JP2010244943A - Bipolar secondary battery - Google Patents

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JP2010244943A JP2009094174A JP2009094174A JP2010244943A JP 2010244943 A JP2010244943 A JP 2010244943A JP 2009094174 A JP2009094174 A JP 2009094174A JP 2009094174 A JP2009094174 A JP 2009094174A JP 2010244943 A JP2010244943 A JP 2010244943A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for giving a shutting down function that suppresses heat shrinkage of a separator caused by heat bonding during the manufacturing of a battery and shutting off the transfer of lithium ions between electrodes, when the temperature of the battery becomes a high temperature during the operation of the battery. <P>SOLUTION: A bipolar secondary battery has a power generating element formed by laminating a bipolar electrode having a current collector; a positive active material layer formed on one surface of the current collector; and a negative active material layer formed on the other surface of the current collector and the separator and is formed by jointing the periphery of the bipolar electrode and the periphery of the separator via a sealing part. The separator has a main material which is a porous membrane containing resin and temperature-responsive polymer gel having phase transition temperature conducting phase transition from a swelling state to a shrinking state, accompanying the rise in the temperature, and the sealing part and the separator are bonded by heating at the temperature or lower of phase transition. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、双極型二次電池に関する。特に、本発明は、電池製造時の加熱接着によるセパレータの熱収縮を抑えることができ、かつ、電池運転時に電池が高温となった場合に、電極間のリチウムイオンの移動を遮断するシャットダウン機能を有する、双極型二次電池に関する。   The present invention relates to a bipolar secondary battery. In particular, the present invention has a shutdown function that can suppress the thermal contraction of the separator due to heat adhesion at the time of battery manufacture, and shuts off the movement of lithium ions between the electrodes when the battery becomes hot during battery operation. The present invention relates to 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(HEV)や電気自動車(EV)、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 (HEV), electric vehicles (EV), and fuel cell vehicles have been manufactured and sold from the viewpoint of environment and fuel consumption, 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等の双極型二次電池が開発されている。双極型二次電池は、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が、電解質層を介して複数積層された発電要素を有する。換言すると、正極活物質層、電解質層、および負極活物質層が一つの単電池層を形成しており、該単電池層が集電体を介して複数積層した構造である。   In order to solve this problem, bipolar secondary batteries such as bipolar lithium ion secondary batteries have been developed. A bipolar secondary battery is a power generator in which a positive electrode active material layer is formed on one surface of a current collector and a plurality of bipolar electrodes having a negative electrode active material layer formed on the other surface are stacked via an electrolyte layer. Has an element. In other words, the positive electrode active material layer, the electrolyte layer, and the negative electrode active material layer form one single cell layer, and a plurality of the single cell layers are stacked with the current collector interposed therebetween.

上記電解質層として、高い電池性能を発揮できるという観点から、液体電解質またはゲル電解質がセパレータに保持されてなるものが使用されている。セパレータは、電極間のリチウムイオンの移動を可能とするため、双極型二次電池の積層方向に多数の孔を有する、微多孔膜の形態を有する。   As the electrolyte layer, a layer in which a liquid electrolyte or a gel electrolyte is held by a separator is used from the viewpoint that high battery performance can be exhibited. The separator has a form of a microporous film having a large number of holes in the stacking direction of the bipolar secondary battery in order to enable movement of lithium ions between the electrodes.

また、かような構造を有する双極型二次電池では、単電池層から電解液が外部に漏れ、他の単電池層の電解液と接触し、液絡を起こすことを防止するため、通常、単電池層の外周部を包囲するようにシール部が配置されている。この際、該シール部とセパレータとは、加熱により接着される。   In addition, in a bipolar secondary battery having such a structure, in order to prevent the electrolyte from leaking outside from the single cell layer and coming into contact with the electrolyte of other single cell layers, causing a liquid junction, A seal portion is disposed so as to surround the outer peripheral portion of the unit cell layer. At this time, the seal portion and the separator are bonded by heating.

しかしながら、この加熱接着時の熱によって、セパレータが収縮してしまい、電池に歪みが生じたり、内部短絡が起こったりするという問題点が以前から指摘されていた。そこで、特許文献1では、セパレータとシール部との加熱接着温度におけるセパレータの熱収縮率が5%以下である材料を選択するという手法により該問題点の解決を試みている。   However, it has been pointed out that the separator shrinks due to the heat at the time of heat bonding, and the battery is distorted or an internal short circuit occurs. Therefore, in Patent Document 1, an attempt is made to solve this problem by a method of selecting a material having a thermal contraction rate of the separator of 5% or less at the heat bonding temperature between the separator and the seal portion.

ところで、電池を安全に使用するために、充放電反応中に電池が高温となった場合に、充放電反応を停止する、シャットダウン機能を有するセパレータが開発されている。シャットダウン機能は、電極間のリチウムイオンの移動を遮断するもので、電池が高温に達するとセパレータを構成する樹脂が溶融し、孔を塞ぐことによってシャットダウンがなされる。   By the way, in order to use a battery safely, the separator which has a shutdown function which stops a charge / discharge reaction when a battery becomes high temperature during a charge / discharge reaction is developed. The shutdown function blocks the movement of lithium ions between the electrodes. When the battery reaches a high temperature, the resin constituting the separator is melted to shut down the holes.

特開2007−250405号公報JP 2007-250405 A

しかしながら、上述の特許文献1のように、セパレータ材料として耐熱性が高い材料を選択するとシャットダウン機能が効果的に働かない、あるいはシャットダウン機能そのものを有しなくなる、という問題点を有していた。   However, as in Patent Document 1 described above, when a material having high heat resistance is selected as the separator material, there is a problem that the shutdown function does not work effectively or the shutdown function itself is not provided.

そこで本発明は、電池製造時の加熱接着によるセパレータの熱収縮を抑え、かつ、電池運転時に電池が高温となった場合に、電極間でのリチウムイオンの移動を遮断する、シャットダウン機能を有する双極型二次電池を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a bipolar device having a shutdown function that suppresses thermal contraction of the separator due to heat adhesion during battery manufacture, and blocks lithium ion movement between electrodes when the battery becomes hot during battery operation. An object is to provide a type secondary battery.

本発明者らは、上記の問題を解決すべく、鋭意研究を行った。そして、微多孔膜である主材(従来のセパレータ)の、孔の表面を温度応答性高分子ゲルで被覆することにより、加熱接着時の熱収縮を抑制し、かつ、シャットダウン機能を有する双極型二次電池が得られることを見出し、本発明を完成させた。   The present inventors have intensively studied to solve the above problems. And, by covering the surface of the pores of the main material (conventional separator) which is a microporous film with a temperature-responsive polymer gel, the bipolar type has a shutdown function and suppresses thermal shrinkage during heat bonding The present inventors have found that a secondary battery can be obtained and completed the present invention.

すなわち、本発明の双極型二次電池は、双極型電極およびセパレータが積層されてなる発電要素を有する。双極型電極は、集電体と、集電体の一方の面に形成された正極活物質層と、集電体の他方の面に形成された負極活物質層とを有する。双極型電極およびセパレータの周縁部はシール部を介して接合されてなる。そして、セパレータは、樹脂を含む微多孔膜である主材と、温度応答性高分子ゲルとを含む。温度応答性高分子ゲルは、温度の上昇に伴い、膨潤状態から収縮状態へと相転移する、相転移温度を有する。シール部およびセパレータは、相転移温度以下での加熱により接着されてなる。   That is, the bipolar secondary battery of the present invention has a power generation element in which a bipolar electrode and a separator are stacked. The bipolar electrode includes a current collector, a positive electrode active material layer formed on one surface of the current collector, and a negative electrode active material layer formed on the other surface of the current collector. The peripheral part of a bipolar electrode and a separator is joined via a seal part. And a separator contains the main material which is a microporous film containing resin, and a temperature-responsive polymer gel. The temperature-responsive polymer gel has a phase transition temperature that undergoes a phase transition from a swollen state to a contracted state as the temperature rises. The seal part and the separator are bonded by heating at a temperature below the phase transition temperature.

本発明によると、セパレータとシール部との加熱接着時は、温度応答性高分子ゲルは相転移温度以下であることから、孔の表面上に膨潤状態で存在する。この際、セパレータが熱収縮しようとする応力が生じても、この孔表面に存在する膨潤状態の温度応答性高分子ゲルが該応力を緩和し、セパレータの熱収縮を効果的に抑えることができる。また、電池運転時に相転移温度以上に達した場合は、孔内で温度応答性高分子ゲルが収縮することによって孔が塞がれ、電極間でのリチウムイオンの移動を遮断することができる。したがって、セパレータの熱収縮に起因する内部短絡や電池の歪みを低減することができ、かつ、シャットダウン機能を有する、信頼性に優れた双極型電池を提供することができる。   According to the present invention, at the time of heat-bonding between the separator and the seal portion, the temperature-responsive polymer gel is in the swollen state on the surface of the pore because it is not higher than the phase transition temperature. At this time, even if a stress that causes thermal contraction of the separator occurs, the temperature-responsive polymer gel in a swollen state existing on the surface of the pores can relieve the stress and effectively suppress the thermal contraction of the separator. . Further, when the temperature reaches the phase transition temperature or higher during battery operation, the temperature-responsive polymer gel contracts in the pores to close the pores, thereby blocking the movement of lithium ions between the electrodes. Therefore, it is possible to provide a bipolar battery excellent in reliability that can reduce internal short circuit and battery distortion due to thermal contraction of the separator and has a shutdown function.

