 having a large capacity and a large output suitable for a vehicle driving power source and an auxiliary power source that require high volume energy density and high volume output density. The small assembled batteries 35 that can be attached and detached are connected to each other using an electrical connection means such as a bus bar, and the assembled batteries 35 are stacked in a plurality of stages using a connection jig 39. How many bipolar secondary batteries are connected to create the assembled battery 35 and how many assembled batteries 35 are stacked to create the assembled battery 37 depends on the vehicle (electric vehicle) to be mounted. It may be determined according to the battery capacity and output. According to this embodiment, an assembled battery having excellent durability can be provided.

[車両]
本発明の双極型二次電池10または組電池37は、車両の駆動用電源として用いられうる。本発明の双極型二次電池10または組電池37は、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いられうる。これにより、高寿命で信頼性の高い自動車が提供されうる。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両であれば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
[vehicle]
The bipolar secondary battery 10 or the assembled battery 37 of the present invention can be used as a power source for driving a vehicle. The bipolar secondary battery 10 or the assembled battery 37 of the present invention is, for example, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, and an electric vehicle (all are four-wheel vehicles (passenger vehicles, commercial vehicles such as trucks and buses, light vehicles, etc.)). In addition, it can be used for motorcycles (including motorcycles) and tricycles. Thereby, a long-life and highly reliable automobile can be provided. However, the application is not limited to automobiles. For example, if it is another vehicle, it can be applied to various power sources for moving bodies such as trains, and it can be used for mounting uninterruptible power supplies and the like. It can also be used as a power source.

図4は、本発明の組電池37を搭載した車両の概念図である。   FIG. 4 is a conceptual diagram of a vehicle equipped with the assembled battery 37 of the present invention.

図4に示すように、組電池37を電気自動車40のような車両に搭載するには、電気自動車40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37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に搭載してもよい。以上のような組電池37を用いた電気自動車40は優れた耐久性を有し、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。   As shown in FIG. 4, in order to mount the assembled battery 37 in a vehicle such as the electric vehicle 40, the battery pack 37 is mounted under the seat at the center of the vehicle body of the electric vehicle 40. 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 37 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 40 using the assembled battery 37 as described above has excellent durability and can provide a sufficient output even when used for a long time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and running performance.

[双極型二次電池の製造方法]
以下、本発明の双極型二次電池の製造方法の好ましい形態の一例を説明するが、本発明の双極型二次電池の技術的範囲が下記の製造方法によって製造されたもののみに限定されるわけではない。また、後述する本発明の製造方法の技術的範囲が、上述した本発明の双極型二次電池が製造される形態のみに限定されることもない。
[Production method of bipolar secondary battery]
Hereinafter, although an example of the preferable form of the manufacturing method of the bipolar secondary battery of this invention is demonstrated, the technical scope of the bipolar secondary battery of this invention is limited only to what was manufactured with the following manufacturing method. Do not mean. Further, the technical scope of the manufacturing method of the present invention to be described later is not limited to only the form in which the above-described bipolar secondary battery of the present invention is manufactured.

(i)正極活物質スラリーの塗布
まず、適当な集電体を準備する。一方、正極活物質スラリーを調製し、集電体の一方の面に塗布する。
(I) Application of positive electrode active material slurry First, an appropriate current collector is prepared. On the other hand, a positive electrode active material slurry is prepared and applied to one surface of the current collector.

正極活物質スラリーは、正極活物質層の構成材料を含むスラリーである。当該スラリーには、正極活物質のほか、導電助剤、バインダ、重合開始剤、ゲル電解質の原料(マトリックスポリマー、可塑剤(有機溶媒やイオン液体)、支持塩(リチウム塩))などが任意で含まれる。これらの各成分の具体的な形態については、上述した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。そして、このスラリーは、スラリーの粘度を調整する目的で、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などのスラリー粘度調整溶媒を含むのが一般的である。なお、重合開始剤は、重合させる化合物に応じて選択する必要がある。例えば、光重合開始剤としてはベンジルジメチルケタール(BDK)が挙げられ、熱重合開始剤としてはアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)が挙げられる。これらの重合開始剤の添加量は、マトリックスポリマーに含まれる架橋性官能基の数に応じて決定される。重合開始剤の添加量は、通常はマトリックスポリマーの全量に対して0.01〜1質量%程度である。   The positive electrode active material slurry is a slurry containing a constituent material of the positive electrode active material layer. In addition to the positive electrode active material, the slurry may optionally include a conductive additive, binder, polymerization initiator, gel electrolyte raw material (matrix polymer, plasticizer (organic solvent or ionic liquid), supporting salt (lithium salt)), and the like. included. Since the specific form of each of these components is as described above, detailed description is omitted here. The slurry generally contains a slurry viscosity adjusting solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) for the purpose of adjusting the viscosity of the slurry. The polymerization initiator needs to be selected according to the compound to be polymerized. For example, benzyl dimethyl ketal (BDK) is mentioned as a photoinitiator, and azobisisobutyronitrile (AIBN) is mentioned as a thermal polymerization initiator. The addition amount of these polymerization initiators is determined according to the number of crosslinkable functional groups contained in the matrix polymer. The addition amount of the polymerization initiator is usually about 0.01 to 1% by mass with respect to the total amount of the matrix polymer.

スラリーを集電体の表面に塗布する方法としては、例えば、バーコーティング、スプレーコーティングのほか、スクリーン印刷、インクジェット印刷などが挙げられる。さらに、場合によっては真空プロセスを用いて形成することができる。具体的には、蒸着、イオンプレーティングおよび溶射などに代表されるPVD(Physical Vapor Deposition;物理気相成長法ないし物理的蒸着法)法、CVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長法ないし化学的蒸着法)が用いられてもよい。   Examples of the method for applying the slurry to the surface of the current collector include screen printing and ink jet printing in addition to bar coating and spray coating. Further, in some cases, it can be formed using a vacuum process. Specifically, PVD (Physical Vapor Deposition method) or CVD (Chemical Vapor Deposition method) or Chemical Vapor Deposition method represented by vapor deposition, ion plating, thermal spraying, etc. Vapor deposition method) may be used.

(ii)正極活物質層の形成
正極活物質スラリーが塗布された集電体を乾燥して、含まれるスラリー粘度調整溶媒を除去し、正極活物質層を形成する。それと同時に、重合開始剤がスラリー中に含まれる場合には、架橋反応を進行させて、ポリマー電解質の機械的強度を高めてもよい。乾燥には真空乾燥機などが用いられうる。乾燥の条件は塗布された正極活物質スラリーの組成に応じて決定されうるが、通常は40〜150℃で5分間〜20時間である。
(Ii) Formation of positive electrode active material layer The current collector coated with the positive electrode active material slurry is dried to remove the contained slurry viscosity adjusting solvent, thereby forming a positive electrode active material layer. At the same time, when the polymerization initiator is contained in the slurry, the cross-linking reaction may be advanced to increase the mechanical strength of the polymer electrolyte. A vacuum dryer or the like can be used for drying. The drying conditions can be determined according to the composition of the applied positive electrode active material slurry, but are usually 40 to 150 ° C. for 5 minutes to 20 hours.

作製した正極に対しては、表面の平滑性および厚さの均一性を向上させるためにプレス操作を行なってもよい。プレス操作は冷間でプレスロールする方法または熱間でプレスロールする方法のいずれの方法でもよい。熱間でプレスロールする場合には、支持塩やマトリックスポリマーが分解する温度以下の温度条件下で行なうことが好ましい。プレス圧力は線圧で200〜1000kg/cm程度とすればよい。   The produced positive electrode may be subjected to a press operation in order to improve surface smoothness and thickness uniformity. The press operation may be either a cold press roll method or a hot press roll method. In the case of hot-rolling, it is preferably performed under a temperature condition not higher than the temperature at which the supporting salt or matrix polymer decomposes. The press pressure may be about 200 to 1000 kg / cm in terms of linear pressure.

(iii)負極活物質スラリーの塗布
一方、負極活物質スラリーを調製し、正極活物質層が形成された面と反対側の集電体の表面に塗布する。
(Iii) Application of negative electrode active material slurry On the other hand, a negative electrode active material slurry is prepared and applied to the surface of the current collector opposite to the surface on which the positive electrode active material layer is formed.

負極活物質スラリーは、負極活物質層の構成材料を含むスラリーである。当該スラリーには、負極活物質のほか、正極活物質スラリーについて上述した各種の成分が同様に配合されうる。塗布の手法についても上述した通りである。   The negative electrode active material slurry is a slurry containing a constituent material of the negative electrode active material layer. In addition to the negative electrode active material, the various components described above for the positive electrode active material slurry can be similarly blended in the slurry. The application method is also as described above.

(iv)負極活物質層の形成
負極活物質スラリーが塗布された集電体を乾燥して、含まれるスラリー粘度調整溶媒を除去し、負極活物質層を形成する。それと同時に、重合開始剤がスラリー中に含まれる場合には、架橋反応を進行させて、ポリマー電解質の機械的強度を高めてもよい。乾燥やその後のプレス操作については上述した通りである。これにより、双極型電極が完成する。なお、上記「(ii)正極活物質層の形成」の項で説明したプレス操作は、例えば、集電体の片面に正極活物質層を形成した後に、電池に用いる複数の正極活物質層につき、全体をまとめて行ってもよい。負極活物質層についても同様である。さらには集電体の片面に正極活物質層を形成し、他方の面に負極活物質層を形成した後に、正極活物質層および負極活物質層に対してまとめてプレス操作を行ってもよい。これにより、プレス操作に要する工数を大幅に低減することができる。一方、正極活物質層および負極活物質層を構成する各層ごとに所定の膜厚を確保するという観点からは、正極活物質層および負極活物質層を構成する各層ごとにプレス操作を行なうことが好ましい。このようにプレス操作の対象や時期については、必要に応じて適宜選択すればよい。
(Iv) Formation of negative electrode active material layer The current collector coated with the negative electrode active material slurry is dried to remove the contained slurry viscosity adjusting solvent, thereby forming a negative electrode active material layer. At the same time, when the polymerization initiator is contained in the slurry, the cross-linking reaction may be advanced to increase the mechanical strength of the polymer electrolyte. The drying and the subsequent pressing operation are as described above. Thereby, a bipolar electrode is completed. The press operation described in the above section “(ii) Formation of positive electrode active material layer” is performed, for example, after a positive electrode active material layer is formed on one side of a current collector and then a plurality of positive electrode active material layers used in a battery. The whole may be performed together. The same applies to the negative electrode active material layer. Further, after the positive electrode active material layer is formed on one side of the current collector and the negative electrode active material layer is formed on the other side, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer may be pressed together. . Thereby, the man-hour required for press operation can be reduced significantly. On the other hand, from the viewpoint of ensuring a predetermined film thickness for each layer constituting the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, it is possible to perform a pressing operation for each layer constituting the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. preferable. Thus, what is necessary is just to select suitably the object and time of press operation as needed.

