JP2011054325A - Collector for bipolar type secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means capable of restraining transmission of lithium ions inside a collector containing resin. <P>SOLUTION: The collector for a bipolar type secondary battery contains a resin layer having conductivity, wherein the resin layer having the conductivity contains a lithium-content layer. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、双極型二次電池用集電体に関する。   The present invention relates to a current collector for 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、電解質層やセパレータを介して複数積層された構成を有する。   In order to solve this problem, bipolar secondary batteries such as bipolar lithium ion secondary batteries have been developed. A bipolar secondary battery has a structure in which a plurality of bipolar electrodes, each having a positive electrode active material layer formed on one side of a current collector and a negative electrode active material layer formed on the other side, are stacked via an electrolyte layer or a separator. Have

このような双極型二次電池に用いる集電体は、より大きな出力密度を確保するためには、より軽量であって、より導電性に優れた材料からなることが望ましい。そこで、近年、従来の金属箔に代わって導電性フィラーが添加された高分子材料から構成される集電体が提案されている。例えば、特許文献1では、高分子材料に導電性フィラーとして金属粒子またはカーボン粒子が混合された導電性を有する樹脂を含む集電体が開示されている。   The current collector used in such a bipolar secondary battery is preferably made of a material that is lighter and more conductive in order to ensure a higher output density. Therefore, in recent years, a current collector composed of a polymer material to which a conductive filler is added in place of the conventional metal foil has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a current collector including a conductive resin in which metal particles or carbon particles are mixed as a conductive filler in a polymer material.

特開2006−190649号公報JP 2006-190649 A

しかしながら、特許文献1に記載されているような集電体は、金属箔の集電体に比べて電解液中のリチウムイオンの遮断性が低い。そのため、双極型リチウムイオン二次電池に適用した場合には、双極型電極の集電体内にリチウムイオンが浸透し、集電体内部にリチウムイオンが吸蔵されたままになる場合があることがわかった。この吸蔵されたリチウムイオンは放出されにくいため、電池の容量が低下する場合がある。   However, the current collector as described in Patent Document 1 has a lower barrier property against lithium ions in the electrolytic solution than the metal foil current collector. For this reason, when applied to a bipolar lithium ion secondary battery, lithium ions may penetrate into the current collector of the bipolar electrode and the lithium ions may remain occluded inside the current collector. It was. Since the occluded lithium ions are not easily released, the capacity of the battery may be reduced.

そこで本発明は、導電性を有する樹脂層を含む双極型電池用集電体において、集電体の内部へのリチウムイオンの透過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 for suppressing the permeation of lithium ions into the current collector in a bipolar battery current collector including a conductive resin layer.

本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意研究を積み重ねた。その結果、導電性を有する樹脂層を含む集電体において、リチウム含有層を設けることによって、上記目的が達成されることを見出した。   The inventors of the present invention have made extensive studies in view of the above problems. As a result, the present inventors have found that the above object can be achieved by providing a lithium-containing layer in a current collector including a conductive resin layer.

本発明によれば、導電性を有する樹脂層を含む集電体に設置されたリチウム含有層から隣接する樹脂層にリチウムが供給され、リチウムが吸蔵された樹脂層であるリチウム吸蔵層が形成される。このようなリチウム吸蔵層が形成されることで、電解液中のリチウムイオンの集電体の内部への侵入を抑制することができる。   According to the present invention, lithium is supplied from a lithium-containing layer installed in a current collector including a conductive resin layer to an adjacent resin layer, and a lithium occlusion layer that is a resin layer in which lithium is occluded is formed. The By forming such a lithium occlusion layer, it is possible to suppress the penetration of lithium ions in the electrolyte into the current collector.

双極型リチウムイオン二次電池の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of a bipolar lithium ion secondary battery. 第1実施形態による集電体を模式的に表した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing showing typically the current collector by a 1st embodiment. 第1実施形態の集電体の変形例を表した概略断面図である。It is a schematic sectional drawing showing the modification of the electrical power collector of 1st Embodiment. リチウム含有層の好ましい形態を示す概略図である。It is the schematic which shows the preferable form of a lithium content layer. 第1実施形態の集電体を用いた双極型電極を表す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing showing the bipolar electrode using the electrical power collector of 1st Embodiment. 第1実施形態の集電体を用いた双極型電極の一変形例を表す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing showing the modification of the bipolar electrode using the electrical power collector of 1st Embodiment. 双極型リチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。It is a perspective view showing the appearance of a bipolar lithium ion secondary battery.