本発明の一実施形態である双極型リチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the overall structure of a bipolar lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る、ポリイミドを主材とするセパレータを模式的に表した断面概略図である。図2Aはセパレータの面方向の断面概略図であり、図2Bはセパレータの厚み方向の断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the separator which has a polyimide as the main material based on one Embodiment of this invention. 2A is a schematic cross-sectional view in the surface direction of the separator, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view in the thickness direction of the separator. 本発明の一実施形態に係る、ポリエチレンを主材とするセパレータを模式的に表した断面概略図である。図3Aはセパレータの面方向の断面概略図であり、図3Bはセパレータの厚み方向の断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the separator which uses polyethylene as the main material based on one Embodiment of this invention. 3A is a schematic cross-sectional view in the surface direction of the separator, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view in the thickness direction of the separator. 本発明の一実施形態である組電池を模式的に表した外観図であって、図4Aは組電池の平面図であり、図4Bは組電池の正面図であり、図4Cは組電池の側面図である。4A and 4B are external views schematically showing an assembled battery according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 4A is a plan view of the assembled battery, FIG. 4B is a front view of the assembled battery, and FIG. It is a side view. 本発明の双極型リチウムイオン二次電池または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 bipolar lithium ion secondary battery or assembled battery of this invention.

以下、本発明の好ましい形態を説明する。本形態は、双極型電極およびセパレータが積層されてなる発電要素を有する、双極型二次電池に関する。双極型電極は、集電体と、集電体の一方の面に形成された正極活物質層と、集電体の他方の面に形成された負極活物質層とを有する。双極型電極およびセパレータの周縁部はシール部を介して接合されてなる。そして、セパレータは、樹脂を含む微多孔膜である主材と、温度応答性高分子ゲルとを含む。温度応答性高分子ゲルは、温度の上昇に伴い、膨潤状態から収縮状態へと相転移する、相転移温度を有する。シール部およびセパレータは、相転移温度以下での加熱により接着されてなる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. The present embodiment relates to a bipolar secondary battery having a power generation element in which a bipolar electrode and a separator are laminated. The bipolar electrode includes a current collector, a positive electrode active material layer formed on one surface of the current collector, and a negative electrode active material layer formed on the other surface of the current collector. The peripheral part of a bipolar electrode and a separator is joined via a seal part. And a separator contains the main material which is a microporous film containing resin, and a temperature-responsive polymer gel. The temperature-responsive polymer gel has a phase transition temperature that undergoes a phase transition from a swollen state to a contracted state as the temperature rises. The seal part and the separator are bonded by heating at a temperature below the phase transition temperature.

以下、図面を参照しながら、本形態を説明するが、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, the present embodiment 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.

<双極型二次電池>
図1は、本発明の一実施形態である双極型二次電池の全体構造を模式的に表した断面図である。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フィルム29の内部に封止された構造を有する。
<Bipolar type secondary battery>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the overall structure of a bipolar secondary battery according to an embodiment of the present invention. 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 film 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、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23を有する。各双極型電極23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。なお、電解質層17は、基材としてのセパレータの面方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23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23および電解質層17が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23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, in the power generation element 21 of the bipolar secondary battery 10 of the present embodiment, a positive electrode active material layer 13 that is electrically coupled to one surface of the current collector 11 is formed. And a plurality of bipolar electrodes 23 having a negative electrode active material layer 15 electrically coupled to the opposite surface. Each bipolar electrode 23 is laminated via the electrolyte layer 17 to form the power generation element 21. The electrolyte layer 17 has a configuration in which an electrolyte is held at the center in the surface direction of a separator as a base material. At this time, the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23 face each other through the electrolyte layer 17. The bipolar electrodes 23 and the electrolyte layers 17 are alternately stacked. That is, the electrolyte layer 17 is interposed between the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23. ing.

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。したがって、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、単電池層19の外周部にはシール部(絶縁層)31が配置されている。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。ただし、正極側の最外層集電体11aの両面に正極活物質層13が形成されてもよい。同様に、負極側の最外層集電体11bの両面に負極活物質層15が形成されてもよい。   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. In addition, a seal portion (insulating layer) 31 is disposed on the outer peripheral portion of the unit cell layer 19. 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. However, the positive electrode active material layer 13 may be formed on both surfaces of the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side. Similarly, the negative electrode active material layer 15 may be formed on both surfaces of the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side.

さらに、図1に示す双極型二次電池10では、正極側の最外層集電体11aに隣接するように正極集電板25が配置され、これが延長されて電池外装材であるラミネートフィルム29から導出している。一方、負極側の最外層集電体11bに隣接するように負極集電板27が配置され、同様にこれが延長されて電池の外装であるラミネートフィルム29から導出している。   Further, in the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1, a positive electrode current collector plate 25 is disposed so as to be adjacent to the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side, and this is extended to form a laminate film 29 which is a battery exterior material. Derived. On the other hand, the negative electrode current collector plate 27 is disposed so as to be adjacent to the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side, and similarly, this is extended and led out from the laminate film 29 which is an exterior of the battery.

図1に示す双極型二次電池10においては、通常、各単電池層19の周囲にシール部31が設けられる。このシール部31は、電池内で隣り合う集電体11どうしが接触したり、発電要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。かようなシール部31の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の双極型二次電池10が提供されうる。なお、該シール部31は、集電体11の周縁部と、電解質層17中のセパレータとの間にシール材料を配置して、加熱接着することにより形成される。   In the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1, a seal portion 31 is usually provided around each single cell layer 19. The purpose of the seal portion 31 is to prevent the adjacent current collectors 11 in the battery from coming into contact with each other and a short circuit caused by a slight irregularity at the end of the unit cell layer 19 in the power generation element 21. Is provided. By installing such a seal portion 31, long-term reliability and safety are ensured, and a high-quality bipolar secondary battery 10 can be provided. The seal portion 31 is formed by placing a seal material between the peripheral portion of the current collector 11 and the separator in the electrolyte layer 17 and heat-bonding.

なお、単電池層19の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、双極型二次電池10では、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層19の積層回数を少なくしてもよい。双極型二次電池10でも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素21を電池外装材であるラミネートフィルム29に減圧封入し、正極集電板25および負極集電板27をラミネートフィルム29の外部に取り出した構造とするのがよい。以下、本形態の双極型二次電池の主な構成要素について説明する。   Note that the number of stacks of the unit cell layers 19 is adjusted according to a desired voltage. Further, in the bipolar secondary battery 10, the number of stacking of the single battery layers 19 may be reduced if a sufficient output can be secured even if the thickness of the battery is made as thin as possible. Even in the bipolar secondary battery 10, in order to prevent external impact and environmental degradation during use, the power generation element 21 is sealed under reduced pressure in a laminate film 29 that is a battery exterior material, and the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector 25. A structure in which the electric plate 27 is taken out of the laminate film 29 is preferable. Hereinafter, main components of the bipolar secondary battery of this embodiment will be described.

[双極型電極]
双極型電極は、集電体と、該集電体の表面に形成されてなる活物質層とを有する。より詳しくは、一つの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る。活物質層は正極活物質または負極活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
[Bipolar electrode]
The bipolar electrode has a current collector and an active material layer formed on the surface of the current collector. More specifically, a positive electrode active material layer is formed on one surface of one current collector, and a negative electrode active material layer is formed on the other surface. The active material layer includes a positive electrode active material or a negative electrode active material, and further includes other additives as necessary.

(集電体)
集電体は導電性材料から構成され、その両面に活物質層が配置されて電極を構成する。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。集電体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。
(Current collector)
The current collector is made of a conductive material, and active material layers are arranged on both sides thereof to constitute an electrode. 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. There is no particular limitation on the thickness of the current collector. The thickness of the current collector is usually about 1 to 100 μm.

集電体を構成する材料に特に制限はなく、例えば、金属や、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂が採用されうる。具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などが挙げられる。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 are no particular limitations on the material constituting the current collector, and for example, a metal or a resin in which a conductive filler is added to a conductive polymer material or a non-conductive polymer material may be employed. Specifically, examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, and copper. 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.

また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。   Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the current collector.

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE))、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、およびポリスチレン(PS)などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。   Examples of non-conductive polymer materials include polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE)), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide ( PI), polyamideimide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), Examples include polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), and polystyrene (PS). Such a non-conductive polymer material may have excellent potential resistance or solvent resistance.

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、およびKからなる群から選択される少なくとも1種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はないが、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5〜35質量%程度である。   A conductive filler may be added to the conductive polymer material or the non-conductive polymer material as necessary. In particular, when the resin used as the base material of the current collector is made of only a non-conductive polymer, a conductive filler is inevitably necessary to impart conductivity to the resin. The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a substance having conductivity. For example, metals, conductive carbon, etc. are mentioned as a material excellent in electroconductivity, electric potential resistance, or lithium ion barrier | blocking property. The metal is not particularly limited, but at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K, or these metals It is preferable to contain an alloy or metal oxide containing. The conductive carbon is not particularly limited, but is at least selected from the group consisting of acetylene black, vulcan, black pearl, carbon nanofiber, ketjen black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. It is preferable that 1 type is included. The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it is an amount capable of imparting sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 35% by mass.

(正極活物質層)
正極活物質層は正極活物質を含む。正極活物質は、放電時にイオンを吸蔵し、充電時にイオンを放出する組成を有する。好ましい一例としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物であるリチウム−遷移金属複合酸化物が挙げられる。具体的には、LiCoOなどのLi・Co系複合酸化物、LiNiOなどのLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMnなどのLi・Mn系複合酸化物、LiFeOなどのLi・Fe系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したものなどが使用できる。これらリチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル特性に優れ、低コストな材料である。そのためこれらの材料を電極に用いることにより、出力特性に優れた電池を形成することが可能である。この他、前記正極活物質としては、LiFePOなどの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物;V、MnO、TiS、MoS、MoOなどの遷移金属酸化物や硫化物;PbO、AgO、NiOOHなど、を用いることもできる。上記正極活物質は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material. The positive electrode active material has a composition that occludes ions during discharging and releases ions during charging. A preferable example is a lithium-transition metal composite oxide that is a composite oxide of a transition metal and lithium. Specifically, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, Li · Mn-based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4, Li · such LiFeO 2 Fe-based composite oxides and those obtained by replacing some of these transition metals with other elements can be used. These lithium-transition metal composite oxides are excellent in reactivity and cycle characteristics, and are low-cost materials. Therefore, it is possible to form a battery having excellent output characteristics by using these materials for electrodes. In addition, examples of the positive electrode active material include transition metal oxides such as LiFePO 4 and lithium phosphate compounds and sulfuric acid compounds; transition metal oxides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 , and sulfides. Materials; PbO 2 , AgO, NiOOH, etc. can also be used. The positive electrode active material may be used alone or in the form of a mixture of two or more.