(v)双極型電極および電解質層の作製(電解質の作製)
次いで、上述の通りに作製した双極型電極の両面の正極活物質層、負極活物質層、またはセパレータの所定の位置(中央部;電極面積またはそれより広い面積部分)に、液体電解質、ゲル原料溶液(プレゲル溶液)、または固体電解質の前駆体溶液を含浸させる。これらの溶液は、電極やセパレータ中に浸透する。また、当該含浸操作には、アプリケーターやコーターなどを用いれば微量の供給も可能である。
(V) Production of bipolar electrode and electrolyte layer (production of electrolyte)
Next, the liquid electrolyte and the gel raw material are disposed at predetermined positions (center portion; electrode area or larger area portion) of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, or the separator on both sides of the bipolar electrode prepared as described above. A solution (pregel solution) or a precursor solution of a solid electrolyte is impregnated. These solutions penetrate into electrodes and separators. In addition, in the impregnation operation, if an applicator or a coater is used, a very small amount can be supplied.

電解質がゲル電解質である場合に用いられるプレゲル溶液は、ゲル電解質の原料高分子(マトリックスポリマー)、支持塩、重合開始剤等を溶媒に溶解させて調製した溶液を意味する。マトリックスポリマー、支持塩などは、双極型二次電池の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。   The pregel solution used when the electrolyte is a gel electrolyte means a solution prepared by dissolving a gel electrolyte raw polymer (matrix polymer), a supporting salt, a polymerization initiator and the like in a solvent. Since the matrix polymer, the supporting salt, and the like are as described in the section of the bipolar secondary battery, detailed description thereof is omitted here.

電解質が固体電解質である場合、双極型電極に含浸させる固体電解質の前駆体溶液は、固体電解質の原料高分子(マトリックスポリマー)、支持塩、重合開始剤等を混合して調製した溶液を意味する。マトリックスポリマー、支持塩などは、双極型二次電池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。   When the electrolyte is a solid electrolyte, the precursor solution of the solid electrolyte impregnated in the bipolar electrode means a solution prepared by mixing a solid electrolyte raw material polymer (matrix polymer), a supporting salt, a polymerization initiator, and the like. . Since the matrix polymer, the supporting salt, and the like are as described in the section of the bipolar secondary battery, detailed description thereof is omitted here.

その後、プレゲル溶液または固体電解質前駆体溶液を含浸させた電極およびセパレータに含まれるマトリックスポリマーを、熱、紫外線、放射線、電子線等により重合(架橋)する。これにより、電極のイオン伝導性を高めることができるとともに所望の電解質層を形成することができる。   Thereafter, the matrix polymer contained in the electrode and the separator impregnated with the pregel solution or the solid electrolyte precursor solution is polymerized (crosslinked) by heat, ultraviolet rays, radiation, electron beams, or the like. Thereby, the ion conductivity of the electrode can be increased and a desired electrolyte layer can be formed.

以上のように作製した双極型電極を高真空下で十分加熱乾燥してから、双極型電極と電解質層をそれぞれ適当なサイズに切り出す。電解質層(セパレータ)のサイズは、双極型電極の集電体のサイズよりも若干大きくすることが好ましい。   The bipolar electrode produced as described above is sufficiently heated and dried under a high vacuum, and then the bipolar electrode and the electrolyte layer are cut into appropriate sizes. The size of the electrolyte layer (separator) is preferably slightly larger than the size of the current collector of the bipolar electrode.

(vi)シール部前駆体の形成
上記(v)で得られた双極型電極の正極周辺部の電極未塗布部分(4辺全て)に、ディスペンサ等を用いてシール部前駆体(例えば、1液性未硬化エポキシ樹脂)を塗布する。
(Vi) Formation of Seal Part Precursor A seal part precursor (for example, one liquid) is applied to the electrode uncoated part (all four sides) of the positive electrode peripheral part of the bipolar electrode obtained in (v) above using a dispenser or the like. A non-curable epoxy resin).

次に、上記(v)で得られた電解質層(セパレータ)を正極側に集電体を覆うように設置する。なお、電解質層にセパレータを用いる場合、上述した液体電解質やプレゲル溶液、固体電解質前駆体溶液の含浸処理は、セパレータの設置後に行なってもよい。   Next, the electrolyte layer (separator) obtained in (v) is installed on the positive electrode side so as to cover the current collector. In addition, when using a separator for an electrolyte layer, you may perform the impregnation process of the liquid electrolyte mentioned above, a pregel solution, and a solid electrolyte precursor solution after installation of a separator.

次いで、セパレータの外周部(電解質を含まない部分)の上から、ディスペンサ等を用いて、シール部前駆体(例えば、1液性未硬化エポキシ樹脂)を塗布し、セパレータの外周部に含浸させる。セパレータ内部(含浸)とその上部(負極周辺部の電極未塗布部分に相当する位置)にシール部前駆体が位置するように、必要に応じて数回に分けて塗布してもよい。   Next, a seal portion precursor (for example, one-component uncured epoxy resin) is applied from above the outer peripheral portion of the separator (portion not including the electrolyte) using a dispenser or the like, and impregnated in the outer peripheral portion of the separator. You may apply | coat in several times as needed so that a seal | sticker part precursor may be located in a separator inside (impregnation) and the upper part (position corresponding to the electrode non-application part of a negative electrode peripheral part).

なお、上記(i)〜(vi)の工程は、電池内部に水分等が混入するのを防止する観点から、アルゴン、窒素などの不活性雰囲気下で行なうことが好ましい。   Note that the steps (i) to (vi) are preferably performed in an inert atmosphere such as argon or nitrogen from the viewpoint of preventing moisture and the like from entering the battery.

(vii)発電要素の作製
上記で得られた双極型電極および電解質層を、正極活物質層と負極活物質層とが、電解質層を挟んで対向するように、それぞれ交互に順次積層する。その後、必要であればホットプレス機によりホットプレスする。これにより、未硬化であったシール部前駆体を硬化して、シール部を形成する。
(Vii) Production of power generation element The bipolar electrode and the electrolyte layer obtained above are alternately and sequentially laminated so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other with the electrolyte layer interposed therebetween. Thereafter, if necessary, hot pressing is performed by a hot press machine. As a result, the uncured seal portion precursor is cured to form a seal portion.

本発明の一形態によれば、双極型電極と電解質層とを積層する際の減圧処理条件に特徴を有する双極型二次電池の製造方法が提供される。すなわち、本発明により提供される製造方法は、双極型電極を準備する工程と、電解質を準備する工程と、前記双極型電極と電解質層またはその前駆体とを積層して単電池層を含む積層体を得る工程と、単電池層の外周部にシール部を形成する工程とを含む。そして、シール部を形成する工程の前または当該工程と同時に、電解質を10Torr未満の圧力で減圧処理する工程をさらに含む点に特徴を有する。   According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a bipolar secondary battery characterized by reduced pressure treatment conditions when the bipolar electrode and the electrolyte layer are stacked. That is, the manufacturing method provided by the present invention includes a step of preparing a bipolar electrode, a step of preparing an electrolyte, and a laminate including a single battery layer by laminating the bipolar electrode and an electrolyte layer or a precursor thereof. A step of obtaining a body, and a step of forming a seal portion on the outer periphery of the unit cell layer. And it is characterized in that it further includes a step of depressurizing the electrolyte at a pressure of less than 10 Torr before or simultaneously with the step of forming the seal portion.

電解質の減圧処理工程は、10Torr未満の圧力で行なわれればよい。なお、1Torrは約133.32Paであり、よって10Torrは約1333.2Paに相当する。減圧処理工程は好ましくは5Torr未満の圧力で行なわれる。かような形態とすることにより、電解質中の水分を効果的に除去することが可能となる。その結果、水分の混入に伴うガス発生に起因する種々の問題の発生が抑制されうる。   The electrolyte decompression process may be performed at a pressure of less than 10 Torr. Note that 1 Torr is about 133.32 Pa, and thus 10 Torr corresponds to about 1333.2 Pa. The reduced pressure treatment step is preferably performed at a pressure of less than 5 Torr. By setting it as such a form, it becomes possible to remove the water | moisture content in electrolyte effectively. As a result, it is possible to suppress the occurrence of various problems due to gas generation due to moisture mixing.

減圧処理工程において減圧を達成する手段としては、双極型電極と電解質層との積層工程からホットプレス工程までの一連の工程を減圧条件下で行なうことができるような装置を用いることが好ましい。かような減圧手段としては、例えば、高性能真空ポンプを用いた真空チャンバ内部に積層機構を備えた真空積層装置が挙げられる。   As a means for achieving reduced pressure in the reduced pressure treatment step, it is preferable to use an apparatus that can perform a series of steps from the lamination step of the bipolar electrode and the electrolyte layer to the hot press step under reduced pressure conditions. As such a decompression means, for example, a vacuum laminating apparatus provided with a laminating mechanism inside a vacuum chamber using a high performance vacuum pump can be mentioned.

減圧処理工程における温度条件について特に制限はないが、電解質中の揮発・除去させたい成分(例えば、水分)や、揮発・除去させたくない成分(例えば、電解質の可塑剤)のそれぞれの蒸気圧曲線を参考にして、温度条件を決定すればよい(後述する図5も参照)。一般に、同一の減圧条件下であっても、系の温度を上昇させると蒸発することとなる。よって、減圧処理時の温度条件は電解質に含まれる成分に応じて変動しうるため一義的には決定することが困難である。ただし、水分を揮発させて除去するための一般的な温度条件を挙げれば、通常は25〜150℃程度であり、好ましくは60〜130℃である。   There are no particular restrictions on the temperature conditions in the decompression process, but the vapor pressure curves of the components in the electrolyte that are to be volatilized / removed (for example, moisture) and the components that are not to be volatilized / removed (for example, the plasticizer for the electrolyte). The temperature condition may be determined with reference to (see also FIG. 5 described later). In general, even under the same reduced pressure condition, if the temperature of the system is raised, it will evaporate. Therefore, the temperature condition during the decompression process can vary depending on the components contained in the electrolyte, so it is difficult to determine uniquely. However, if general temperature conditions for volatilizing and removing moisture are given, it is usually about 25 to 150 ° C, preferably 60 to 130 ° C.