まず、好ましい実施形態である双極型リチウムイオン二次電池について説明するが、以下の実施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。   First, a bipolar lithium ion secondary battery which is a preferred embodiment will be described, but the present invention is not limited to the following embodiment. 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.

双極型電池の構造・形態で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など特に制限されず、従来公知のいずれの構造にも適用されうる。   When distinguished by the structure and form of the bipolar battery, it is not particularly limited, such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery, and can be applied to any conventionally known structure.

同様に双極型電池の電解質の形態で区別した場合にも、特に制限はない。例えば、非水電解液をセパレータに含浸させた液体電解質型電池、ポリマー電池とも称される高分子ゲル電解質型電池および固体高分子電解質(全固体電解質)型電池のいずれにも適用されうる。高分子ゲル電解質および固体高分子電解質に関しては、これらを単独で使用することもできるし、これら高分子ゲル電解質や固体高分子電解質をセパレータに含浸させて使用することもできる。   Similarly, there is no particular limitation even when distinguished by the form of electrolyte of the bipolar battery. For example, the present invention can be applied to any of a liquid electrolyte type battery in which a separator is impregnated with a nonaqueous electrolytic solution, a polymer gel electrolyte type battery also called a polymer battery, and a solid polymer electrolyte (all solid electrolyte) type battery. With respect to the polymer gel electrolyte and the solid polymer electrolyte, these can be used alone, or the polymer gel electrolyte or the solid polymer electrolyte can be used by impregnating the separator.

また、電池の電極材料または電極間を移動する金属イオンで見た場合にも、特に制限されず、公知のいずれの電極材料等にも適用されうる。例えば、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、カリウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素電池などが挙げられ、好ましくは、リチウムイオン二次電池である。これは、リチウムイオン二次電池では、セル(単電池層)の電圧が大きく、高エネルギー密度、高出力密度が達成でき、車両の駆動電源用や補助電源用として優れているためである。   Moreover, when it sees in the electrode material of a battery, or the metal ion which moves between electrodes, it does not restrict | limit in particular, It can apply to any well-known electrode material. Examples include lithium ion secondary batteries, sodium ion secondary batteries, potassium ion secondary batteries, nickel metal hydride secondary batteries, nickel cadmium secondary batteries, nickel metal hydride batteries, and the like, preferably lithium ion secondary batteries. . This is because in the lithium ion secondary battery, the voltage of the cell (single cell layer) is large, high energy density and high output density can be achieved, and it is excellent as a vehicle driving power source or an auxiliary power source.

図1は、双極型リチウムイオン二次電池10の全体構造を模式的に表した断面概略図である。図1に示す双極型リチウムイオン二次電池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29の内部に封止された構造を有する。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a bipolar lithium ion secondary battery 10. The bipolar lithium ion secondary battery 10 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 battery exterior material 29.

図1に示すように、双極型リチウムイオン二次電池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, the power generating element 21 of the bipolar lithium ion secondary battery 10 has a positive electrode active material layer 13 electrically coupled to one surface of the current collector 11, and is opposite to the current collector 11. It has a plurality of bipolar electrodes 23 formed with a negative electrode active material layer 15 electrically coupled to the side 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、双極型リチウムイオン二次電池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目的で、単電池層19の外周部には絶縁部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 lithium ion secondary battery 10 has a configuration in which the single battery layers 19 are stacked. In addition, for the purpose of preventing liquid junction due to leakage of the electrolytic solution from the electrolyte layer 17, an insulating portion 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外装材29から導出している。   Further, in the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1, the positive electrode current collector plate 25 is disposed so as to be adjacent to the outermost layer current collector 11 a on the positive electrode side, and this is extended and led out from the battery exterior material 29. . On the other hand, the negative electrode current collector plate 27 is disposed so as to be adjacent to the outermost layer current collector 11 b on the negative electrode side, and is similarly extended and led out from the battery exterior material 29.

図1に示す双極型リチウムイオン二次電池10においては、通常、各単電池層19の周囲に絶縁部31が設けられる。この絶縁部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。かような絶縁部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、高品質の双極型リチウムイオン二次電池10が提供されうる。   In the bipolar lithium ion secondary battery 10 shown in FIG. 1, an insulating part 31 is usually provided around each single battery layer 19. The insulating part 31 prevents 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 an insulating part 31, long-term reliability and safety can be ensured, and a high-quality bipolar lithium ion secondary battery 10 can be provided.