正極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、正極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、正極活物質が2次粒子である場合には該2次粒子を構成する1次粒子の平均粒子径が10nm〜1μmの範囲であるのが望ましいといえるが、本発明では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、正極活物質が凝集、塊状などにより2次粒子化したものでなくても良いことはいうまでもない。かかる正極活物質の粒径および1次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径を使用できる。なお、正極活物質の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状(粉末状)、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。   The average particle diameter of the positive electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm, from the viewpoint of increasing the capacity, reactivity, and cycle durability of the positive electrode active material. Within such a range, the secondary battery can suppress an increase in the internal resistance of the battery during charging and discharging under high output conditions, and can extract a sufficient current. When the positive electrode active material is secondary particles, it can be said that the average particle diameter of the primary particles constituting the secondary particles is preferably in the range of 10 nm to 1 μm. It is not limited to. However, it goes without saying that, depending on the manufacturing method, the positive electrode active material may not be a secondary particle formed by aggregation, agglomeration, or the like. As the particle diameter of the positive electrode active material and the particle diameter of the primary particles, a median diameter obtained by using a laser diffraction method can be used. The shape of the positive electrode active material varies depending on the type and manufacturing method, and examples thereof include a spherical shape (powdered shape), a plate shape, a needle shape, a column shape, and a square shape, but are not limited thereto. Any shape can be used without any problems. Preferably, an optimal shape that can improve battery characteristics such as charge / discharge characteristics is appropriately selected.

(負極活物質層)
負極活物質層は負極活物質を含む。負極活物質は、放電時にイオンを放出し、充電時にイオンを吸蔵できる組成を有する。負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されないが、負極活物質の例としては、SiやSnなどの金属、あるいはTiO、Ti、TiO、もしくはSiO、SiO、SnOなどの金属酸化物、Li4/3Ti5/3もしくはLiMnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Li−Pb系合金、Li−Al系合金、Li、または天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが好ましく挙げられる。また、負極活物質は、リチウムと合金化する元素を含むことが好ましい。リチウムと合金化する元素を用いることにより、従来の炭素系材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量および優れた出力特性の電池を得ることが可能となる。上記負極活物質は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material. The negative electrode active material has a composition capable of releasing ions during discharge and storing ions during charging. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly store and release lithium. Examples of the negative electrode active material include metals such as Si and Sn, TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , or Metal oxides such as SiO 2 , SiO, SnO 2 , complex oxides of lithium and transition metals such as Li 4/3 Ti 5/3 O 4 or Li 7 MnN, Li—Pb alloys, Li—Al alloys , Li, or carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, or hard carbon. Moreover, it is preferable that a negative electrode active material contains the element alloyed with lithium. By using an element that forms an alloy with lithium, it is possible to obtain a battery having a high capacity and an excellent output characteristic having a higher energy density than that of a conventional carbon-based material. The negative electrode active material may be used alone or in the form of a mixture of two or more.

上記のリチウムと合金化する元素としては、以下に制限されることはないが、具体的には、Si、Ge、Sn、Pb、Al、In、Zn、H、Ca、Sr、Ba、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、C、N、Sb、Bi、O、S、Se、Te、Cl等が挙げられる。これらの中でも、容量およびエネルギー密度に優れた電池を構成できる観点から、炭素材料、ならびに/またはSi、Ge、Sn、Pb、Al、In、およびZnからなる群より選択される少なくとも1種以上の元素を含むことが好ましく、炭素材料、Si、またはSnの元素を含むことが特に好ましい。これらは1種単独で使用しても良いし、2種以上を併用してもよい。   The element alloying with lithium is not limited to the following, but specifically, Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Cl, and the like. Among these, from the viewpoint of configuring a battery having excellent capacity and energy density, at least one selected from the group consisting of carbon materials and / or Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, and Zn. It is preferable to include an element, and it is particularly preferable to include an element of a carbon material, Si, or Sn. These may be used alone or in combination of two or more.

なお、負極活物質の粒子径や形状は、特に制限されず、上述の正極活物質と同様の形態を取りうるので、ここでは詳細な説明を省略する。   Note that the particle diameter and shape of the negative electrode active material are not particularly limited, and can take the same form as the above-described positive electrode active material, and thus detailed description thereof is omitted here.

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

導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト等のカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF;登録商標)等の種々の炭素繊維、膨張黒鉛などが挙げられる。しかし、導電助剤がこれらに限定されないことはいうまでもない。   A conductive support agent means the additive mix | blended in order to improve the electroconductivity of an active material layer. Examples of the conductive aid include carbon powders such as acetylene black, carbon black, ketjen black, and graphite, various carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF; registered trademark), expanded graphite, and the like. However, it goes without saying that the conductive aid is not limited to these.

バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリイミド、PTFE、SBR、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。しかし、バインダがこれらに限定されないことはいうまでもない。また、バインダとゲル電解質として用いるマトリックスポリマーとが同じ場合には、バインダを使用する必要はない。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyimide, PTFE, SBR, and a synthetic rubber binder. However, it goes without saying that the binder is not limited to these. When the binder and the matrix polymer used as the gel electrolyte are the same, it is not necessary to use a binder.

活物質層に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。活物質層の厚さについても特に制限はなく、リチウムイオン二次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、活物質層の厚さは、好ましくは10〜100μm程度であり、より好ましくは20〜50μmである。活物質層が10μm程度以上であれば、電池容量が充分に確保されうる。一方、活物質層が100μm程度以下であれば、電極深部(集電体側)にリチウムイオンが拡散しにくくなることに伴う内部抵抗の増大という問題の発生が抑制されうる。   The compounding ratio of the components contained in the active material layer is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries. The thickness of the active material layer is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the lithium ion secondary battery can be appropriately referred to. As an example, the thickness of the active material layer is preferably about 10 to 100 μm, and more preferably 20 to 50 μm. If the active material layer is about 10 μm or more, the battery capacity can be sufficiently secured. On the other hand, if the active material layer is about 100 μm or less, it is possible to suppress the occurrence of the problem of an increase in internal resistance due to the difficulty in diffusing lithium ions in the electrode deep part (current collector side).

集電体表面上への正極活物質層(または負極活物質層)の形成方法は、特に制限されず、公知の方法が同様にして使用できる。例えば、上記したように、正極活物質(または負極活物質)、ならびに必要であれば、イオン伝導性を高めるための電解質塩、電子伝導性を高めるための導電助剤、およびバインダを、適当な溶剤に分散、溶解などして、正極活物質スラリー(または負極活物質スラリー)を調製する。これを集電体上に塗布、乾燥して溶剤を除去した後、プレスすることによって、正極活物質層(または負極活物質層)が集電体上に形成される。この際、溶剤としては、特に制限されないが、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、シクロヘキサン、ヘキサン、水などが用いられうる。バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を採用する場合には、NMPを溶媒として用いるとよい。   The method for forming the positive electrode active material layer (or the negative electrode active material layer) on the current collector surface is not particularly limited, and known methods can be used in the same manner. For example, as described above, a positive electrode active material (or a negative electrode active material) and, if necessary, an electrolyte salt for increasing ion conductivity, a conductive auxiliary agent for increasing electron conductivity, and a binder are appropriately used. A positive electrode active material slurry (or a negative electrode active material slurry) is prepared by dispersing and dissolving in a solvent. This is applied onto a current collector, dried to remove the solvent, and then pressed to form a positive electrode active material layer (or negative electrode active material layer) on the current collector. In this case, the solvent is not particularly limited, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide, cyclohexane, hexane, water and the like can be used. When adopting polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, NMP is preferably used as a solvent.

上記方法において、正極活物質スラリー(または負極活物質スラリー)を集電体上に塗布・乾燥した後、プレスする。この際、プレス条件を調節することにより、正極活物質層(または負極活物質層)の空隙率が制御されうる。   In the above method, the positive electrode active material slurry (or the negative electrode active material slurry) is applied onto the current collector, dried, and then pressed. At this time, the porosity of the positive electrode active material layer (or the negative electrode active material layer) can be controlled by adjusting the pressing conditions.

プレス処理の具体的な手段やプレス条件は特に制限されず、プレス処理後の正極活物質層(または負極活物質層)の空隙率が所望の値となるように、適宜調節されうる。プレス処理の具体的な形態としては、例えば、ホットプレス機やカレンダーロールプレス機などが挙げられる。また、プレス条件(温度、圧力など)も特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。   Specific means and press conditions for the press treatment are not particularly limited, and can be appropriately adjusted so that the porosity of the positive electrode active material layer (or the negative electrode active material layer) after the press treatment becomes a desired value. Specific examples of the press process include a hot press machine and a calendar roll press machine. Also, the pressing conditions (temperature, pressure, etc.) are not particularly limited, and conventionally known knowledge can be referred to as appropriate.

[電解質層]
電解質層は、電極間のリチウムイオンの移動媒体としての機能を有する。本形態の電解質層は、セパレータに液体電解質またはゲル電解質が保持されてなる。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer functions as a lithium ion transfer medium between the electrodes. The electrolyte layer of this embodiment is formed by holding a liquid electrolyte or a gel electrolyte on a separator.

(セパレータ)
本形態に係るセパレータは、樹脂を含む微多孔膜である主材と、温度応答性高分子ゲルとを含むことを特徴とする。
(Separator)
The separator according to the present embodiment includes a main material that is a microporous film containing a resin and a temperature-responsive polymer gel.