また、減圧処理工程における減圧処理の時間についても特に制限はない。一例としては、処理時間は30〜120分間程度であり、好ましくは30〜60分間である。かような形態によれば、経済的に、かつ効率的に電解質からの水分の除去が可能となる。   Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the time of the pressure reduction process in a pressure reduction processing process. As an example, the treatment time is about 30 to 120 minutes, preferably 30 to 60 minutes. According to such a form, it is possible to remove moisture from the electrolyte economically and efficiently.

電解質の減圧処理工程を行なう際には、電解質に対して単独で減圧処理を行なってもよい。ただし、好ましくは、液体電解質やゲル電解質の場合には電極活物質層やセパレータへの含浸後、固体電解質の場合には架橋工程の後に、減圧処理工程を行なうとよい。より好ましくは、双極型電極と電解質層とを積層した後に、減圧処理工程を行なうとよい。かような形態を採用することにより、電解質への雰囲気中の水分の混入が最小限に抑制されうるためである。なお、本発明の製造工程において、「電解質層の前駆体」とは、電解質を含まないセパレータや、架橋処理される前の固体電解質前駆体、架橋処理される前のゲル電解質など、最終的には電解質層を形成するが双極型電極と積層される時点では自身の最終形態とは異なる構成を有するものを意味する。   When performing the electrolyte decompression process, the electrolyte may be subjected to decompression alone. However, preferably, in the case of a liquid electrolyte or a gel electrolyte, after the impregnation of the electrode active material layer or the separator, in the case of a solid electrolyte, a reduced pressure treatment step is performed after the crosslinking step. More preferably, after the bipolar electrode and the electrolyte layer are stacked, the reduced pressure treatment step is performed. This is because, by adopting such a form, mixing of moisture in the atmosphere into the electrolyte can be minimized. In the production process of the present invention, the “electrolyte layer precursor” means a separator that does not contain an electrolyte, a solid electrolyte precursor that has not been cross-linked, and a gel electrolyte that has not been cross-linked. Means an electrolyte layer that has a configuration different from its final form when it is laminated with a bipolar electrode.

減圧処理工程は、シール部を形成する工程の前または当該工程と同時に行なわれる。シール部形成後では、減圧処理を行なっても、もはや揮発した水分がシール部の外へと抜けられないためである。シール部形成工程前に減圧処理工程を行なう形態としては、例えば、上述したように電極と電解質層とを積層した後に減圧処理を施し、次いで積層体をホットプレスして発電要素を完成させる形態が挙げられる。この際、ホットプレスもある程度減圧処理された雰囲気下で行なわれることが好ましい。ホットプレス時の圧力条件が10Torr未満であれば、シール部形成工程と「同時に」減圧処理工程が行なわれることになる。ただし、ホットプレス時の圧力条件は上述した減圧処理工程よりも緩くてもよい。例えば、ホットプレス時の圧力条件は10〜50Torr程度としてもよい。   The decompression process is performed before or simultaneously with the process of forming the seal portion. This is because, after the seal portion is formed, even if the decompression process is performed, the volatilized water can no longer escape out of the seal portion. As a form of performing the pressure reduction treatment step before the seal portion forming step, for example, a form in which the electrode and the electrolyte layer are laminated as described above, the pressure reduction treatment is performed, and then the laminated body is hot pressed to complete the power generation element. Can be mentioned. At this time, it is preferable that hot pressing is also performed in an atmosphere that has been subjected to a reduced pressure treatment to some extent. If the pressure condition at the time of hot pressing is less than 10 Torr, the pressure reducing process step is performed "simultaneously" with the seal portion forming step. However, the pressure condition at the time of hot pressing may be looser than the above-described pressure reduction process. For example, the pressure condition at the time of hot pressing may be about 10 to 50 Torr.

ホットプレス時のその他の条件について特に制限はないが、プレス圧力(面圧)は、0.1〜2.0kg/cm程度であり、好ましくは0.5〜1.0kg/cmである。また、プレス温度は、25〜150℃程度であり、好ましくは45〜100℃であり、さらに好ましくは60〜80℃である。プレス時間は、0.1〜2時間程度であり、好ましくは0.5〜1時間である。なお、ホットプレス時のこれらの条件は、シール部前駆体として用いられる材料の種類に応じて決定されうる。 There is no particular restriction as to the other conditions at the time of hot pressing, press pressure (surface pressure) is about 0.1 to 2.0 / cm 2, is preferably 0.5~1.0kg / cm 2 . Moreover, press temperature is about 25-150 degreeC, Preferably it is 45-100 degreeC, More preferably, it is 60-80 degreeC. The pressing time is about 0.1 to 2 hours, preferably 0.5 to 1 hour. In addition, these conditions at the time of a hot press can be determined according to the kind of material used as a seal | sticker part precursor.

当該ホットプレス工程によってシール部前駆体は硬化し、所定の厚さのシール部が形成される。その結果、単電池層が所望のセル数積層された発電要素が完成する。なお、単電池層の積層数は、双極型二次電池に求められる電池特性を考慮して決定される。   The seal portion precursor is cured by the hot pressing process, and a seal portion having a predetermined thickness is formed. As a result, a power generation element in which a single cell layer is stacked in a desired number of cells is completed. The number of single battery layers is determined in consideration of battery characteristics required for the bipolar secondary battery.

本発明の双極型二次電池の構成の欄において説明したように、電解質が低沸点溶媒や脱水剤を含むと、減圧処理時の電解質からの水分の揮発・除去が促進されうる。そのため、電解質が低沸点溶媒や脱水剤を含む場合には、上述した形態の製造方法と比較してより緩い減圧条件での減圧処理によっても、電解質から水分を効果的に除去することが可能となる。すなわち、本発明のさらに他の形態により提供される製造方法は、双極型電極を準備する工程と、水との低沸点溶媒または脱水剤を含む電解質を準備する工程と、前記双極型電極と電解質層またはその前駆体とを積層して単電池層を含む積層体を得る工程と、単電池層の外周部にシール部を形成する工程とを含む。そして、シール部を形成する工程の前または当該工程と同時に、電解質を20Torr未満の圧力で減圧処理する工程をさらに含む点に特徴を有する。   As described in the column of the configuration of the bipolar secondary battery of the present invention, when the electrolyte contains a low boiling point solvent or a dehydrating agent, volatilization / removal of moisture from the electrolyte during the decompression process can be promoted. Therefore, when the electrolyte contains a low boiling point solvent or a dehydrating agent, it is possible to effectively remove moisture from the electrolyte even by a decompression process under a milder decompression condition compared to the above-described manufacturing method. Become. That is, a manufacturing method provided by still another embodiment of the present invention includes a step of preparing a bipolar electrode, a step of preparing an electrolyte containing a low boiling point solvent with water or a dehydrating agent, and the bipolar electrode and the electrolyte. Including a step of laminating a layer or a precursor thereof to obtain a laminate including a single cell layer, and a step of forming a seal portion on the outer periphery of the single cell layer. And it is characterized in that it further includes a step of depressurizing the electrolyte at a pressure of less than 20 Torr before or simultaneously with the step of forming the seal portion.

本形態の製造方法では、電解質の減圧処理工程は、上述した形態よりも緩い20Torr未満の圧力で行なわれればよい。この減圧処理工程は、好ましくは10Torr未満、より好ましくは5Torr未満の圧力で行なわれる。かような形態とすることにより、比較的緩い減圧条件によっても、電解質中の水分を効果的に除去することが可能となる。その結果、水分の混入に伴うガス発生に起因する種々の問題の発生が抑制されうる。   In the manufacturing method of the present embodiment, the pressure reduction treatment step of the electrolyte may be performed at a pressure less than 20 Torr that is looser than the above-described embodiment. This reduced pressure treatment step is preferably performed at a pressure of less than 10 Torr, more preferably less than 5 Torr. By adopting such a form, it becomes possible to effectively remove moisture in the electrolyte even under relatively gentle pressure reduction conditions. As a result, it is possible to suppress the occurrence of various problems due to gas generation due to moisture mixing.

減圧処理工程における温度条件についても、上述した形態よりも緩い条件が採用されうる。具体的には、通常は25〜130℃程度であり、好ましくは60〜120℃である。その他の具体的な形態については、上述した形態が同様に採用されうるため、ここでは詳細な説明を省略する。   As for the temperature condition in the decompression process, a condition looser than that of the above-described embodiment can be adopted. Specifically, it is usually about 25 to 130 ° C, preferably 60 to 120 ° C. As for other specific modes, the above-described modes can be adopted in the same manner, and thus detailed description thereof is omitted here.

(viii)電極集電板の取り付け
得られた発電要素の両最外層に位置する集電体に、正極集電板および負極集電板を配設(電気的に接続)する。集電板の配設は、例えば、カーボン系導電性接着剤等を用いた接着により行なわれる。
(Viii) Attachment of electrode current collector plate A positive electrode current collector plate and a negative electrode current collector plate are disposed (electrically connected) to the current collectors located on both outermost layers of the obtained power generation element. The current collector plate is disposed, for example, by adhesion using a carbon-based conductive adhesive or the like.

必要に応じて、正極集電板および負極集電板に、さらに正極リード及び負極リードをそれぞれ接合(電気的に接続)してもよい。正極リードおよび負極リードの接合方法について特に制限はないが、接合温度の低い超音波溶接等が好適に利用されうる。また、集電板と同じように、カーボン系導電性接着剤等を用いた接着によりリードの接合を行なってもよい。   If necessary, a positive electrode lead and a negative electrode lead may be further joined (electrically connected) to the positive electrode current collector plate and the negative electrode current collector plate, respectively. Although there is no restriction | limiting in particular about the joining method of a positive electrode lead and a negative electrode lead, Ultrasonic welding etc. with low joining temperature can be utilized suitably. In addition, as with the current collector plate, the leads may be joined by adhesion using a carbon-based conductive adhesive or the like.

(ix)双極型二次電池の作製
次いで、この電極集電板が取り付けられた発電要素を、外部からの衝撃や環境による劣化を防止するために、ラミネートシート等からなる電池外装材や電池ケースの内部に真空パックする。そして、外装材の外周部を熱融着によってシールする。これにより、双極型二次電池が完成する。
(Ix) Manufacture of Bipolar Secondary Battery Next, a battery exterior member or battery case made of a laminate sheet or the like is used to prevent the power generation element to which the electrode current collector plate is attached from external impact or environmental degradation. Vacuum-packed inside. And the outer peripheral part of an exterior material is sealed by heat sealing | fusion. Thereby, a bipolar secondary battery is completed.