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。双極型リチウムイオン二次電池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29に減圧封入し、正極集電板25および負極集電板27を電池外装材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 lithium ion secondary battery 10, in order to prevent external impact and environmental degradation during use, the power generation element 21 is sealed in the battery exterior material 29 under reduced pressure, and the positive current collector plate 25 and the negative current collector plate It is preferable to adopt a structure in which 27 is taken out of the battery exterior material 29. Hereinafter, main components of the bipolar secondary battery of this embodiment will be described.

図2は、双極型リチウムイオン二次電池10の集電体11(第1実施形態)を模式的に表した断面概略図である。図2に示すように、集電体11は、導電性を有する樹脂層2とリチウム含有層3とを含む。リチウム含有層3から導電性を有する樹脂層2にリチウムが供給されることによって、導電性を有する樹脂層2において、リチウム含有層3の近傍に、リチウム濃度の高い領域であるリチウム吸蔵層4が形成される。リチウム吸蔵層4が形成されることで、電解液中に含まれるリチウムイオンの樹脂層2への侵入を抑制することができる。このため、樹脂層2の内部に電解液中のリチウムイオンが吸蔵されることに起因する双極型電池の容量の低下を抑えることができる。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing the current collector 11 (first embodiment) of the bipolar lithium ion secondary battery 10. As shown in FIG. 2, the current collector 11 includes a resin layer 2 having conductivity and a lithium-containing layer 3. By supplying lithium from the lithium-containing layer 3 to the resin layer 2 having conductivity, in the resin layer 2 having conductivity, the lithium occlusion layer 4, which is a region having a high lithium concentration, is located in the vicinity of the lithium-containing layer 3. It is formed. By forming the lithium storage layer 4, it is possible to suppress the penetration of lithium ions contained in the electrolyte into the resin layer 2. For this reason, the capacity | capacitance fall of the bipolar battery resulting from the lithium ion in electrolyte solution being occluded inside the resin layer 2 can be suppressed.

双極型電池においては、負極側で発生した電荷は集電体の反対側の正極に直接供給されるため、電流は積層方向に流れるが面方向の流れは必要としない。したがって、集電体の集電効率を向上させるためには、面直方向の導電性を平面方向の導電性よりも高い樹脂を用いることが有効である。   In the bipolar battery, since the electric charge generated on the negative electrode side is directly supplied to the positive electrode on the opposite side of the current collector, the current flows in the stacking direction, but the flow in the plane direction is not necessary. Therefore, in order to improve the current collection efficiency of the current collector, it is effective to use a resin whose conductivity in the perpendicular direction is higher than that in the plane direction.

また、平面方向の抵抗が大きい樹脂を集電体として用いると、双極型電池を構成する単電池で内部短絡が発生した場合、集電体が短絡電流を抑制することにより、双極型電池の発熱を防止できる。また、熱伝導性が高く放熱性が高い樹脂であれば集電体の平面方向の熱分布が均一化され、平面方向の熱膨張を均一にできる。その結果、双極型電池の劣化を更に抑制することができる。   In addition, when a resin with a large resistance in the planar direction is used as a current collector, when an internal short circuit occurs in a single battery constituting the bipolar battery, the current collector suppresses the short circuit current, thereby generating heat from the bipolar battery. Can be prevented. Further, if the resin has high thermal conductivity and high heat dissipation, the heat distribution in the planar direction of the current collector can be made uniform, and the thermal expansion in the planar direction can be made uniform. As a result, deterioration of the bipolar battery can be further suppressed.