主材を構成する材料は樹脂を含むものであれば、特に制限はなく、従来のセパレータに使用されていた材料を適宜使用することができる。樹脂としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン、ポリイミド、アラミド、およびポリエステルなどが挙げられる。このうち、熱可塑性樹脂で融点が低いポリオレフィンなどは、電池が高温になった場合であっても比較的低温の段階でシャットダウンが起こるという点で優れている。一方、熱硬化性樹脂である、ポリイミドおよびアラミドなどは、耐熱性に優れるため、セパレータとシール部との加熱接着時に、より効果的に熱収縮を抑えることができる。これらの材料は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて使用しても構わない。2種以上の樹脂を組み合わせた例としては、PP/PE/PPの3層構造をした積層体が挙げられる。該形態では電池温度がPEの融点である130℃に達した場合に、シャットダウンが起こる。そして、万が一、シャットダウンの後も電池温度が上昇し続けても、PPの融点である170℃に達するまではメルトダウンが起こらないので、全面短絡にまで達するのを防ぐことができる。   If the material which comprises a main material contains resin, there will be no restriction | limiting in particular, The material used for the conventional separator can be used suitably. Examples of the resin include polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), polyimide, aramid, and polyester. Among these, a polyolefin having a low melting point as a thermoplastic resin is excellent in that shutdown occurs at a relatively low temperature stage even when the battery becomes high temperature. On the other hand, since polyimide, aramid, and the like, which are thermosetting resins, are excellent in heat resistance, thermal shrinkage can be more effectively suppressed during heat bonding between the separator and the seal portion. These materials may be used alone or in combination of two or more. An example of a combination of two or more resins includes a laminate having a three-layer structure of PP / PE / PP. In this mode, shutdown occurs when the battery temperature reaches 130 ° C., which is the melting point of PE. Even if the battery temperature continues to rise after shutdown, meltdown does not occur until the melting point of PP reaches 170 ° C., so that it is possible to prevent the entire surface from being short-circuited.

主材は、孔を有する微多孔膜の形態を有する。該孔は、主材の膜厚方向にのみ異方的に形成されているものが好ましく、これにより、電解質の漏れ出しを防ぐことができる。孔径は、特に制限はないが、最大で1μm以下(通常、十nm程度の孔径である)、その空孔率は20〜80%であることが好ましい。主材の膜厚も特に制限はないが、通常は5〜200μmであり、好ましくは10〜100μmである。   The main material has the form of a microporous membrane having pores. The holes are preferably formed anisotropically only in the direction of the thickness of the main material, thereby preventing electrolyte leakage. The pore diameter is not particularly limited, but is preferably 1 μm or less (usually a pore diameter of about 10 nm), and its porosity is preferably 20 to 80%. The thickness of the main material is not particularly limited, but is usually 5 to 200 μm, preferably 10 to 100 μm.

温度応答性高分子ゲルは、温度応答性高分子材料に、後述の電解質中に含まれる溶媒が浸透し、ゲル状態となったものである。本形態に係る温度応答性高分子ゲルは、低温から高温へと温度上昇する際に、相転移温度を境に、膨潤状態から収縮状態へと相転移する。この相転移は可逆的なものであって、高温から低温へと温度が低下する際も相転移温度を境に、収縮状態から膨潤状態へと相転移する。   The temperature-responsive polymer gel is a gel state in which a solvent contained in an electrolyte described later penetrates into a temperature-responsive polymer material. The temperature-responsive polymer gel according to this embodiment undergoes a phase transition from a swollen state to a contracted state at the phase transition temperature as the temperature rises from a low temperature to a high temperature. This phase transition is reversible, and even when the temperature decreases from a high temperature to a low temperature, the phase transition occurs from the contracted state to the swollen state at the phase transition temperature.

このような性質を有する温度応答性高分子材料としては、例えば、N−置換(メタ)アクリルアミドの重合体または共重合体、ポリエーテル類、およびアルキルセルロース等が知られており、これらを制限なく使用することができる。   As temperature-responsive polymer materials having such properties, for example, N-substituted (meth) acrylamide polymers or copolymers, polyethers, and alkyl celluloses are known, and these are not limited. Can be used.

N−置換(メタ)アクリルアミドとしては、例えば、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N−n−プロピル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N−シクロプロピル(メタ)アクリルアミド、N−t−ブチル(メタ)アクリルアミド、N,N−エチルメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−2−ヒドロキシエチル−N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−2−ヒドロキシエチル−N−エチル(メタ)アクリルアミド、N−2−ヒドロキシエチル−N−n−プロピル(メタ)アクリルアミド、N−2−ヒドロキシエチル−N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N−2−ヒドロキシエチル−N−t−ブチル(メタ)アクリルアミド、N−2−ヒドロキシエトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N−2−ヒドロキシエチル−1,1−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−2−メトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N−2−エトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N−3−メトキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N−3−エトキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N−3−イソプロポキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N−3−n−プロポキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N−n−ブトキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N−イソブトキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N−2−エチルヘキシルオキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N−3−(2−メトキシエトキシ)プロピル(メタ)アクリルアミド、N−フルフリル(メタ)アクリルアミド、N−テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリルアミド、N−1−メチル−2−メトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N−1−メトキシメチルプロピル(メタ)アクリルアミド、N−3−メチルチオプロピル(メタ)アクリルアミド、N−3−モルホリノプロピル(メタ)アクリルアミド、N−(2,2−ジメトキシエチル)−N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−(1,3−ジオキソラン−2−イルメチル)−N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−8−アクリロイル−1,4−ジオキサ−8−アザースピロ[4.5]デカン、N−アクリロイルモルホリン、N−アクリロイル−2,6−ジメチルモルホリン、N−2−メトキシエチル−N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−2−メトキシエチル−N−エチル(メタ)アクリルアミド、N−2−メトキシエチル−N−n−プロピル(メタ)アクリルアミド、N−2−メトキシエチル−N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N−2−メトキシエチル−N−t−ブチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジ(2−メトキシエチル)(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。   Examples of the N-substituted (meth) acrylamide include N-methyl (meth) acrylamide, N-ethyl (meth) acrylamide, Nn-propyl (meth) acrylamide, N-isopropyl (meth) acrylamide, and N-cyclopropyl. (Meth) acrylamide, Nt-butyl (meth) acrylamide, N, N-ethylmethyl (meth) acrylamide, N, N-diethyl (meth) acrylamide, N-2-hydroxyethyl-N-methyl (meth) acrylamide N-2-hydroxyethyl-N-ethyl (meth) acrylamide, N-2-hydroxyethyl-Nn-propyl (meth) acrylamide, N-2-hydroxyethyl-N-isopropyl (meth) acrylamide, N- 2-hydroxyethyl-Nt-butyl (meth) acryl Amide, N-2-hydroxyethoxyethyl (meth) acrylamide, N-2-hydroxyethyl-1,1-dimethyl (meth) acrylamide, N-2-methoxyethyl (meth) acrylamide, N-2-ethoxyethyl (meth) ) Acrylamide, N-3-methoxypropyl (meth) acrylamide, N-3-ethoxypropyl (meth) acrylamide, N-3-isopropoxypropyl (meth) acrylamide, N-3-n-propoxypropyl (meth) acrylamide, Nn-butoxypropyl (meth) acrylamide, N-isobutoxypropyl (meth) acrylamide, N-2-ethylhexyloxypropyl (meth) acrylamide, N-3- (2-methoxyethoxy) propyl (meth) acrylamide, N -Furfuryl (medium ) Acrylamide, N-tetrahydrofurfuryl (meth) acrylamide, N-1-methyl-2-methoxyethyl (meth) acrylamide, N-1-methoxymethylpropyl (meth) acrylamide, N-3-methylthiopropyl (meth) acrylamide , N-3-morpholinopropyl (meth) acrylamide, N- (2,2-dimethoxyethyl) -N-methyl (meth) acrylamide, N- (1,3-dioxolan-2-ylmethyl) -N-methyl (meta ) Acrylamide, N-8-acryloyl-1,4-dioxa-8-azaspiro [4.5] decane, N-acryloylmorpholine, N-acryloyl-2,6-dimethylmorpholine, N-2-methoxyethyl-N- Methyl (meth) acrylamide, N-2-methoxyethyl-N-eth Ru (meth) acrylamide, N-2-methoxyethyl-Nn-propyl (meth) acrylamide, N-2-methoxyethyl-N-isopropyl (meth) acrylamide, N-2-methoxyethyl-Nt-butyl (Meth) acrylamide, N, N-di (2-methoxyethyl) (meth) acrylamide and the like can be mentioned.

ポリエーテル類としては、例えば、プルロニック(登録商標)や、テトロニック(登録商標)等のポリエチレンオキシドおよびポリプロピレンオキシドを含むブロック共重合体が挙げられる。   Examples of the polyethers include block copolymers containing polyethylene oxide and polypropylene oxide such as Pluronic (registered trademark) and Tetronic (registered trademark).

アルキルセルロースとしては、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース等が挙げられる。   Examples of the alkyl cellulose include methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, and hydroxyethyl methyl cellulose.

このような温度応答性高分子材料のうち、相転移温度を60〜120℃に有するものが好ましく、80〜100℃に有するものがより好ましい。かような範囲に相転移温度を有する化合物としては、ポリ(N−エチルアクリルアミド)、ポリ(N−エチルメタクリルアミド)、およびポリ(N,N−ジエチルアクリルアミド)が挙げられる。   Among such temperature-responsive polymer materials, those having a phase transition temperature of 60 to 120 ° C are preferable, and those having a phase transition temperature of 80 to 100 ° C are more preferable. Examples of the compound having a phase transition temperature in such a range include poly (N-ethylacrylamide), poly (N-ethylmethacrylamide), and poly (N, N-diethylacrylamide).

温度応答性高分子材料の数平均分子量は、該温度応答性高分子材料が所望の温度範囲に相転移温度を有する限りにおいては、特に制限はないが、一般的には、3000〜25000であり、好ましくは8000〜15000である。なお、温度応答性高分子材料は、分子量が大きくなるにつれて、相転移温度が低下する。よって、同じモノマーからなる重合体であっても、重合時間をより長く、反応溶液の濃度をより高くすることによって、より、相転移温度が高い温度応答性高分子材料を得ることができる。   The number average molecular weight of the temperature-responsive polymer material is not particularly limited as long as the temperature-responsive polymer material has a phase transition temperature in a desired temperature range, but is generally 3000 to 25000. , Preferably 8000 to 15000. In the temperature-responsive polymer material, the phase transition temperature decreases as the molecular weight increases. Therefore, a temperature-responsive polymer material having a higher phase transition temperature can be obtained even by using a polymer composed of the same monomer by increasing the polymerization time and increasing the concentration of the reaction solution.