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

<実施例1>
・電解液系双極型電極の作製
(双極型電極の作製)
正極活物質であるLiMn(平均粒子径10μm)(85質量%)、導電助剤であるアセチレンブラック(5質量%)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量%)を混合し、次いでスラリー粘度調整用溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、正極活物質スラリーを調製した。
<Example 1>
・ Production of electrolyte type bipolar electrode (Production of bipolar electrode)
LiMn 2 O 4 (average particle diameter 10 μm) (85% by mass) as a positive electrode active material, acetylene black (5% by mass) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) (10% by mass) as a binder Next, an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to prepare a positive electrode active material slurry.

一方、負極活物質であるハードカーボン(平均粒子径10μm)(90質量%)、およびバインダであるPVdF(10質量%)を混合し、次いでスラリー粘度調整用溶媒であるNMPを適量添加して、負活物質スラリーを調製した。   On the other hand, hard carbon (average particle diameter 10 μm) (90% by mass) as a negative electrode active material and PVdF (10% by mass) as a binder are mixed, and then an appropriate amount of NMP as a slurry viscosity adjusting solvent is added, A negative active material slurry was prepared.

集電体であるステンレス箔(厚さ20μm)の一方の表面に上記で調製した正極活物質スラリーを縦135mm×横105mmのサイズに塗布し、乾燥させて厚さ30μmの正極活物質層を形成した。次いで、集電体の他方の表面に上記で調製した負極活物質スラリーを、縦140mm×横110mmのサイズに塗布し、乾燥させて厚さ20μmの負極活物質層を形成した。なお、負極活物質層の形成は、正極活物質層と負極活物質層との中心が重なるように行なった。   The positive electrode active material slurry prepared above is applied to one surface of a stainless steel foil (thickness 20 μm) as a current collector in a size of 135 mm long × 105 mm wide and dried to form a positive electrode active material layer having a thickness of 30 μm. did. Next, the negative electrode active material slurry prepared above was applied to the other surface of the current collector in a size of 140 mm long × 110 mm wide and dried to form a negative electrode active material layer having a thickness of 20 μm. Note that the negative electrode active material layer was formed so that the centers of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer overlapped.

次いで、上述の正極活物質層および負極活物質層を塗布した集電体を、縦160mm×横130mmのサイズに切り出し、正極活物質層および負極活物質層の外周部に20mm幅の集電体の露出部分(未塗布部分)を設けて、双極型電極を完成させた。   Next, the current collector coated with the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is cut into a size of 160 mm in length and 130 mm in width, and a current collector having a width of 20 mm is formed on the outer periphery of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. An exposed portion (uncoated portion) was provided to complete a bipolar electrode.

(電解液の作製)
LiPFを1.0Mの濃度で含有するプロピレンカーボネート(PC)とエチレンカーボネート(EC)との当体積混合液(90質量%)を調製し、電解液とした。
(Preparation of electrolyte)
An equivalent volume mixed solution (90% by mass) of propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC) containing LiPF 6 at a concentration of 1.0 M was prepared as an electrolytic solution.

(シール部前駆体の形成)
上記で得られた双極型電極の正極側の電極未塗布部分(4辺全て)に、ディスペンサを用いて、シール部前駆体(1液性未硬化エポキシ樹脂)を塗布した。
(Formation of seal part precursor)
The seal part precursor (one-component uncured epoxy resin) was applied to the positive electrode side uncoated part (all four sides) of the bipolar electrode obtained above using a dispenser.

次いで、電解質層の前駆体としてのポリエチレン製セパレータ(厚さ12μm、縦145mm×横115mm)を、上記シール部前駆体を備えた双極型電極の正極側に集電体すべてを覆うように設置した。   Next, a polyethylene separator (thickness 12 μm, length 145 mm × width 115 mm) as a precursor of the electrolyte layer was placed on the positive electrode side of the bipolar electrode provided with the seal portion precursor so as to cover all the current collectors. .

その後、上記セパレータの上から、電極未塗布部分(4辺全て)(上記シール部前駆体を塗布した部分と同じ部分)に、ディスペンサを用いて、シール部前駆体(1液性未硬化エポキシ樹脂)をさらに塗布した。   Then, from the top of the separator, a non-electrode-applied portion (all four sides) (the same portion as the portion where the seal portion precursor is applied) is used with a dispenser, and a seal portion precursor (one-component uncured epoxy resin) ) Was further applied.

(電極保持機構へのセット)
上記で得られた双極型電極−セパレータ積層体を、負極面を上にした状態で、各電極が接触せずかつ電極の面方向に対して垂直方向にずれがなく電極およびシール部位(シール部前駆体塗布部)の外側をチャックすることのできるクリップ機構を備えた双極型電極保持機構に6枚セットした。ここで、最下部に位置する双極型電極には、シール部前駆体が塗布されておらず、セパレータも設置されていないものを用いた。
(Set to electrode holding mechanism)
With the bipolar electrode-separator laminate obtained above, with the negative electrode face up, the electrodes do not contact and are not displaced in the direction perpendicular to the electrode surface direction. Six sheets were set in a bipolar electrode holding mechanism provided with a clip mechanism capable of chucking the outside of the precursor application portion. Here, the bipolar electrode positioned at the lowermost portion was used without a seal portion precursor applied and without a separator.

(電解液の導入)
電極保持機構にセットされた6枚の双極型電極の負極面上に、上記で調製した電解液をマイクロピペットにより1mLずつ垂らし、各双極型電極の負極活物質層中に染み込ませた。
(Introduction of electrolyte)
On the negative electrode surface of six bipolar electrodes set in the electrode holding mechanism, 1 mL of the electrolyte prepared as described above was dropped with a micropipette and soaked into the negative electrode active material layer of each bipolar electrode.

(電極の積層)
電極保持機構を下降させながら、電極受け台上に前記6枚の双極型電極をずれのないように積層した。これにより、単電池層が5層積層されてなる発電要素を作製した。
(Lamination of electrodes)
While lowering the electrode holding mechanism, the six bipolar electrodes were stacked on the electrode base so as not to be displaced. Thus, a power generation element in which five single cell layers were laminated was produced.

(真空への導入)
上記で得られた発電要素を、ホットプレス部位を有する真空チャンバ内に電極受け台ごと導入した。その後、真空チャンバ内を加熱・減圧し、60℃にて30分間、10Torrの圧力で減圧処理した。
(Introduction to vacuum)
The power generation element obtained above was introduced together with the electrode cradle into a vacuum chamber having a hot press part. Thereafter, the inside of the vacuum chamber was heated and decompressed, and decompressed at 60 ° C. for 30 minutes and at a pressure of 10 Torr.

(発電要素のプレス)
上記で減圧処理した発電要素を、30Torrの圧力条件下で、真空チャンバ内のホットプレス部位に電極受け台ごと移動させた。その後、前記ホットプレス部位により当該発電要素を80℃にて1時間、1kg/cmの面圧でホットプレスした。これにより、シール部前駆体(1液性未硬化エポキシ樹脂)が所定の厚さまでプレスされるとともに硬化し、単電池層の外周部にシール部が形成された。また、このホットプレスにより、単電池層の全体(すなわち、負極活物質層、セパレータおよび正極活物質層)に電解液が浸透した。
(Power generation element press)
The power generation element subjected to the pressure reduction treatment was moved together with the electrode cradle to a hot press site in the vacuum chamber under a pressure condition of 30 Torr. Thereafter, the power generation element was hot pressed at 80 ° C. for 1 hour at a surface pressure of 1 kg / cm 2 by the hot press portion. As a result, the seal portion precursor (one-component uncured epoxy resin) was pressed to a predetermined thickness and cured, and a seal portion was formed on the outer peripheral portion of the single cell layer. Moreover, the electrolytic solution penetrated the entire single cell layer (that is, the negative electrode active material layer, the separator, and the positive electrode active material layer) by this hot pressing.

(外装中への封入)
上記真空チャンバ内をリークして大気圧に戻した後、真空チャンバから発電要素を取り出し、当該発電要素の両端に、電流取出し用の集電板およびリードを接続した。次いで、リードが外部に導出するように、発電要素全体を外装(アルミラミネートフィルム)中に入れ、外装内部を真空としてパックすることにより、液体電解質型の双極型ラミネート電池を完成させた。なお、完成した電池における電解質を、10Torrの圧力条件下で25℃にて1時間静置した際の減量は0.5質量%であった。
(Encapsulation in exterior)
After the inside of the vacuum chamber was leaked and returned to atmospheric pressure, the power generation element was taken out from the vacuum chamber, and current collecting plates and leads for current extraction were connected to both ends of the power generation element. Next, the entire power generation element was placed in an exterior (aluminum laminate film) so that the leads were led out, and the interior of the exterior was packed as a vacuum to complete a liquid electrolyte type bipolar laminate battery. When the electrolyte in the completed battery was allowed to stand at 25 ° C. for 1 hour under a pressure condition of 10 Torr, the weight loss was 0.5% by mass.

<実施例2>
上述した実施例1において、電解液を、イオン液体であるN−メチル−N−プロピルピペリジニウム・TFSIにLiTFSIを0.5Mの濃度で含有させたものに変更した。また、真空チャンバ内での減圧処理条件を120℃、5Torrに変更した。それ以外は上述した実施例1と同様の手法により、液体電解質型の双極型ラミネート電池を完成させた。なお、完成した電池における電解質を、10Torrの圧力条件下で25℃にて1時間静置した際の減量は0.1質量%であった。
<Example 2>
In Example 1 described above, the electrolytic solution was changed to N-methyl-N-propylpiperidinium.TFSI, which is an ionic liquid, containing LiTFSI at a concentration of 0.5 M. In addition, the decompression condition in the vacuum chamber was changed to 120 ° C. and 5 Torr. Otherwise, a liquid electrolyte type bipolar laminate battery was completed in the same manner as in Example 1 described above. The weight loss when the electrolyte in the completed battery was allowed to stand at 25 ° C. for 1 hour under a pressure condition of 10 Torr was 0.1% by mass.

<試験例>
上記実施例1および2で得られた双極型ラミネート電池を用い、充放電サイクル試験を行なった。
<Test example>
Using the bipolar laminate battery obtained in Examples 1 and 2, a charge / discharge cycle test was conducted.

具体的には、まず、25℃にて定電流定電圧方式(CCCV、電流:0.5C、電圧:4.2V)で3時間充電を行なった。その後、定電流(CC、電流:0.5C)で2.5Vまで放電し、放電後30分間休止させた。この充放電過程を1サイクルとし、100サイクル繰り返して、充放電サイクル試験とした。   Specifically, first, charging was performed at 25 ° C. by a constant current constant voltage method (CCCV, current: 0.5 C, voltage: 4.2 V) for 3 hours. Thereafter, the battery was discharged to 2.5 V with a constant current (CC, current: 0.5 C) and rested for 30 minutes after the discharge. This charging / discharging process was defined as one cycle, and 100 cycles were repeated for a charge / discharge cycle test.