導電性を有する樹脂層を含む集電体を用いた場合に電解液中のリチウムイオンが樹脂層を透過することを防ぐ方法として、隔壁(バリア性)機能を有する、銅箔などの金属箔で形成されたイオン遮断層を樹脂層の表面に積層する方法が用いられている。しかし、活物質層と樹脂層との接合面に銅のような原子量の大きい材料を用いると、集電体としての重量増加につながり、重量あたりの電池容量が低下しうる。図2のようにリチウム含有層3を導電性を有する樹脂層2の内部に設けることで、リチウムイオンの樹脂層2の内部への侵入を抑えながら、重量あたりの電池容量の低下を抑制することができる。例えば、導電性を有する樹脂層として、導電剤を10質量%含むポリイミド樹脂(A4サイズ、厚さ50μm)を用い、これにイオン遮断層である銅箔を積層した集電体の重量は、5.45gであった。ここで銅箔の厚さは、樹脂層の内部へのリチウムイオンの侵入を抑制可能な厚さである2μmとした。一方、導電剤を10質量%含むポリイミド樹脂(A4サイズ、厚さ50μm)にリチウム含有層を配置した集電体の重量は4.44gであり、約19%の軽量化の効果が確認された。ここで、リチウム含有層は平板状の形状であり、厚さは、樹脂層中に十分なリチウム濃度を有するリチウム吸蔵層が形成される厚さである3μmとした。   As a method for preventing lithium ions in the electrolyte from permeating through the resin layer when using a current collector including a conductive resin layer, a metal foil such as a copper foil having a partition wall (barrier property) function is used. A method of laminating the formed ion blocking layer on the surface of the resin layer is used. However, when a material having a large atomic weight such as copper is used for the bonding surface between the active material layer and the resin layer, the weight of the current collector increases, and the battery capacity per weight can be reduced. By providing the lithium-containing layer 3 in the conductive resin layer 2 as shown in FIG. 2, it is possible to suppress the decrease in battery capacity per weight while suppressing the penetration of lithium ions into the resin layer 2. Can do. For example, as a resin layer having conductivity, a polyimide resin (A4 size, thickness 50 μm) containing 10% by mass of a conductive agent is used, and the weight of a current collector in which a copper foil as an ion blocking layer is laminated is 5 .45 g. Here, the thickness of the copper foil was 2 μm, which is a thickness capable of suppressing the penetration of lithium ions into the resin layer. On the other hand, the weight of the current collector in which the lithium-containing layer was disposed on the polyimide resin (A4 size, thickness 50 μm) containing 10% by mass of the conductive agent was 4.44 g, and the effect of reducing the weight by about 19% was confirmed. . Here, the lithium-containing layer has a flat plate shape, and the thickness is 3 μm, which is a thickness at which a lithium occlusion layer having a sufficient lithium concentration is formed in the resin layer.

以下、本実施形態の集電体を構成する導電性を有する樹脂層、リチウム含有層、およびリチウム吸蔵層について説明する。   Hereinafter, the conductive resin layer, the lithium-containing layer, and the lithium storage layer constituting the current collector of the present embodiment will be described.

(導電性を有する樹脂層)
導電性を有する樹脂層(樹脂層)は、高分子材料を含む層であって、導電性を有する層であれば特に制限されない。好ましくは、前記樹脂層は、面直方向において平面方向よりも高い導電性を有する。
(Conductive resin layer)
The conductive resin layer (resin layer) is a layer containing a polymer material and is not particularly limited as long as it is a conductive layer. Preferably, the resin layer has higher conductivity in the direction perpendicular to the planar direction.

樹脂層の具体的な形態として、1)樹脂を構成する高分子材料が導電性高分子である形態、2)樹脂を構成する高分子材料が導電性のない高分子である形態が挙げられる。導電性のない高分子を用いる場合、導電性材料を添加することで樹脂層に導電性を付与することができる。   Specific forms of the resin layer include 1) a form in which the polymer material constituting the resin is a conductive polymer, and 2) a form in which the polymer material constituting the resin is a non-conductive polymer. When a non-conductive polymer is used, conductivity can be imparted to the resin layer by adding a conductive material.

導電性高分子は、導電性を有し、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料から選択される。これらの導電性高分子は、共役したポリエン系がエネルギー帯を形成し伝導性を示すと考えられている。代表的な例としては電解コンデンサなどで実用化が進んでいるポリエン系導電性高分子を用いることができる。具体的には、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、ポリオキサジアゾール、またはこれらの混合物などが好ましい。電子伝導性および電池内で安定に使用できるという観点から、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、がより好ましい。   The conductive polymer is selected from materials that are conductive and have no conductivity with respect to ions used as charge transfer media. These conductive polymers are considered to be conductive because the conjugated polyene system forms an energy band. As a typical example, a polyene-based conductive polymer that has been put into practical use in an electrolytic capacitor or the like can be used. Specifically, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, polyoxadiazole, or a mixture thereof is preferable. Polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polyacetylene are more preferable from the viewpoints of electron conductivity and stable use in the battery.