本形態に係るセパレータの好ましい形態を図2および図3に示す。図2は、ポリイミドを主材とするセパレータを模式的に表した断面概略図である。図3は、ポリエチレンを主材とするセパレータを模式的に表した断面概略図である。図2Aおよび図3Aはセパレータの面方向の断面概略図を表し、図2Bおよび図3Bはセパレータの厚み方向の断面概略図を表す。   The preferable form of the separator which concerns on this form is shown in FIG. 2 and FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing a separator mainly composed of polyimide. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing a separator mainly made of polyethylene. 2A and 3A represent cross-sectional schematic views in the plane direction of the separator, and FIGS. 2B and 3B represent cross-sectional schematic views in the thickness direction of the separator.

図2によると、セパレータ50iは、ポリイミドからなる主材51iの孔の表面にポリ(N−エチルアクリルアミド)からなる温度応答性高分子ゲル53iが被覆されてなる。低温下(110℃)では、温度応答性高分子ゲル53iは膨潤状態となっているので、孔の表面を、広範囲に亘って覆っている。そして、相転移温度を超えて高温(130℃)になると、温度応答性高分子ゲル53iは収縮状態となる。これにより、孔の表面に広がっていた温度応答性高分子ゲル53iは凝集し、孔が塞がれる。ポリイミドは熱収縮しにくい材料であることから、孔の収縮は小さい。よって、主材51iのみでは、高温下においてもシャットダウン機能は働かないが、温度応答性高分子ゲルを孔内に存在させることによって、シャットダウン機能を発現させることができる。   According to FIG. 2, the separator 50i is formed by coating the surface of the hole of the main material 51i made of polyimide with a temperature-responsive polymer gel 53i made of poly (N-ethylacrylamide). Under a low temperature (110 ° C.), the temperature-responsive polymer gel 53i is in a swollen state, and thus covers the surface of the hole over a wide range. And if it exceeds a phase transition temperature and becomes high temperature (130 degreeC), the temperature-responsive polymer gel 53i will be in a contracted state. As a result, the temperature-responsive polymer gel 53i that has spread on the surface of the pores aggregates to close the pores. Since polyimide is a material that does not easily heat shrink, the shrinkage of the holes is small. Therefore, the main material 51i alone does not function as a shutdown function even at high temperatures, but the shutdown function can be exhibited by allowing the temperature-responsive polymer gel to be present in the pores.

一方、図3によると、セパレータ50eは、ポリエチレンからなる主材51eの孔の表面にポリ(N−エチルアクリルアミド)からなる温度応答性高分子ゲル53eが被覆されてなる。低温下(110℃)では、温度応答性高分子ゲル53eは膨潤状態となっているので、孔の表面を、広範囲に亘って覆っている。ポリエチレンは比較的低温(130℃)に融点を持つ熱可塑性樹脂であるため、100℃付近まで温度が上昇すると、主材51eの一部が溶融し、孔が収縮し始める。しかしながら、ポリ(N−エチルアクリルアミド)の相転移温度は120℃であることから、110℃の時点では温度応答性高分子ゲル53eは膨潤状態を維持している。よって、ポリエチレンからなる孔が収縮し、セパレータ50e全体が収縮しようとする応力を緩和することができる。さらに温度が上昇し、相転移温度を超えて高温(130℃)になると、主材51eの溶融が進むとともに、温度応答性高分子ゲル53eは収縮状態となる。そして、主材51eの溶融および温度応答性高分子ゲル53eの凝集によって孔が塞がれる。   On the other hand, according to FIG. 3, the separator 50e is formed by coating the surface of the hole of the main material 51e made of polyethylene with a temperature-responsive polymer gel 53e made of poly (N-ethylacrylamide). Under a low temperature (110 ° C.), the temperature-responsive polymer gel 53e is in a swollen state, and thus covers the surface of the hole over a wide range. Since polyethylene is a thermoplastic resin having a melting point at a relatively low temperature (130 ° C.), when the temperature rises to around 100 ° C., a part of the main material 51e melts and the holes start to shrink. However, since the phase transition temperature of poly (N-ethylacrylamide) is 120 ° C., the temperature-responsive polymer gel 53e maintains a swollen state at 110 ° C. Therefore, the hole made of polyethylene contracts, and the stress that the entire separator 50e tends to contract can be relaxed. When the temperature further rises and exceeds the phase transition temperature and reaches a high temperature (130 ° C.), the melting of the main material 51e proceeds and the temperature-responsive polymer gel 53e enters a contracted state. Then, the holes are closed by melting of the main material 51e and aggregation of the temperature-responsive polymer gel 53e.

図2および図3の形態のように、本形態の双極型二次電池は、シール部およびセパレータが、温度応答性高分子ゲルの相転移温度以下での加熱により接着されてなる。この際の接着温度は、好ましくは、相転移温度よりも10℃以上低いことが好ましい。これにより、電池製造時のセパレータの熱収縮を、効果的に抑えることができる。なお、本明細書において、接着温度はホットプレス機の値を採用する。   As shown in FIGS. 2 and 3, the bipolar secondary battery of this embodiment is formed by bonding the seal portion and the separator by heating at or below the phase transition temperature of the temperature-responsive polymer gel. The adhesion temperature at this time is preferably 10 ° C. or more lower than the phase transition temperature. Thereby, the thermal contraction of the separator at the time of battery manufacture can be suppressed effectively. In this specification, the value of the hot press is used as the bonding temperature.

また、図2および図3の形態のように、主材の孔の表面に、温度応答性高分子ゲルが被覆されてなる形態を有することによって、セパレータとシール部とを加熱により接着するので、セパレータの収縮を効果的に抑制することができる。また、電池が高温になった場合には、シャットダウン機能が良好に発現しうる。さらにこれらの効果を顕著なものとするためには、温度応答性高分子ゲルは、孔の表面積全体の60〜90%を被覆していることが好ましく、70〜85%を被覆していることがより好ましい。なお、本明細書において、孔の表面における温度応答性高分子ゲルの被覆面積は、中和滴定によって測定された値を採用する。温度応答性高分子材料がポリ(N−置換(メタ)アクリルアミド)からなる場合は、具体的には以下の方法により求めることができる。まず、温度応答性高分子ゲルの被覆面積を変化させたセパレータサンプルを作製する。被覆面積は、後述の実施例のように、重合時間を変化することによって調節することができる。次に、この各セパレータサンプルの温度応答性高分子ゲルに含まれるアミド結合を規定の水酸化ナトリウムで加水分解する。そして、これを規定の塩酸で滴定し、滴定量を求める。得られた結果を、被覆面積を縦軸、滴定量を横軸にプロットし、検量線を作成する。そして、未知のセパレータサンプルの滴定量から、被覆面積を求める。
また、主材に含まれる樹脂の全質量に対する温度応答性材料の質量割合は、40〜70質量%であることが好ましく、50〜60質量%であることがより好ましい。
Moreover, since the surface and the surface of the hole of the main material are coated with the temperature-responsive polymer gel, as shown in FIGS. 2 and 3, the separator and the seal portion are bonded by heating. Shrinkage of the separator can be effectively suppressed. Further, when the battery becomes high temperature, the shutdown function can be satisfactorily exhibited. Furthermore, in order to make these effects remarkable, it is preferable that the temperature-responsive polymer gel covers 60 to 90% of the entire surface area of the pores, and 70 to 85%. Is more preferable. In the present specification, the value measured by neutralization titration is used as the coating area of the temperature-responsive polymer gel on the surface of the hole. When the temperature-responsive polymer material is made of poly (N-substituted (meth) acrylamide), specifically, it can be determined by the following method. First, a separator sample in which the coating area of the temperature-responsive polymer gel is changed is prepared. The covering area can be adjusted by changing the polymerization time as in the examples described later. Next, the amide bond contained in the temperature-responsive polymer gel of each separator sample is hydrolyzed with prescribed sodium hydroxide. Then, this is titrated with a prescribed hydrochloric acid to obtain a titer. The obtained results are plotted on the vertical axis and the titration amount on the horizontal axis, and a calibration curve is created. And a coating area is calculated | required from the titration amount of an unknown separator sample.
Moreover, it is preferable that the mass ratio of the temperature-responsive material with respect to the total mass of resin contained in the main material is 40-70 mass%, and it is more preferable that it is 50-60 mass%.

孔表面に温度応答性高分子ゲルを被覆する方法としては、特に制限はないが、温度応答性高分子材料の原料となるモノマーの溶液をセパレータの孔に被覆し、重合する方法が挙げられる。得られたセパレータを電解質に浸すことによって、電解質中の溶媒が温度応答性高分子材料に浸透し、膨潤状態の温度応答性高分子ゲルとなる。また、他の方法としては、予め重合した温度応答性高分子材料(粉末状)を真空含浸法によって孔に塗布した後、電解質に浸してゲルとする方法が挙げられる。   The method for coating the surface of the pores with the temperature-responsive polymer gel is not particularly limited, and examples thereof include a method in which the pores of the separator are coated with a monomer solution that is a raw material for the temperature-responsive polymer material. By immersing the obtained separator in the electrolyte, the solvent in the electrolyte penetrates into the temperature-responsive polymer material, and becomes a temperature-responsive polymer gel in a swollen state. As another method, there is a method in which a temperature-responsive polymer material (powder) polymerized in advance is applied to the holes by a vacuum impregnation method and then immersed in an electrolyte to form a gel.

(電解質)
電解質層を構成する電解質に特に制限はなく、液体電解質およびゲル電解質を適宜用いることができる。
(Electrolytes)
There is no restriction | limiting in particular in the electrolyte which comprises an electrolyte layer, A liquid electrolyte and a gel electrolyte can be used suitably.