(膨張率の測定)
初回充放電(1サイクル)終了時、および100サイクル終了時にラミネート電池の厚さを測定した。そして、測定された厚さの、電池作製後(充放電試験前)の厚さに対する増加百分率(膨張率)を算出した。膨張率(%)の算出結果を下記の表1に示す。
(Measurement of expansion coefficient)
The thickness of the laminate battery was measured at the end of the first charge / discharge (1 cycle) and at the end of 100 cycles. And the increase percentage (expansion coefficient) with respect to the thickness after battery preparation (before a charge-and-discharge test) of the measured thickness was computed. The calculation results of the expansion rate (%) are shown in Table 1 below.

Figure 2010113939
Figure 2010113939

表1に示す結果から、本発明によれば、充放電サイクル試験後の電池の厚さの膨張率が極めて低い値に抑えられることがわかる。これは、本発明により提供される双極型電池においては、初回充放電時や充放電を繰り返した際のガスの発生が抑制されるためであると考えられる。なお、電解液の可塑剤として有機溶媒を用いた場合に比べて、イオン液体を用いると、膨張率がより一層小さい値に抑えられることがわかる。すなわち、イオン液体を用いて電解質を構成すると、充放電に伴うガス発生がより有意に抑えられ、より信頼性に優れる双極型電池が提供されうるのである。   From the results shown in Table 1, it can be seen that according to the present invention, the expansion coefficient of the thickness of the battery after the charge / discharge cycle test can be suppressed to a very low value. This is considered to be because, in the bipolar battery provided by the present invention, the generation of gas during the first charge / discharge or repeated charge / discharge is suppressed. In addition, it can be seen that when the ionic liquid is used as compared with the case where an organic solvent is used as the plasticizer of the electrolytic solution, the expansion coefficient can be further suppressed to a smaller value. That is, when an electrolyte is constituted by using an ionic liquid, gas generation accompanying charging / discharging can be suppressed more significantly, and a bipolar battery with higher reliability can be provided.

(容量維持率の測定)
また、初回充放電(1サイクル目)の放電容量、および100サイクル目の放電容量をそれぞれ測定した。そして、1サイクル目から100サイクル目まで、放電容量が維持された割合を百分率(容量維持率)として算出した。容量維持率(%)の算出結果を下記の表2に示す。
(Measurement of capacity maintenance rate)
Moreover, the discharge capacity of the first charge / discharge (first cycle) and the discharge capacity of the 100th cycle were measured. From the first cycle to the 100th cycle, the ratio at which the discharge capacity was maintained was calculated as a percentage (capacity maintenance ratio). The calculation results of the capacity retention rate (%) are shown in Table 2 below.

Figure 2010113939
Figure 2010113939

表2に示す結果から、本発明によれば、充放電サイクル後の容量維持率が高い値に維持されることがわかる。これは、本発明により提供される双極型電池においては、初回充放電時や充放電を繰り返した際のガスの発生が抑制され、ガス発生に起因する電極の剥離や電極と電解質との接触不良といった問題の発生が防止されるためであると考えられる。なお、電解液の可塑剤として有機溶媒を用いた場合に比べて、イオン液体を用いると、容量維持率がより一層高い値に維持されることがわかる。すなわち、イオン液体を用いて電解質を構成すると、ガス発生に起因する問題の発生がより有意に抑えられ、より信頼性に優れる双極型電池が提供されうるのである。   From the results shown in Table 2, it can be seen that according to the present invention, the capacity retention rate after the charge / discharge cycle is maintained at a high value. This is because, in the bipolar battery provided by the present invention, the generation of gas at the time of the first charge / discharge or repeated charge / discharge is suppressed, and peeling of the electrode due to gas generation or poor contact between the electrode and the electrolyte This is considered to be because the occurrence of such a problem is prevented. In addition, compared with the case where an organic solvent is used as a plasticizer of electrolyte solution, when an ionic liquid is used, it turns out that a capacity | capacitance maintenance factor is maintained at a still higher value. That is, when an electrolyte is formed using an ionic liquid, the occurrence of a problem due to gas generation can be more significantly suppressed, and a bipolar battery with higher reliability can be provided.

<参考例>
以下、参考のために、上述した実施例1および2の変形例として、電解質の組成や減圧処理の条件等を変更した場合にどのような性能(膨張率、容量維持率)が得られるかを理論的に予測した結果を、実施例・比較例のいずれに該当するかと併せて記載する。
<Reference example>
Hereinafter, as a modification of Examples 1 and 2 described above for reference, what performance (expansion rate, capacity maintenance rate) is obtained when the composition of the electrolyte, the conditions of the reduced pressure treatment, and the like are changed. The theoretically predicted result is described along with whether the result corresponds to the example or the comparative example.

<参考例1>
上述した実施例1において、上記電解液100質量部に対して低沸点溶媒であるアセトン(10質量部)およびメタノール(10質量部)を添加した混合液を電解液として用いる。それ以外は上述した実施例1と同様の手法により、液体電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Reference Example 1>
In Example 1 mentioned above, the liquid mixture which added acetone (10 mass parts) and methanol (10 mass parts) which are low boiling point solvents with respect to 100 mass parts of said electrolyte solutions is used as electrolyte solution. Otherwise, a liquid electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Example 1 described above.

<参考例2>
上述した実施例2において、上記電解液100質量部に対して低沸点溶媒であるアセトン(10質量部)およびメタノール(10質量部)を添加した混合液を電解液として用いる。それ以外は上述した実施例2と同様の手法により、液体電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Reference Example 2>
In Example 2 mentioned above, the liquid mixture which added acetone (10 mass parts) and methanol (10 mass parts) which are low boiling point solvents with respect to 100 mass parts of said electrolyte solutions is used as electrolyte solution. Otherwise, a liquid electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Example 2 described above.

<参考例3>
・ゲル電解質系双極型電極の作製
上述した実施例1において、電解液をプレゲル溶液に変更する。当該プレゲル溶液は、PCとECとの当体積混合液にLiPFを1.0Mの濃度に溶解させた電解液(90質量%)と、ホストポリマー(HFP成分を10質量%含む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))(10質量%)とを混合し、さらに粘度調整溶媒としてジメチルカーボネート(DMC)を適量添加したものである。このプレゲル溶液は負極面に塗布され、DMCは乾燥される。そして、残存した電解液およびホストポリマーは、真空中でのホットプレス時に可塑化し、単電池層の全体に浸透する。それ以外は上述した実施例1と同様の手法により、ゲル電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Reference Example 3>
-Preparation of gel electrolyte type bipolar electrode In Example 1 mentioned above, electrolyte solution is changed into a pregel solution. The pregel solution includes an electrolytic solution (90% by mass) in which LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1.0 M in an equal volume mixture of PC and EC, and a host polymer (polyvinylidene fluoride containing 10% by mass of an HFP component). Hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP)) (10% by mass) is mixed, and a suitable amount of dimethyl carbonate (DMC) is added as a viscosity adjusting solvent. This pregel solution is applied to the negative electrode surface, and the DMC is dried. The remaining electrolyte and host polymer are plasticized during hot pressing in a vacuum and penetrate into the entire single cell layer. Otherwise, a gel electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Example 1 described above.

<参考例4>
上述した参考例3において、上記プレゲル溶液100質量部に対して低沸点溶媒であるアセトン(10質量部)およびメタノール(10質量部)を添加し、さらに粘度調整溶媒としてジメチルカーボネート(DMC)を適量添加したものをプレゲル溶液として用いる。それ以外は上述した参考例3と同様の手法により、ゲル電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Reference Example 4>
In Reference Example 3 described above, acetone (10 parts by mass) and methanol (10 parts by mass), which are low boiling point solvents, are added to 100 parts by mass of the pregel solution, and an appropriate amount of dimethyl carbonate (DMC) is added as a viscosity adjusting solvent. The added one is used as a pregel solution. Otherwise, a gel electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Reference Example 3 described above.

<参考例5>
上述した参考例3において、プレゲル溶液を構成する電解液を、イオン液体であるN−メチル−N−プロピルピペリジニウム・TFSIにLiTFSIを0.5Mの濃度で含有させたものに変更する。また、真空チャンバ内での減圧処理条件を120℃、5Torrに変更する。それ以外は上述した参考例3と同様の手法により、ゲル電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Reference Example 5>
In Reference Example 3 described above, the electrolytic solution constituting the pregel solution is changed to N-methyl-N-propylpiperidinium.TFSI, which is an ionic liquid, containing LiTFSI at a concentration of 0.5M. In addition, the decompression condition in the vacuum chamber is changed to 120 ° C. and 5 Torr. Otherwise, a gel electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Reference Example 3 described above.

<参考例6>
上述した参考例4において、プレゲル溶液を構成する電解液を、イオン液体であるN−メチル−N−プロピルピペリジニウム・TFSIにLiTFSIを0.5Mの濃度で含有させたものに変更する。また、真空チャンバ内での減圧処理条件を120℃、5Torrに変更する。それ以外は上述した参考例4と同様の手法により、ゲル電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Reference Example 6>
In Reference Example 4 described above, the electrolytic solution constituting the pregel solution is changed to N-methyl-N-propylpiperidinium.TFSI, which is an ionic liquid, containing LiTFSI at a concentration of 0.5M. In addition, the decompression condition in the vacuum chamber is changed to 120 ° C. and 5 Torr. Otherwise, a gel electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Reference Example 4 described above.

<参考例7>
上述した参考例6において、プレゲル溶液を構成するホストポリマーを、リチウムイオン伝導性ポリマーであるポリエチレンオキシド(PEO)に変更する。それ以外は上述した参考例6と同様の手法により、ゲル電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Reference Example 7>
In Reference Example 6 described above, the host polymer constituting the pregel solution is changed to polyethylene oxide (PEO) which is a lithium ion conductive polymer. Otherwise, a gel electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Reference Example 6 described above.

<参考例8>
・固体電解質系双極型電極の作製
(双極型電極の作製)
正極活物質であるLiMn(平均粒子径10μm)(22質量%)、導電助剤であるアセチレンブラック(6質量%)、ホストポリマーであるPEO(18質量%)、支持塩であるLi(CSON(9質量%)、スラリー粘度調整溶媒であるNMP(45質量%)、および熱重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)(微量)を混合して、正極活物質スラリーを調製する。
<Reference Example 8>
・ Production of solid electrolyte type bipolar electrode (Production of bipolar electrode)
LiMn 2 O 4 (average particle diameter 10 μm) (22% by mass) as a positive electrode active material, acetylene black (6% by mass) as a conductive auxiliary agent, PEO (18% by mass) as a host polymer, Li as a supporting salt (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N (9% by mass), NMP (45% by mass) as a slurry viscosity adjusting solvent, and azobisisobutyronitrile (AIBN) (a trace amount) as a thermal polymerization initiator are mixed Then, a positive electrode active material slurry is prepared.