導電性のない高分子の例としては、ポリエチレン(低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリブチレンなどのオレフィン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、エチレン−プロピレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、スチレンエチレンブチレンスチレンブロック共重合体、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、シリコーン、エポキシ樹脂など挙げられる。これらの材料はイオン伝導性が低いため、リチウムイオンの透過を抑えることができる。好ましくは、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、エチレン−プロピレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、スチレンエチレンブチレンスチレンブロック共重合体である。中でも、ポリイミドは、リチウムを吸蔵しやすいため、本発明の効果が顕著である。   Examples of non-conductive polymers include olefin resins such as polyethylene (low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), etc.), polypropylene (PP), and polybutylene. , Ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamide (PA), polyamide Imido (PAI), polytetrafluoroethylene (PTFE), ethylene-propylene rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), styrene ethylene butylene styrene block copolymer, polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylic Rate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), silicones, and the like epoxy resins. Since these materials have low ion conductivity, transmission of lithium ions can be suppressed. Preferred are polyethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyimide, polyamide, polyamideimide, ethylene-propylene rubber, styrene-butadiene rubber, and styrene ethylene butylene styrene block copolymer. Especially, since the polyimide is easy to occlude lithium, the effect of this invention is remarkable.

上述の高分子材料は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。   One of the above polymer materials may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used.

上記の高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、高分子材料として導電性のない高分子を用いる場合は、樹脂に導電性を付与するため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。   A conductive filler may be added to the polymer material as necessary. In particular, when a non-conductive polymer is used as the polymer material, a conductive filler is essential for imparting 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.

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。これらの金属は、集電体表面に形成される正極または負極の電位に対して耐性を有する。これらのうち、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、およびCrからなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む合金であることがより好ましい。   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. These metals are resistant to the potential of the positive electrode or negative electrode formed on the current collector surface. Among these, an alloy containing at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, and Cr is more preferable.

合金としては、具体的には、ステンレス鋼(SUS)、インコネル(登録商標)、ハステロイ(登録商標)、およびその他Fe−Cr系合金、Ni−Cr合金等が挙げられる。これらの合金を用いることにより、より高い耐電位性が得られうる。   Specific examples of the alloy include stainless steel (SUS), Inconel (registered trademark), Hastelloy (registered trademark), and other Fe—Cr alloys, Ni—Cr alloys, and the like. By using these alloys, higher potential resistance can be obtained.

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。これらの導電性カーボンは、電位窓が非常に広く、正極電位および負極電位の双方に対して幅広い範囲で安定であり、さらに、優れた導電性を有する。また、上記の金属を含む導電性フィラーよりも密度が小さいので、集電体の軽量化を図ることができる。中でも、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、ケッチェンブラック、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種を含むことがより好ましい。これらの導電性カーボンは中空構造を有するため、質量あたりの表面積が大きく、集電体をより一層軽量化することができる。なお、これらの金属および導電性カーボンなどの導電性フィラーは、1種を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。   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. These conductive carbons have a very wide potential window, are stable in a wide range with respect to both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and have excellent conductivity. Further, since the density is lower than that of the conductive filler containing the above metal, the current collector can be reduced in weight. Among these, it is more preferable to include at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon nanohorns, ketjen black, carbon nanoballoons, and fullerenes. Since these conductive carbons have a hollow structure, the surface area per mass is large, and the current collector can be further reduced in weight. In addition, electroconductive fillers, such as these metals and electroconductive carbon, can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

導電性フィラーの大きさは、特に制限はなく、樹脂層の大きさや厚さまたは導電性フィラーの形状によって、様々な大きさのフィラーを使用することができる。一例として、導電性フィラーが粒状の場合の平均粒子径は、樹脂層の成形を容易にする観点から、0.1〜10μm程度であることが好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電性フィラー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。後述する活物質などの粒子径や平均粒子径も同様に定義することができる。   The size of the conductive filler is not particularly limited, and fillers of various sizes can be used depending on the size and thickness of the resin layer or the shape of the conductive filler. As an example, the average particle diameter when the conductive filler is granular is preferably about 0.1 to 10 μm from the viewpoint of facilitating molding of the resin layer. In the present specification, “particle diameter” means the maximum distance L among the distances between any two points on the contour line of the conductive filler. 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. The particle diameter and average particle diameter of an active material to be described later can be defined similarly.

樹脂層に含まれる導電性フィラーの含有量も特に制限はないが、高分子材料の全質量に対して、好ましくは5〜35質量%であり、より好ましくは5〜25質量%であり、さらに好ましくは5〜15質量%である。かような量の導電性フィラーを高分子材料に添加することにより、樹脂層の質量増加を抑制しつつ、高分子材料に十分な導電性を付与することができる。   The content of the conductive filler contained in the resin layer is not particularly limited, but is preferably 5 to 35% by mass, more preferably 5 to 25% by mass with respect to the total mass of the polymer material. Preferably it is 5-15 mass%. By adding such an amount of the conductive filler to the polymer material, sufficient conductivity can be imparted to the polymer material while suppressing an increase in the mass of the resin layer.