液体電解質は、溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解したものである。溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、プロピオン酸メチル(MP)、酢酸メチル(MA)、ギ酸メチル(MF)、4−メチルジオキソラン(4MeDOL)、ジオキソラン(DOL)、2−メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)、テトラヒドロフラン(THF)、ジメトキシエタン(DME)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、およびγ−ブチロラクトン(GBL)などが挙げられる。これらの溶媒は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせた混合物として使用してもよい。   The liquid electrolyte is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in a solvent. Examples of the solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propionate (MP), methyl acetate (MA), and methyl formate (MF). 4-methyldioxolane (4MeDOL), dioxolane (DOL), 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF), tetrahydrofuran (THF), dimethoxyethane (DME), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC) , And γ-butyrolactone (GBL). These solvents may be used alone or as a mixture of two or more.

また、支持塩(リチウム塩)としては、特に制限はないが、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiSbF、LiAlCl、Li10Cl10、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF、LiSCN等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、LiBOB(リチウムビスオキサイドボレート)、LiBETI(リチウムビス(パーフルオロエチレンスルホニルイミド);Li(CSONとも記載)等の有機酸陰イオン塩などが挙げられる。これらの電解質塩は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。 As the supporting salt (lithium salt) is not particularly limited, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10, LiI, LiBr, LiCl Inorganic acid anion salts such as LiAlCl, LiHF 2 and LiSCN, LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiBOB (lithium bisoxide borate), LiBETI (lithium bis (perfluoroethylenesulfonylimide); And organic acid anion salts such as Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N). These electrolyte salts may be used alone or in the form of a mixture of two or more.

一方、ゲル電解質は、リチウムイオン伝導性を有す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。リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー(PEO)、ポリプロピレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー(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の共重合体(PVdF−HFP)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリ(メチルアクリレート)(PMA)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)などが挙げられる。また、上記のポリマー等の混合物、変成体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体なども使用できる。これらのうち、PEO、PPOおよびそれらの共重合体、PVdF、PVdF−HFPを用いることが望ましい。かようなマトリックスポリマーには、リチウム塩等の電解質塩がよく溶解しうる。   On the other hand, the gel electrolyte has a configuration in which the above liquid electrolyte is injected into a matrix polymer having lithium ion conductivity. Examples of the matrix polymer having lithium ion conductivity include a polymer having polyethylene oxide in the main chain or side chain (PEO), a polymer having polypropylene oxide in the main chain or side chain (PPO), polyethylene glycol (PEG), poly Acrylonitrile (PAN), polymethacrylic acid ester, polyvinylidene fluoride (PVdF), copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVdF-HFP), polyacrylonitrile (PAN), poly (methyl acrylate) (PMA), poly (Methyl methacrylate) (PMMA) etc. are mentioned. In addition, mixtures of the above-described polymers, modified products, derivatives, random copolymers, alternating copolymers, graft copolymers, block copolymers, and the like can also be used. Among these, it is desirable to use PEO, PPO and their copolymers, PVdF, PVdF-HFP. In such a matrix polymer, an electrolyte salt such as a lithium salt can be well dissolved.

ゲル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揮しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合などの重合処理を施せばよい。なお、上記電解質は、電極の活物質層中に含まれていてもよい。   The matrix polymer of gel electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte, using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed. In addition, the said electrolyte may be contained in the active material layer of an electrode.

[シール部]
シール部(絶縁層)は、集電体同士の接触や単電池層の端部における短絡を防止する機能を有する。シール部を構成する材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性等を有するものであればよい。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴム、ナイロン樹脂等が用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性等の観点から、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、およびアクリル樹脂が、シール部の構成材料として好ましく用いられる。
[Seal part]
The seal portion (insulating layer) has a function of preventing contact between current collectors and a short circuit at the end of the single cell layer. As a material constituting the seal portion, any material having insulating properties, sealability against falling off of solid electrolyte, sealability against moisture permeation from the outside (sealing property), heat resistance under battery operating temperature, etc. Good. For example, acrylic resin, urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber, nylon resin, etc. can be used. Among these, polyethylene resin, polypropylene resin, and acrylic resin are preferably used as the constituent material of the seal portion from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming property), economy, and 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ほか、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。本形態では、高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用等の大型機器用電池に好適に利用することができるラミネートフィルムが望ましい。
[Battery exterior materials]
As the battery exterior material, a conventionally known metal can case can be used, and a bag-like case using a laminate film containing aluminum that can cover the power generation element can be used. For example, a laminate film having a three-layer structure in which polypropylene, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used as the laminate film, but the laminate film is not limited thereto. In this embodiment, a laminate film that is excellent in high output and cooling performance and can be suitably used for a battery for large equipment such as for EV and HEV is desirable.

<組電池>
本形態の複数の双極型二次電池を直列または並列に電気的に接続することによって組電池とすることができる。このように、複数の電池を直列または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。
<Battery assembly>
An assembled battery can be obtained by electrically connecting a plurality of bipolar secondary batteries of this embodiment in series or in parallel. Thus, it becomes possible to adjust a capacity | capacitance and a voltage freely by parallelizing a some battery in series or in parallel.

図4は、本発明に係る組電池の代表的な実施形態の外観図であって、図4Aは組電池の平面図であり、図4Bは組電池の正面図であり、図4Cは組電池の側面図である。   4 is an external view of a typical embodiment of the assembled battery according to the present invention, FIG. 4A is a plan view of the assembled battery, FIG. 4B is a front view of the assembled battery, and FIG. 4C is an assembled battery. FIG.

図3に示すように、本形態に係る組電池300は、本形態の双極型二次電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池250を形成している。この装脱着可能な小型の組電池250をさらに複数、直列にまたは並列に接続して、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適した大容量、大出力を持つ組電池300を形成することもできる。図4Aは、組電池の平面図、図4Aは正面図、図4Cは側面図を示しているが、作成した装脱着可能な小型の組電池250は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池250は接続治具310を用いて複数段積層される。何個の双極型二次電池を接続して組電池250を作製するか、また、何段の組電池250を積層して組電池300を作製するかは、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。   As shown in FIG. 3, the assembled battery 300 according to the present embodiment forms a small assembled battery 250 that can be attached and detached by connecting a plurality of bipolar secondary batteries of the present embodiment in series or in parallel. A large capacity and large output suitable for a vehicle driving power source and an auxiliary power source that require a high volume energy density and a high volume output density by connecting a plurality of these detachable small assembled batteries 250 in series or in parallel. It is also possible to form an assembled battery 300 having 4A is a plan view of the assembled battery, FIG. 4A is a front view, and FIG. 4C is a side view. The small assembled battery 250 that can be attached / detached has an electrical connection means such as a bus bar. The assembled battery 250 is stacked in a plurality of stages using the connection jig 310. How many bipolar secondary batteries are connected to produce the assembled battery 250, and how many assembled batteries 250 are laminated to produce the assembled battery 300 depends on the vehicle (electric vehicle) to be mounted. It may be determined according to the battery capacity and output.

<車両>
本形態の車両は、本形態のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を搭載したことを特徴とするものである。本形態では、長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。言い換えれば、本形態のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池は、車両の駆動用電源として用いられうる。本形態のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両、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)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。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、例えば、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 vehicle according to the present embodiment is characterized by mounting the lithium ion battery according to the present embodiment or a combination battery formed by combining a plurality of these. In this embodiment, since a battery having a long life and excellent long-term reliability and output characteristics can be configured, it is possible to configure a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV travel distance and an electric vehicle having a long charge travel distance when such a battery is mounted. . In other words, the lithium ion battery of this embodiment or an assembled battery formed by combining a plurality of these can be used as a power source for driving a vehicle. The lithium ion battery of the present embodiment or a combination battery formed by combining a plurality of these is a vehicle, for example, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle (for automobiles, all four-wheel vehicles (passenger cars, trucks, buses and other commercial vehicles, This is because it can be used for motorcycles (including motorcycles) and tricycles (in addition to mini vehicles, etc.) to provide a long-life and highly reliable vehicle. However, the application is not limited to automobiles. For example, it can be applied to various power sources for moving vehicles such as other vehicles, for example, trains, and power sources for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use as.

図5は、本形態の組電池を搭載した車両の概念図である。図5に示すように、組電池300を電気自動車400のような車両に搭載するには、電気自動車400の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池300を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池300を用いた電気自動車400は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。本形態の組電池を搭載した車両としては、図5に示すような電気自動車のほか、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに幅広く適用できるものである。   FIG. 5 is a conceptual diagram of a vehicle equipped with the assembled battery of this embodiment. As shown in FIG. 5, in order to mount the assembled battery 300 on a vehicle such as the electric vehicle 400, the battery pack 300 is mounted under the seat at the center of the vehicle body of the electric vehicle 400. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery 300 is mounted is not limited to the position under the seat, but may be a lower part of the rear trunk room or an engine room in front of the vehicle. The electric vehicle 400 using the assembled battery 300 as described above has high durability and can provide sufficient output even when used for a long period of time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and running performance. A vehicle equipped with the assembled battery of this embodiment can be widely applied to a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle and the like in addition to an electric vehicle as shown in FIG.

[実施例1]
<電解質の調製>
プロピレンカーボネート(PC)とエチレンカーボネート(EC)とを1:1(体積比)で混合したPC−EC混合溶媒に、リチウム塩であるLiPFを1.0Mの濃度で溶解し、電解液を調製した。得られた電解液を90質量%、ホストポリマーとして、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)およびポリフッ化ビニリデン(PVDF)の混合物(HFP:PVDF=90:10(質量比))を10質量%、粘度調整溶媒として適量のジメチルカーボネート(DMC)を混合し、電解質を調整した。
[Example 1]
<Preparation of electrolyte>
LiPF 6 as a lithium salt is dissolved at a concentration of 1.0 M in a PC-EC mixed solvent in which propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC) are mixed at 1: 1 (volume ratio) to prepare an electrolytic solution. did. 90% by mass of the obtained electrolytic solution, 10% by mass of a mixture of hexafluoropropylene (HFP) and polyvinylidene fluoride (PVDF) (HFP: PVDF = 90: 10 (mass ratio)) as a host polymer, viscosity adjusting solvent A suitable amount of dimethyl carbonate (DMC) was mixed to prepare an electrolyte.