一方、負極活物質であるLiTi12(14質量%)、導電助剤であるアセチレンブラック(4質量%)、ホストポリマーであるPEO(20質量%)、支持塩であるLi(CSON(11質量%)、スラリー粘度調整溶媒であるNMP(51質量%)、および熱重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)(微量)を混合して、負極活物質スラリーを調製する。 On the other hand, Li 4 Ti 5 O 12 (14% by mass) as a negative electrode active material, acetylene black (4% by mass) as a conductive auxiliary agent, PEO (20% by mass) as a host polymer, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N (11% by mass), NMP (51% by mass) which is a slurry viscosity adjusting solvent, and azobisisobutyronitrile (AIBN) (a trace amount) which is a thermal polymerization initiator are mixed. A negative electrode active material slurry is prepared.

集電体であるステンレス箔(厚さ20μm)の一方の表面に上記で調製した正極活物質スラリーを縦135mm×横105mmのサイズに塗布し、乾燥させて厚さ30μmの正極活物質層を形成する。次いで、集電体の他方の表面に上記で調製した負極活物質スラリーを、縦140mm×横110mmのサイズに塗布し、乾燥させて厚さ20μmの負極活物質層を形成する。なお、負極活物質層の形成は、正極活物質層と負極活物質層との中心が重なるように行なう。そして、得られた積層体を110℃にて4時間熱処理することにより、PEOを熱重合させる。   The positive electrode active material slurry prepared above is applied to one surface of a stainless steel foil (thickness 20 μm) as a current collector in a size of 135 mm long × 105 mm wide and dried to form a positive electrode active material layer having a thickness of 30 μm. To do. Next, the negative electrode active material slurry prepared above is applied to the other surface of the current collector in a size of 140 mm long × 110 mm wide and dried to form a negative electrode active material layer having a thickness of 20 μm. Note that the negative electrode active material layer is formed so that the centers of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer overlap. And the obtained laminated body is heat-polymerized at 110 degreeC for 4 hours, and PEO is thermally polymerized.

次いで、上述の正極活物質層および負極活物質層を塗布した集電体を、縦160mm×横130mmのサイズに切り出し、正極活物質層および負極活物質層の外周部に10mm幅の集電体の露出部分(未塗布部分)を設けて、双極型電極を完成させる。   Next, the current collector coated with the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer described above is cut into a size of 160 mm in length and 130 mm in width, and a current collector having a width of 10 mm is formed on the outer periphery of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. The exposed portion (uncoated portion) is provided to complete the bipolar electrode.

(固体電解質層の形成)
ホストポリマーであるPEO(64.5質量%)、および支持塩であるLi(CSON(35.5質量%)を混合し、低沸点溶媒であるアセトン20質量%およびメタノール20質量%を添加する。さらに、スラリー粘度調整溶媒としてアセトニトリルを適量添加して、固体電解質スラリーを調製する。
(Formation of solid electrolyte layer)
Host polymer is a PEO (64.5 wt%), and a supporting salt Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N and (35.5 wt%) were mixed, acetone 20% by weight and a low boiling point solvent 20% by weight of methanol is added. Furthermore, an appropriate amount of acetonitrile is added as a slurry viscosity adjusting solvent to prepare a solid electrolyte slurry.

上記で調製した固体電解質スラリーを、上記で作製した双極型電極の正極活物質上に塗布し、乾燥させて厚さ40μmの電解質層を形成する。また、当該双極型電極の正極側の電極未塗布部分(4辺全て)に、ポリイミド製カプトンテープ(厚さ50μm)を貼付して、シール部を形成する。   The solid electrolyte slurry prepared above is applied onto the positive electrode active material of the bipolar electrode prepared above and dried to form an electrolyte layer having a thickness of 40 μm. In addition, a Kapton tape made of polyimide (thickness: 50 μm) is attached to the electrode uncoated portion (all four sides) on the positive electrode side of the bipolar electrode to form a seal portion.

(電極保持機構へのセット)
上記で得られた双極型電極−電解質層積層体を、負極面を上にした状態で、各電極が接触せずかつ電極の面方向に対して垂直方向にずれがなく電極およびシール部の外側をチャックすることのできるクリップ機構を備えた双極型電極保持機構に6枚セットする。ここで、最下部に位置する双極型電極には、シール部を貼付せず、電解質層も形成しない。
(Set to electrode holding mechanism)
The bipolar electrode-electrolyte layer laminate obtained above, with the negative electrode facing up, the electrodes are not in contact with each other and there is no deviation in the direction perpendicular to the electrode surface direction. 6 pieces are set in a bipolar electrode holding mechanism equipped with a clip mechanism capable of chucking. Here, no seal portion is attached to the bipolar electrode located at the lowermost portion, and no electrolyte layer is formed.

(電極の積層)
電極保持機構を下降させながら、電極受け台上に前記6枚の双極型電極をずれのないように積層する。これにより、単電池層が5層積層されてなる発電要素を作製する。
(Lamination of electrodes)
While lowering the electrode holding mechanism, the six bipolar electrodes are stacked on the electrode base so as not to be displaced. As a result, a power generation element in which five cell layers are stacked is manufactured.

(真空への導入)
上記で得られた発電要素を、ホットプレス部位を有する真空チャンバ内に電極受け台ごと導入する。その後、真空チャンバ内を加熱・減圧し、120℃にて30分間、5Torrの圧力で減圧処理する。
(Introduction to vacuum)
The power generation element obtained as described above is introduced together with the electrode pedestal into a vacuum chamber having a hot press part. Thereafter, the inside of the vacuum chamber is heated and depressurized, and a depressurizing process is performed at 120 ° C. for 30 minutes and a pressure of 5 Torr.

(発電要素のプレス)
上記で減圧処理した発電要素を、30Torrの圧力条件下で、真空チャンバ内のホットプレス部位に電極受け台ごと移動させる。その後、前記ホットプレス部位により当該発電要素を80℃にて1時間、1kg/cmの面圧でホットプレスする。これにより、隣接する双極型電極における負極活物質層と電解質層とを密着させる。
(Power generation element press)
The power generation element subjected to the pressure reduction treatment is moved together with the electrode cradle to a hot press site in the vacuum chamber under a pressure condition of 30 Torr. Thereafter, the power generation element is hot-pressed at 80 ° C. for 1 hour at a surface pressure of 1 kg / cm 2 by the hot-press portion. As a result, the negative electrode active material layer and the electrolyte layer in the adjacent bipolar electrode are brought into close contact with each other.

(外装中への封入)
上記真空チャンバ内をリークして大気圧に戻した後、真空チャンバから発電要素を取り出し、当該発電要素の両端に、電流取出し用の集電板およびリードを接続する。次いで、リードが外部に導出するように、発電要素全体を外装(アルミラミネートフィルム)中に入れ、外装内部を真空としてパックすることにより、固体電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
(Encapsulation in exterior)
After the inside of the vacuum chamber is leaked and returned to the atmospheric pressure, the power generation element is taken out from the vacuum chamber, and a current collecting current collecting plate and a lead are connected to both ends of the power generation element. Next, the entire power generation element is placed in an exterior (aluminum laminate film) so that the leads are led out, and the interior of the exterior is packed as a vacuum to complete a solid electrolyte type bipolar laminate battery.

<参考例9>
上述した実施例1において、電解液を、電解液(添加前)の全量に対して脱水剤であるテトラエチルオルトシリケート(TEOS;Si(OCHCH)を1質量%添加したものに変更する。それ以外は上述した実施例1と同様の手法により、液体電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Reference Example 9>
In the first embodiment described above, an electrolytic solution, tetraethyl orthosilicate is dehydrating agent based on the total amount of the electrolytic solution (before addition); changes to that of (TEOS Si (OCH 2 CH 3 ) 4) was added 1 wt% To do. Otherwise, a liquid electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Example 1 described above.

<参考例10>
上述した実施例2において、電解液を、電解液(添加前)の全量に対してTEOSを1質量%添加したものに変更する。また、真空チャンバ内での減圧処理条件を100℃、3Torrに変更する。それ以外は上述した実施例2と同様の手法により、液体電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Reference Example 10>
In Example 2 mentioned above, electrolyte solution is changed into what added 1 mass% of TEOS with respect to the whole quantity of electrolyte solution (before addition). In addition, the decompression condition in the vacuum chamber is changed to 100 ° C. and 3 Torr. Otherwise, a liquid electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Example 2 described above.

<参考例11>
上述した参考例3において、プレゲル溶液に、TEOSをさらに添加したものを用いる。この際、TEOSの添加量は、プレゲル溶液中の電解液成分(DMCを除く)の全量に対して1質量%とする。それ以外は上述した参考例3と同様の手法により、ゲル電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Reference Example 11>
In Reference Example 3 described above, a pregel solution further added with TEOS is used. At this time, the addition amount of TEOS is 1% by mass with respect to the total amount of the electrolyte components (excluding DMC) in the pregel solution. Otherwise, a gel electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Reference Example 3 described above.

<参考例12>
上述した参考例11において、プレゲル溶液を構成する電解液を、イオン液体であるN−メチル−N−プロピルピペリジニウム・TFSIにLiTFSIを0.5Mの濃度で含有させたものに変更する。また、真空チャンバ内での減圧処理条件を100℃、3Torrに変更する。それ以外は上述した参考例11と同様の手法により、ゲル電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Reference Example 12>
In Reference Example 11 described above, the electrolytic solution constituting the pregel solution is changed to N-methyl-N-propylpiperidinium.TFSI, which is an ionic liquid, containing LiTFSI at a concentration of 0.5M. In addition, the decompression condition in the vacuum chamber is changed to 100 ° C. and 3 Torr. Otherwise, a gel electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Reference Example 11 described above.

<参考例13>
上述した参考例12において、プレゲル溶液を構成するホストポリマーを、PEOに変更する。それ以外は上述した参考例12と同様の手法により、ゲル電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Reference Example 13>
In Reference Example 12 described above, the host polymer constituting the pregel solution is changed to PEO. Otherwise, a gel electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Reference Example 12 described above.

<比較参考例1>
上述した実施例1において、真空チャンバ内での減圧処理条件を25℃、20Torrに変更する。それ以外は上述した実施例1と同様の手法により、液体電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Comparative Reference Example 1>
In the first embodiment described above, the depressurization condition in the vacuum chamber is changed to 25 ° C. and 20 Torr. Otherwise, a liquid electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Example 1 described above.