<双極型電極の作製>
正極活物質としてLiMnを85質量%、導電助剤としてアセチレンブラックを5質量%、バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を10質量%、および粘度調整溶媒として適量のN−メチルピロリドン(NMP)を混合し、正極活物質スラリーを調製した。
<Production of bipolar electrode>
85% by mass of LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, 5% by mass of acetylene black as a conductive additive, 10% by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone (NMP) as a viscosity adjusting solvent ) To prepare a positive electrode active material slurry.

負極活物質としてハードカーボンを90質量%、バインダとしてPVDFを10質量%、および粘度調整溶媒としてNMPを混合し、負極活物質スラリーを調製した。   90% by mass of hard carbon as a negative electrode active material, 10% by mass of PVDF as a binder, and NMP as a viscosity adjusting solvent were mixed to prepare a negative electrode active material slurry.

集電体として、ステンレス鋼(SUS)を準備した。そして、調製した正極活物質スラリーを集電体の一方の面に塗布し、乾燥させた。また、集電体の他方の面に負極活物質スラリーを塗布し、乾燥させた。これをプレスすることによって、集電体の一方の面に正極活物質層(厚さ36μm)を、他方の面に負極活物質層(厚さ30μm)が形成された積層体を得た。   Stainless steel (SUS) was prepared as a current collector. Then, the prepared positive electrode active material slurry was applied to one surface of the current collector and dried. Moreover, the negative electrode active material slurry was apply | coated to the other surface of the electrical power collector, and it was made to dry. By pressing this, a laminate in which a positive electrode active material layer (thickness: 36 μm) was formed on one surface of the current collector and a negative electrode active material layer (thickness: 30 μm) was formed on the other surface was obtained.

得られた正極活物質層・集電体・負極活物質層の積層体を450×300(mm)の大きさに切り取り、外縁から20mmの外周部に形成された正極活物質層および負極活物質層を剥がし取ることにより、集電体である導電性を有する樹脂層表面を露出した。そして、正極活物質層および負極活物質層に上記で得られた電解質を塗布し、DMCを乾燥させることで、ゲル電解質が染み込んだ双極型電極を作製した。   The obtained positive electrode active material layer / current collector / negative electrode active material layer laminate was cut into a size of 450 × 300 (mm) and formed on the outer periphery of 20 mm from the outer edge and the positive electrode active material layer and the negative electrode active material By peeling off the layer, the surface of the conductive resin layer as a current collector was exposed. And the electrolyte obtained above was apply | coated to the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, and the bipolar electrode which the gel electrolyte was infiltrated was produced by drying DMC.

<セパレータの作製>
温度応答性高分子材料の原料となるモノマーとしてN−エチルメタクリルアミドを90質量部、および架橋剤としてN,N’−メチレンビスアクリルアミドを7質量、を水に溶解し、該溶液にポリイミドからなるセパレータ主材(厚さ:20μm、平均孔径:70nm、空孔率:60%)を含浸し、引き上げた。このセパレータをパラフィンオイル中に浸し、窒素ガスで置換した。そして、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル3質量部を添加し、攪拌しながら室温で3時間重合することによって、主材に温度応答性高分子材料が被覆されてなるセパレータを作製した。
<Preparation of separator>
90 parts by mass of N-ethylmethacrylamide as a monomer used as a raw material for the temperature-responsive polymer material and 7 parts by mass of N, N′-methylenebisacrylamide as a crosslinking agent are dissolved in water, and the solution is made of polyimide. The separator main material (thickness: 20 μm, average pore diameter: 70 nm, porosity: 60%) was impregnated and pulled up. This separator was immersed in paraffin oil and replaced with nitrogen gas. Then, 3 parts by mass of azobisisobutyronitrile was added as an initiator, and polymerization was carried out at room temperature for 3 hours while stirring to produce a separator in which the main material was coated with a temperature-responsive polymer material.

<双極型二次電池の作製>
上記で得られた双極型電極の、正極活物質層が形成された面の集電体露出部分の4辺に、12mm幅のシール部(アクリル樹脂)を配置した。次に、上記で得られた435×285(mm)のセパレータを正極活物質層が形成された側の双極型電極が覆われるように配置した。その後、集電体露出部分に対応するセパレータ上にシール部(アクリル樹脂)を配置し、その上から、双極型電極の負極面を重ねた。かようにして、双極型電極(負極活物質層・集電体・正極活物質層)・セパレータ・双極型電極(負極活物質層・集電体・正極活物質層)・・・セパレータ・双極型電極(負極活物質層・集電体・正極活物質層)、の順番で、双極型電極6枚をセパレータを介して積層した。そして、シール部を上下からプレス(0.2MPa、160℃、5秒間)して集電体、シール部、セパレータを融着した。
<Production of bipolar secondary battery>
12 mm wide seal portions (acrylic resin) were disposed on the four sides of the current collector exposed portion of the surface of the bipolar electrode obtained above where the positive electrode active material layer was formed. Next, the 435 × 285 (mm) separator obtained above was disposed so as to cover the bipolar electrode on the side where the positive electrode active material layer was formed. Thereafter, a seal portion (acrylic resin) was disposed on the separator corresponding to the exposed portion of the current collector, and the negative electrode surface of the bipolar electrode was stacked thereon. Thus, bipolar electrode (negative electrode active material layer / current collector / positive electrode active material layer) / separator / bipolar electrode (negative electrode active material layer / current collector / positive electrode active material layer)... Separator / bipolar Six bipolar electrodes were laminated via a separator in the order of the type electrode (negative electrode active material layer / current collector / positive electrode active material layer). The seal part was pressed from above and below (0.2 MPa, 160 ° C., 5 seconds) to fuse the current collector, seal part, and separator.

得られた発電要素を電流取り出し用のアルミタブ(130mm×80mm、厚さ100μm)で挟み、外装材としてアルミラミネートフィルムを用いて真空密封した。これを、熱プレス機を用いて面圧1kg/cmで1時間熱プレスすることにより、未硬化のシール部を硬化し、双極型二次電池を完成させた。なお、熱プレス温度(接着温度)は、下記表1に示すとおりである。 The obtained power generation element was sandwiched between aluminum tabs for current extraction (130 mm × 80 mm, thickness 100 μm), and vacuum sealed using an aluminum laminate film as an exterior material. This was hot-pressed at a surface pressure of 1 kg / cm 2 for 1 hour using a hot press machine to cure the uncured seal portion and complete a bipolar secondary battery. The hot press temperature (adhesion temperature) is as shown in Table 1 below.

[実施例2]
<セパレータの作製>において、重合時間を4.5時間としたことを除いては、実施例1と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 2]
In <Preparation of Separator>, a separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polymerization time was 4.5 hours.

[実施例3]
<セパレータの作製>において、重合時間を6時間としたことを除いては、実施例1と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 3]
In <Preparation of Separator>, a separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polymerization time was 6 hours.

[実施例4]
<セパレータの作製>において、温度応答性高分子材料の原料となるモノマーをN−エチルアクリルアミドとしたことを除いては、実施例1と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 4]
In <Preparation of Separator>, a separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that N-ethylacrylamide was used as a monomer as a raw material for the temperature-responsive polymer material.

[実施例5]
<セパレータの作製>において、重合時間を4.5時間としたことを除いては、実施例4と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 5]
In <Production of Separator>, a separator was produced in the same manner as in Example 4 except that the polymerization time was 4.5 hours.

[実施例6]
<セパレータの作製>において、重合時間を6時間としたことを除いては、実施例4と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 6]
In <Preparation of Separator>, a separator was prepared in the same manner as in Example 4 except that the polymerization time was 6 hours.

[実施例7]
<セパレータの作製>において、アラミドからなるセパレータ主材(厚さ:20μm、平均孔径:70nm、空孔率:60%)を用いたことを除いては、実施例1と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 7]
<Manufacture of separator> In the same manner as in Example 1, except that a separator main material (thickness: 20 μm, average pore diameter: 70 nm, porosity: 60%) made of aramid was used. Produced.

[実施例8]
<セパレータの作製>において、重合時間を4.5時間としたことを除いては、実施例7と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 8]
In <Preparation of Separator>, a separator was prepared in the same manner as in Example 7 except that the polymerization time was 4.5 hours.

[実施例9]
<セパレータの作製>において、重合時間を6時間としたことを除いては、実施例7と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 9]
In <Preparation of Separator>, a separator was prepared in the same manner as in Example 7 except that the polymerization time was 6 hours.

[実施例10]
<セパレータの作製>において、温度応答性高分子材料の原料となるモノマーをN−エチルアクリルアミドとしたことを除いては、実施例7と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 10]
In <Preparation of Separator>, a separator was prepared in the same manner as in Example 7 except that N-ethylacrylamide was used as a monomer as a raw material for the temperature-responsive polymer material.

[実施例11]
<セパレータの作製>において、重合時間を4.5時間としたことを除いては、実施例7と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 11]
In <Preparation of Separator>, a separator was prepared in the same manner as in Example 7 except that the polymerization time was 4.5 hours.

[実施例12]
<セパレータの作製>において、重合時間を6時間としたことを除いては、実施例7と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 12]
In <Preparation of Separator>, a separator was prepared in the same manner as in Example 7 except that the polymerization time was 6 hours.

[実施例13]
<セパレータの作製>において、ポリエチレン(PE)からなるセパレータ主材(厚さ:20μm、平均孔径:70nm、空孔率:60%)を用いたことを除いては、実施例1と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 13]
In <Preparation of Separator>, the same method as in Example 1 except that a separator main material made of polyethylene (PE) (thickness: 20 μm, average pore diameter: 70 nm, porosity: 60%) was used. A separator was prepared.

[実施例14]
<セパレータの作製>において、ポリエチレン(PE)からなるセパレータ主材(厚さ:20μm、平均孔径:70nm、空孔率:60%)を用いたことを除いては、実施例1と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 14]
In <Preparation of Separator>, the same method as in Example 1 except that a separator main material made of polyethylene (PE) (thickness: 20 μm, average pore diameter: 70 nm, porosity: 60%) was used. A separator was prepared.