<比較参考例2>
上述した参考例3において、真空チャンバ内での減圧処理条件を25℃、20Torrに変更する。それ以外は上述した参考例3と同様の手法により、ゲル電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Comparative Reference Example 2>
In the reference example 3 described above, the decompression condition in the vacuum chamber is changed to 25 ° C. and 20 Torr. Otherwise, a gel electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Reference Example 3 described above.

<比較参考例3>
上述した参考例5において、真空チャンバ内での減圧処理条件を25℃、20Torrに変更する。それ以外は上述した参考例5と同様の手法により、ゲル電解質型の双極型ラミネート電池を完成させる。
<Comparative Reference Example 3>
In the reference example 5 described above, the decompression process condition in the vacuum chamber is changed to 25 ° C. and 20 Torr. Otherwise, a gel electrolyte type bipolar laminate battery is completed by the same method as in Reference Example 5 described above.

<充放電サイクル試験の影響の予測>
上述した参考例1〜13(本願の実施例に対応)および比較参考例1〜3(本願の比較例に対応)で得られる双極型ラミネート電池について、上述した充放電サイクル試験を行なった場合の上記膨張率および上記容量維持率の値を予測した。この予測結果を下記の表3に示す。
<Prediction of impact of charge / discharge cycle test>
For the bipolar laminate batteries obtained in Reference Examples 1 to 13 (corresponding to Examples of the present application) and Comparative Reference Examples 1 to 3 (corresponding to Comparative Examples of the present application), the charge / discharge cycle test described above was performed. The values of the expansion coefficient and the capacity maintenance ratio were predicted. The prediction results are shown in Table 3 below.

なお、上記参考例および比較参考例の電池における膨張率や容量維持率の予測は、上述した実施例1および2の結果、および、図5に示す各種溶媒の蒸気圧曲線を表す対数グラフに基づき、電池製造時にどの程度の水分が残留するかという観点から行なった。   In addition, the prediction of the expansion rate and the capacity retention rate in the batteries of the above reference examples and comparative reference examples is based on the results of Examples 1 and 2 described above and the logarithmic graph representing the vapor pressure curves of various solvents shown in FIG. This was carried out from the viewpoint of how much moisture remained during battery production.

Figure 2010113939
Figure 2010113939

ここで、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ガンマブチロラクトン(GBL)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、および水の蒸気圧曲線を図5に示す。   Here, the vapor pressure curves of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), gamma butyrolactone (GBL), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and water are shown in FIG.

図5を参照すると、溶媒の蒸気圧曲線は、当該溶媒のある温度(横軸)における蒸気圧(縦軸)の関係を表すものである。よって、ある溶媒の蒸気圧曲線の左上側に位置する条件下において当該溶媒は液体であり、当該曲線の右下側に位置する条件下において当該溶媒は気体である。よって、蒸気圧曲線が左に位置するほど、ある温度における蒸気圧は大きくなり、より緩い減圧条件下でも揮発・除去されうる。例えば、約10Torrの減圧条件を例に挙げて説明すると、図5に示す点A(約20℃)の条件下で水の除去が可能である。また、図5に示す点B(約60℃)の条件下では、水に加えて低沸点溶媒(DEC、DMC)の除去も可能となる。一方、高沸点溶媒(EC、PC、GBL)を除去するには、系を図5に示す点C(約150℃)程度の高温条件とする必要がある。また、図5に示すようにイオン液体の蒸気圧曲線はかなり高温側に位置することが推定されている。よって、電池製造時にイオン液体はほとんど揮発・除去されないと考えられる。   Referring to FIG. 5, the vapor pressure curve of the solvent represents the relationship of the vapor pressure (vertical axis) at a certain temperature (horizontal axis) of the solvent. Therefore, the solvent is a liquid under the condition located on the upper left side of the vapor pressure curve of a certain solvent, and the solvent is a gas under the condition located on the lower right side of the curve. Therefore, the more the vapor pressure curve is located on the left, the greater the vapor pressure at a certain temperature, and it can be volatilized and removed even under milder pressure reduction conditions. For example, taking a decompression condition of about 10 Torr as an example, water can be removed under the condition of point A (about 20 ° C.) shown in FIG. Further, under the condition of point B (about 60 ° C.) shown in FIG. 5, it is possible to remove the low boiling point solvent (DEC, DMC) in addition to water. On the other hand, in order to remove the high boiling point solvents (EC, PC, GBL), it is necessary to set the system to a high temperature condition of about point C (about 150 ° C.) shown in FIG. Further, as shown in FIG. 5, it is estimated that the vapor pressure curve of the ionic liquid is located on the considerably high temperature side. Therefore, it is considered that the ionic liquid is hardly volatilized / removed when the battery is manufactured.

上記表3に示す予測結果は、上述した実施例1および2における試験結果、および出願人の有する過去の実験データをもとに、電解質等の組成や減圧処理の条件を各参考例に記載したように変更したとすればどの程度のガスが発生するのかを推測し、このようにして推測されるガス発生量から、各参考例における膨張率や容量維持率の値を予測したのである。   The prediction results shown in Table 3 described in each reference example are the composition of the electrolyte and the conditions of the decompression treatment based on the test results in Examples 1 and 2 described above and the past experimental data possessed by the applicant. If the change is made as described above, it is estimated how much gas is generated, and the values of the expansion rate and capacity retention rate in each reference example are predicted from the gas generation amount thus estimated.

各参考例についての表3に示す予測結果から、本発明により提供される双極型電池によれば、充放電サイクル試験後の膨張率や容量維持率に優れることが予想される。また、電解液の可塑剤として有機溶媒を用いた場合に比べて、イオン液体を用いると、膨張率や容量維持率がより一層改善されることも予想される。なお、かような予測は、あくまでも上述した実施例1および2の結果が得られたことをもって初めて予測可能となったものである。したがって、実施例1および2の結果や過去の実験データに基づき上記の予測が可能であったとしても、本願出願時の技術水準からは予測できないことである。   From the prediction results shown in Table 3 for each reference example, it is expected that the bipolar battery provided by the present invention is excellent in the expansion rate and capacity retention rate after the charge / discharge cycle test. Further, it is expected that the expansion rate and the capacity retention rate are further improved when an ionic liquid is used as compared with a case where an organic solvent is used as a plasticizer for the electrolytic solution. Such a prediction can be predicted only after the results of Examples 1 and 2 described above are obtained. Therefore, even if the above prediction is possible based on the results of Examples 1 and 2 and past experimental data, it cannot be predicted from the technical level at the time of filing this application.

本発明の双極型二次電池の代表的な一実施形態である双極型リチウムイオン二次電池の概要を模式的に表した断面概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the cross-sectional schematic which represented typically the outline | summary of the bipolar lithium ion secondary battery which is one typical embodiment of the bipolar secondary battery of this invention. 本発明に係る双極型二次電池の代表的な実施形態である積層型の扁平な双極型二次電池の外観を模式的に表した斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view schematically showing an appearance of a stacked flat bipolar secondary battery that is a typical embodiment of a bipolar secondary battery according to the present invention. 本発明に係る組電池の代表的な実施形態を模式的に表した外観図であって、図3Aは組電池の平面図であり、図3Bは組電池の正面図であり、図3Cは組電池の側面図である。FIG. 3A is an external view schematically showing a typical embodiment of a battery pack according to the present invention, FIG. 3A is a plan view of the battery pack, FIG. 3B is a front view of the battery pack, and FIG. It is a side view of a battery. 本発明の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 of this invention. エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ガンマブチロラクトン(GBL)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、および水の蒸気圧曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the vapor pressure curve of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), gamma butyrolactone (GBL), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and water.

符号の説明Explanation of symbols

10 双極型二次電池、
11 集電体、
11a 正極側の最外層集電体、
11b 負極側の最外層集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 発電要素、
25 正極集電板、
27 負極集電板、
29 ラミネートシート、
31 シール部、
35 装脱着可能な小型の組電池、
37 組電池、
39 接続治具、
40 電気自動車。
10 Bipolar secondary battery,
11 Current collector,
11a The outermost layer current collector on the positive electrode side,
11b The outermost layer current collector on the negative electrode side,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21 power generation elements,
25 positive current collector,
27 negative current collector,
29 Laminate sheet,
31 seal part,
35 A small assembled battery that can be attached and detached,
37 battery pack,
39 Connecting jig,
40 Electric car.

Claims (20)

集電体の一方の面に正極活物質層が形成され、他方の面に負極活物質層が形成された双極型電極と電解質を含む電解質層とが、前記正極活物質層、前記電解質層、および前記負極活物質層がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層が形成されるように積層され、前記単電池層の外周部にシール部が形成されてなる発電要素を有する双極型二次電池であって、
前記電解質を25℃にて1時間、10Torrの圧力条件下に静置した際の減量が、静置前の当該電解質の質量に対して1質量%以下であることを特徴とする、双極型二次電池。
A bipolar electrode having a positive electrode active material layer formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer formed on the other surface, and an electrolyte layer containing an electrolyte, the positive electrode active material layer, the electrolyte layer, A bipolar power generation element having a power generation element that is laminated so that at least one unit cell layer is formed by laminating the anode active material layer in this order, and a seal portion is formed on the outer periphery of the unit cell layer. A secondary battery,
The bipolar type battery is characterized in that a weight loss when the electrolyte is allowed to stand at 25 ° C. for 1 hour under a pressure condition of 10 Torr is 1% by mass or less with respect to the mass of the electrolyte before standing. Next battery.
集電体の一方の面に正極活物質層が形成され、他方の面に負極活物質層が形成された双極型電極と電解質を含む電解質層とが、前記正極活物質層、前記電解質層、および前記負極活物質層がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層が形成されるように積層され、前記単電池層の外周部にシール部が形成されてなる発電要素を有する双極型二次電池であって、
前記電解質を60℃にて1時間、10Torrの圧力条件下に静置した際の減量が、静置前の当該電解質の質量に対して1質量%以下である、双極型二次電池。
A bipolar electrode having a positive electrode active material layer formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer formed on the other surface, and an electrolyte layer containing an electrolyte, the positive electrode active material layer, the electrolyte layer, A bipolar power generation element having a power generation element that is laminated so that at least one unit cell layer is formed by laminating the anode active material layer in this order, and a seal portion is formed on the outer periphery of the unit cell layer. A secondary battery,
A bipolar secondary battery, wherein a weight loss when the electrolyte is allowed to stand at 60 ° C. for 1 hour under a pressure condition of 10 Torr is 1% by mass or less with respect to a mass of the electrolyte before standing.
集電体の一方の面に正極活物質層が形成され、他方の面に負極活物質層が形成された双極型電極と電解質を含む電解質層とが、前記正極活物質層、前記電解質層、および前記負極活物質層がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層が形成されるように積層され、前記単電池層の外周部にシール部が形成されてなる発電要素を有する双極型二次電池であって、
前記電解質を150℃にて1時間、10Torrの圧力条件下に静置した際の減量が、静置前の当該電解質の質量に対して1質量%以下である、双極型二次電池。
A bipolar electrode having a positive electrode active material layer formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer formed on the other surface, and an electrolyte layer containing an electrolyte, the positive electrode active material layer, the electrolyte layer, A bipolar power generation element having a power generation element that is laminated so that at least one unit cell layer is formed by laminating the anode active material layer in this order, and a seal portion is formed on the outer periphery of the unit cell layer. A secondary battery,
A bipolar secondary battery, wherein a weight loss when the electrolyte is allowed to stand at 150 ° C. for 1 hour under a pressure condition of 10 Torr is 1% by mass or less based on a mass of the electrolyte before standing.
前記電解質中に水より低沸点の溶媒を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the electrolyte contains a solvent having a boiling point lower than that of water. 前記溶媒が、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、および炭化水素系溶媒からなる群から選択される1種または2種以上である、請求項4に記載の電池。   The battery according to claim 4, wherein the solvent is one or more selected from the group consisting of alcohol solvents, ketone solvents, ether solvents, and hydrocarbon solvents. 前記溶媒が、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、n−ヘキサン、2−メチルペンタン、3−メチルペンタン、2,2−ジメチルブタン、2,3−ジメチルブタン、n−ヘプタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン、シクロペンタン、トテラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテル、メチル−tert−ブチルエーテル、および1,2−ジメトキシエタンからなる群から選択される1種または2種以上である、請求項5に記載の電池。   The solvent is methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, acetone, methyl ethyl ketone, n-hexane, 2-methylpentane, 3-methylpentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, n- 6. One or more selected from the group consisting of heptane, cyclohexane, methylcyclopentane, cyclopentane, toterahydrofuran, diisopropyl ether, methyl-tert-butyl ether, and 1,2-dimethoxyethane. The battery described in 1. 前記電解質が脱水剤を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the electrolyte includes a dehydrating agent. 前記脱水剤が下記化学式1:
Figure 2010113939
式中、MはSi、Ge、Sn、Pb、Al、Ga、In、またはTlであり、Rは互いに独立して炭素原子数1〜4のアルキル基であり、xは3または4である、
で表されるアルコキシド化合物である、請求項7に記載の電池。
The dehydrating agent has the following chemical formula 1:
Figure 2010113939
Where M is Si, Ge, Sn, Pb, Al, Ga, In, or Tl, R is independently an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and x is 3 or 4.
The battery of Claim 7 which is an alkoxide compound represented by these.
前記MがSiまたはGeである、請求項8に記載の電池。   The battery according to claim 8, wherein M is Si or Ge. 前記Rがメチル基またはエチル基である、請求項8または9に記載の電池。   The battery according to claim 8 or 9, wherein R is a methyl group or an ethyl group. 前記電解質における水分の含有量が、当該電解質の全量に対して50質量ppm以下である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の電池。   The battery according to any one of claims 1 to 10, wherein a water content in the electrolyte is 50 mass ppm or less with respect to a total amount of the electrolyte. 前記電解質がイオン液体を含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the electrolyte includes an ionic liquid. 前記イオン液体を構成するカチオンがアンモニウム、ホスホニウムカチオンおよびスルホニウムカチオンからなる群から選択される1種または2種以上であり、前記イオン液体を構成するアニオンがBF 、AlF−、PF 、AsF 、SbF 、ClO 、AlCl 、CFSO 、CSO SO SO CHSO SO CHOSO OSO (FOS)(FSI)、(CFSO(TFSI)、CFCO (CSO(BETI)、(CSO、(CFSO、(CSO、(CN)、(CFPF 、(CPF 、(CPF 、および(CPF からなる群から選択される1種または2種以上である、請求項12に記載の電池。 The cation constituting the ionic liquid is one or more selected from the group consisting of ammonium, phosphonium cation and sulfonium cation, and the anions constituting the ionic liquid are BF 4 , AlF 4 −, PF 6 −. , AsF 6 , SbF 6 , ClO 4 , AlCl 4 , CF 3 SO 3 , C 2 F 5 SO 3 , C 3 F 7 SO 3 , C 4 F 9 SO 3 , CH 3 SO 3 -, C 2 H 5 SO 3 -, CH 3 OSO 3 -, C 2 H 5 OSO 3 -, (FO 2 S) 2 N - (FSI), (CF 3 SO 2) 2 N - (TFSI), CF 3 CO 2 -, (C 2 F 5 SO 2) 2 N - (BETI), (C 4 F 9 SO 2) 2 N -, (CF 3 SO 2) 3 C -, (C 2 F SO 2) 3 C -, ( CN) 2 N -, (CF 3) 3 PF 3 -, (C 2 F 5) 3 PF 3 -, (C 3 F 7) 3 PF 3 -, and (C 4 F 9) 3 PF 3 - is one or more selected from the group consisting of battery of claim 12. 前記イオン液体を構成するカチオンが、N−エチル−N−メチルピペリジニウム、N−メチル−N−プロピルピペリジニウム、N−ブチル−N−メチルピペリジニウム、N−ヘキシル−N−メチルピペリジニウム、N−エチル−N−メチルピロリジニウム、N−メチル−N−プロピルピロリジニウム、N−ブチル−N−メチルピロリジニウム、N−ヘキシル−N−メチルピロリジニウム、N,N,N−トリメチル−N−エチルアンモニウム、N,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウム、N,N,N−トリメチル−N−ブチルアンモニウム、N,N,N−トリメチル−N−ヘキシルアンモニウム、N,N,N−トリエチル−N−メチルアンモニウム、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニムからなる群から選択される1種または2種以上であり、前記イオン液体を構成するアニオンが、FSI、TFSI、BETIからなる群から選択される1種または2種以上である請求項13に記載の電池。   The cation constituting the ionic liquid is N-ethyl-N-methylpiperidinium, N-methyl-N-propylpiperidinium, N-butyl-N-methylpiperidinium, N-hexyl-N-methylpiper Peridinium, N-ethyl-N-methylpyrrolidinium, N-methyl-N-propylpyrrolidinium, N-butyl-N-methylpyrrolidinium, N-hexyl-N-methylpyrrolidinium, N, N , N-trimethyl-N-ethylammonium, N, N, N-trimethyl-N-propylammonium, N, N, N-trimethyl-N-butylammonium, N, N, N-trimethyl-N-hexylammonium, N , N, N-triethyl-N-methylammonium, N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium Is one or more selected from an anion constituting the ionic liquid, FSI, TFSI, cell of claim 13 is one or more selected from the group consisting of BETI. 前記電解質がポリマーを含む、請求項1〜14のいずれか1項に記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the electrolyte includes a polymer. 双極型リチウムイオン二次電池である、請求項1〜15のいずれか1項に記載の電池。   The battery according to claim 1, which is a bipolar lithium ion secondary battery. 請求項1〜16のいずれか1項に記載の電池を用いた組電池。   The assembled battery using the battery of any one of Claims 1-16. 請求項1〜16のいずれか1項に記載の電池、または請求項17に記載の組電池を搭載した車両。   A vehicle equipped with the battery according to any one of claims 1 to 16, or the assembled battery according to claim 17. 集電体の一方の面に正極活物質層が形成され、他方の面に負極活物質層が形成された双極型電極と電解質を含む電解質層とが、前記正極活物質層、前記電解質層、および前記負極活物質層がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を形成するように積層され、前記単電池層の外周部にシール部が形成されてなる発電要素を有する双極型二次電池の製造方法であって、
双極型電極を準備する工程と、
電解質を準備する工程と、
前記双極型電極と電解質層またはその前駆体とを積層して、前記単電池層を含む積層体を得る工程と、
前記単電池層の外周部にシール部を形成する工程と、を含み、
前記シール部を形成する工程の前または当該工程と同時に、前記電解質を10Torr未満の圧力で減圧処理する工程をさらに含む、双極型二次電池の製造方法。
A bipolar electrode having a positive electrode active material layer formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer formed on the other surface, and an electrolyte layer containing an electrolyte, the positive electrode active material layer, the electrolyte layer, And a bipolar secondary battery having a power generation element that is laminated to form at least one single cell layer in which the negative electrode active material layers are laminated in this order, and a seal portion is formed on the outer periphery of the single cell layer. A battery manufacturing method comprising:
Preparing a bipolar electrode; and
Preparing the electrolyte; and
Laminating the bipolar electrode and an electrolyte layer or a precursor thereof to obtain a laminate including the single battery layer;
Forming a seal portion on the outer periphery of the unit cell layer,
A method for manufacturing a bipolar secondary battery, further comprising a step of reducing the electrolyte at a pressure of less than 10 Torr before or simultaneously with the step of forming the seal portion.
集電体の一方の面に正極活物質層が形成され、他方の面に負極活物質層が形成された双極型電極と電解質を含む電解質層とが、前記正極活物質層、前記電解質層、および前記負極活物質層がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を形成するように積層され、前記単電池層の外周部にシール部が形成されてなる発電要素を有する双極型二次電池の製造方法であって、
双極型電極を準備する工程と、
電解質を準備する工程と、
前記双極型電極と電解質層またはその前駆体とを積層して、前記単電池層を含む積層体を得る工程と、
前記単電池層の外周部にシール部を形成する工程と、を含み、
前記電解質が水より低沸点の溶媒または脱水剤を含み、前記シール部を形成する工程の前または当該工程と同時に、前記電解質を20Torr未満の圧力で減圧処理する工程をさらに含む、双極型二次電池の製造方法。
A bipolar electrode having a positive electrode active material layer formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer formed on the other surface, and an electrolyte layer containing an electrolyte, the positive electrode active material layer, the electrolyte layer, And a bipolar secondary battery having a power generation element that is laminated to form at least one single cell layer in which the negative electrode active material layers are laminated in this order, and a seal portion is formed on the outer periphery of the single cell layer. A battery manufacturing method comprising:
Preparing a bipolar electrode; and
Preparing the electrolyte; and
Laminating the bipolar electrode and an electrolyte layer or a precursor thereof to obtain a laminate including the single cell layer;
Forming a seal portion on the outer periphery of the unit cell layer,
The bipolar secondary, wherein the electrolyte contains a solvent or dehydrating agent having a boiling point lower than that of water, and further includes a step of reducing the electrolyte at a pressure of less than 20 Torr before or simultaneously with the step of forming the seal portion. Battery manufacturing method.
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