[実施例15]
<セパレータの作製>において、温度応答性高分子材料の原料となるモノマーをN−エチルアクリルアミドとし、重合時間を6時間としたことを除いては、実施例13と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 15]
In <Preparation of Separator>, a separator was prepared in the same manner as in Example 13 except that N-ethylacrylamide was used as a raw material for the temperature-responsive polymer material and the polymerization time was 6 hours. .

[実施例16]
<セパレータの作製>において、重合時間を1時間としたことを除いては、実施例13と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 16]
In <Preparation of Separator>, a separator was prepared in the same manner as in Example 13 except that the polymerization time was 1 hour.

[実施例17]
<セパレータの作製>において、重合時間を2.8時間としたことを除いては、実施例13と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 17]
<Separator production> A separator was produced in the same manner as in Example 13 except that the polymerization time was 2.8 hours.

[実施例18]
<セパレータの作製>において、重合時間を6.1時間としたことを除いては、実施例13と同様の方法でセパレータを作製した。
[Example 18]
In <Preparation of Separator>, a separator was prepared in the same manner as in Example 13 except that the polymerization time was 6.1 hours.

[比較例1]
セパレータとして、温度応答高分子材料を被覆していない、PEからなるセパレータ主材のみを使用した。
[Comparative Example 1]
As the separator, only a separator main material made of PE that was not coated with a temperature-responsive polymer material was used.

[比較例2]
セパレータとして、温度応答高分子材料を被覆していない、アラミドからなるセパレータ主材のみを使用した。
[Comparative Example 2]
As the separator, only a separator main material made of aramid and not coated with a temperature-responsive polymer material was used.

[比較例3]
温度応答性高分子材料の原料となるモノマーをN,N−ジエチルアクリルアミドとし、、セパレータ重合時間を4時間とし、ポリエチレン(PE)からなるセパレータ主材を用いたことを除いては、実施例1と同様の方法でセパレータを作製した。なお、ポリ(N,N−ジエチルアクリルアミド)の相転移温度60℃であり、熱プレス温度(接着温度)をこれよりも高い80℃に設定した。
[Comparative Example 3]
Example 1 except that N, N-diethylacrylamide was used as a raw material for the temperature-responsive polymer material, the separator polymerization time was 4 hours, and a separator main material made of polyethylene (PE) was used. A separator was prepared in the same manner as described above. The phase transition temperature of poly (N, N-diethylacrylamide) was 60 ° C., and the hot press temperature (adhesion temperature) was set to 80 ° C., which is higher than this.

(初充電の際の内部短絡評価)
上記で作製した各双極型二次電池を、25℃の雰囲気下、定電流方式(CC、電流:0.5mA)で21.0Vまで充電し、その後、定電圧方式(CV、21V)で充電し、あわせて10時間充電した。この際、10個の電池のうち、内部短絡が発生した電池の個数を調べた。結果を表1に示す。
(Evaluation of internal short circuit during initial charging)
Each bipolar secondary battery produced above is charged to 21.0 V by a constant current method (CC, current: 0.5 mA) in an atmosphere of 25 ° C., and then charged by a constant voltage method (CV, 21 V). The battery was charged for 10 hours. At this time, the number of batteries in which an internal short circuit occurred among the 10 batteries was examined. The results are shown in Table 1.

(内部抵抗測定試験)
上記で作製した各双極型二次電池を、25℃の雰囲気下、定電流方式(CC、電流:0.5mA)で21.0Vまで充電し、その後、定電圧方式(CV、21V)で充電し、あわせて10時間充電した。その後、定電流(CC、電流:1C)でセル電圧14Vまで放電し、放電後の内部抵抗を25℃の雰囲気下で測定した。
(Internal resistance measurement test)
Each bipolar secondary battery produced above is charged to 21.0 V by a constant current method (CC, current: 0.5 mA) in an atmosphere of 25 ° C., and then charged by a constant voltage method (CV, 21 V). The battery was charged for 10 hours. Thereafter, the cell voltage was discharged to 14 V with a constant current (CC, current: 1 C), and the internal resistance after the discharge was measured in an atmosphere at 25 ° C.

次に、各実施例および比較例で使用した温度応答性高分子材料の相転移温度よりも高い130℃に電池を加熱後、同じく内部抵抗を測定した。そして、25℃での内部抵抗を1としたときの、130℃に加熱後の内部抵抗を求めた。結果を表1に示す。   Next, after heating the battery to 130 ° C., which is higher than the phase transition temperature of the temperature-responsive polymer material used in each of the examples and comparative examples, the internal resistance was also measured. And the internal resistance after heating to 130 degreeC when the internal resistance in 25 degreeC was set to 1 was calculated | required. The results are shown in Table 1.

表1の結果より、温度応答性高分子ゲルの相転移温度よりも低温で加熱接着した、実施例1〜18では、セパレータの熱収縮が抑えられ、初期充電時の内部短絡が生じなかった。これは、セパレータとシール部との加熱接着時に、セパレータの孔表面に被覆された温度応答性高分子ゲルが膨潤状態で存在するために、セパレータが熱収縮する際の応力を緩和したことによると考えられた。   From the results of Table 1, in Examples 1 to 18, which were heat-bonded at a temperature lower than the phase transition temperature of the temperature-responsive polymer gel, the thermal contraction of the separator was suppressed, and an internal short circuit during initial charging did not occur. This is because, when the separator and the seal portion are heated and bonded, the temperature-responsive polymer gel coated on the surface of the pores of the separator exists in a swollen state, so that the stress when the separator is thermally contracted is relieved. it was thought.

また、電池温度を130℃とした後の内部抵抗は、実施例1〜18は比較例1〜3よりも高い値を示した。これは、電池温度が温度応答性高分子ゲルの相転移温度よりも高温になったことにより孔内のゲルが収縮し、孔を塞いだために、シャットダウン機能が良好に働いたことによると考えられた。比較例3は、セパレータとシール部との加熱接着時に既に温度応答性高分子ゲルが収縮してしまったために、シャットダウン効果が低くなったものと考えられた。   Moreover, the internal resistance after setting battery temperature to 130 degreeC showed the value from Examples 1-18 higher than Comparative Examples 1-3. This is thought to be because the shutdown function worked well because the gel in the pores contracted and closed the pores when the battery temperature became higher than the phase transition temperature of the temperature-responsive polymer gel. It was. In Comparative Example 3, it was considered that the shutdown effect was lowered because the temperature-responsive polymer gel had already contracted during the heat-bonding of the separator and the seal portion.

10 双極型二次電池、
11 集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
11a 正極側の最外層集電体、
11b 負極側の最外層集電体、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 発電要素、
23 双極型電極、
25 正極集電板、
27 負極集電板、
29 ラミネートフィルム、
31 シール部、
50i、50e セパレータ、
51i、51e 主材、
53i、53e 温度応答性高分子ゲル、
250 小型の組電池、
300 組電池、
310 接続治具、
400 車両。
10 Bipolar secondary battery,
11 Current collector,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
11a The outermost layer current collector on the positive electrode side,
11b The outermost layer current collector on the negative electrode side,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21 power generation elements,
23 Bipolar electrode,
25 positive current collector,
27 negative current collector,
29 Laminated film,
31 seal part,
50i, 50e separator,
51i, 51e Main material,
53i, 53e temperature-responsive polymer gel,
250 small battery pack,
300 battery packs,
310 connection jig,
400 vehicles.

Claims (7)

集電体と、
前記集電体の一方の面に形成された正極活物質層と、
前記集電体の他方の面に形成された負極活物質層と、を有する双極型電極、および
セパレータが、積層されてなる発電要素を有し、
前記双極型電極およびセパレータの周縁部がシール部を介して接合されてなる双極型二次電池であって、
前記セパレータは、樹脂を含む微多孔膜である主材と、
温度の上昇に伴い、膨潤状態から収縮状態へと相転移する相転移温度を有する、温度応答性高分子ゲルと、を含み、
前記シール部およびセパレータは、前記相転移温度以下での加熱により接着されてなる、双極型二次電池。
A current collector,
A positive electrode active material layer formed on one surface of the current collector;
A bipolar electrode having a negative electrode active material layer formed on the other surface of the current collector, and a separator having a power generation element formed by lamination,
A bipolar secondary battery in which a peripheral portion of the bipolar electrode and the separator is joined via a seal portion,
The separator is a main material that is a microporous film containing a resin;
A temperature-responsive polymer gel having a phase transition temperature that transitions from a swollen state to a contracted state as the temperature rises,
The bipolar secondary battery, wherein the seal part and the separator are bonded by heating at or below the phase transition temperature.
前記主材に存在する孔の表面が、前記熱応答性高分子ゲルで被覆されてなり、
該熱応答性高分子ゲルで被覆された面積が、前記孔の表面積全体の60〜90%である、請求項1に記載の双極型二次電池。
The surface of the pores present in the main material is coated with the thermoresponsive polymer gel,
The bipolar secondary battery according to claim 1, wherein an area covered with the thermoresponsive polymer gel is 60 to 90% of the entire surface area of the pores.
前記温度応答性高分子ゲルが、ポリ(N−置換(メタ)アクリルアミド)を含む、請求項1または2に記載の双極型二次電池。   The bipolar secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the temperature-responsive polymer gel contains poly (N-substituted (meth) acrylamide). 前記主材は、ポリエチレンおよびポリプロピレンからなる群から選択される少なくとも1種の熱可塑性樹脂を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の双極型二次電池。   The bipolar secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the main material includes at least one thermoplastic resin selected from the group consisting of polyethylene and polypropylene. 前記主材は、ポリイミドおよびアラミドからなる群から選択される少なくとも1種の熱硬化性樹脂を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の双極型二次電池。   The bipolar secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the main material includes at least one thermosetting resin selected from the group consisting of polyimide and aramid. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の双極型二次電池が、複数電気的に接続されてなる、組電池。   An assembled battery comprising a plurality of the bipolar secondary batteries according to any one of claims 1 to 5 electrically connected. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の双極型二次電池、または請求項6に記載の組電池を、モータ駆動用電源として搭載した、車両。   A vehicle on which the bipolar secondary battery according to any one of claims 1 to 5 or the assembled battery according to claim 6 is mounted as a power source for driving a motor.
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