導電性フィラーの形状は、特に制限はなく、粒状、繊維状、板状、塊状、布状、およびメッシュ状などの公知の形状を適宜選択することができる。例えば、樹脂に対して広範囲に亘って導電性を付与したい場合は、粒状の導電性フィラーを使用することが好ましい。一方、樹脂において特定方向への導電性をより向上させたい場合は、繊維状等の形状に一定の方向性を有するような導電性フィラーを使用することが好ましい。   The shape of the conductive filler is not particularly limited, and a known shape such as a granular shape, a fibrous shape, a plate shape, a lump shape, a cloth shape, and a mesh shape can be appropriately selected. For example, when it is desired to impart conductivity to a resin over a wide range, it is preferable to use a granular conductive filler. On the other hand, when it is desired to further improve the conductivity in a specific direction in the resin, it is preferable to use a conductive filler having a certain direction in the shape of a fiber or the like.

上記樹脂層には、高分子材料および導電性フィラーの他、他の添加剤を含んでいてもよい。   In addition to the polymer material and the conductive filler, the resin layer may contain other additives.

導電性を有する樹脂層の厚さは特に制限されないが、0.1〜200μmであることが好ましく、5〜150μmであることがより好ましく、10〜100μmであることがさらに好ましい。樹脂層の厚さが0.1μm以上であれば、集電効率の高い集電体が得られうる。樹脂層の厚さが200μm以下であれば、単位体積あたりの電池容量の高い電池が得られうる。   The thickness of the conductive resin layer is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 200 μm, more preferably 5 to 150 μm, and still more preferably 10 to 100 μm. When the thickness of the resin layer is 0.1 μm or more, a current collector with high current collection efficiency can be obtained. If the thickness of the resin layer is 200 μm or less, a battery having a high battery capacity per unit volume can be obtained.

(リチウム含有層)
リチウム含有層は、導電性を有する樹脂層にリチウムを供給する機能を有する。これによって、導電性を有する樹脂層内にリチウム吸蔵層が形成され、電解液中のリチウムイオンの侵入を防ぐことができる。
(Lithium-containing layer)
The lithium-containing layer has a function of supplying lithium to the conductive resin layer. Thereby, a lithium occlusion layer is formed in the resin layer having conductivity, and entry of lithium ions in the electrolytic solution can be prevented.

前記リチウム含有層を配置する位置も特に制限されない。例えば導電性を有する樹脂層の表面(導電性を有する樹脂層と正極活物質層または負極活物質層との間)に設けられてもよく、導電性を有する樹脂層の内部に設けられてもよく、これらの組み合わせであってもよい。特に、リチウム含有層を導電性を有する樹脂層の内部に設けると、導電性を有する樹脂層の内部に効率的にリチウム吸蔵層が形成されるため好ましい。   The position where the lithium-containing layer is disposed is not particularly limited. For example, it may be provided on the surface of the conductive resin layer (between the conductive resin layer and the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer), or may be provided inside the conductive resin layer. Or a combination of these may be used. In particular, it is preferable to provide the lithium-containing layer inside a conductive resin layer because a lithium storage layer is efficiently formed inside the conductive resin layer.

前記リチウム含有層は、1層であってもよく、2層以上であってもよい。2層以上のリチウム含有層を設けることによって、形成されるリチウム吸蔵層におけるリチウム濃度をより高めることができる。例えば、図3に示すように、複数のリチウム含有層を配置すると、2層のリチウム含有層に挟まれた樹脂層の部分4aは、1層のリチウム含有層と接する部分4に比べて、リチウム濃度が高いリチウム吸蔵層を形成しうる。そのため、樹脂層内部への電解液中のリチウムイオンの侵入を抑える効果が向上しうる。   The lithium-containing layer may be a single layer or two or more layers. By providing two or more lithium-containing layers, the lithium concentration in the formed lithium storage layer can be further increased. For example, as shown in FIG. 3, when a plurality of lithium-containing layers are arranged, the resin layer portion 4 a sandwiched between two lithium-containing layers is more lithium than the portion 4 in contact with one lithium-containing layer. A lithium storage layer having a high concentration can be formed. Therefore, the effect of suppressing the penetration of lithium ions in the electrolytic solution into the resin layer can be improved.

前記リチウム含有層に用いられる材料としては、リチウム金属、安定化リチウムなどが用いられうる。安定化リチウムは、未処理のリチウム金属と比較して高い大気安定性を有するように不活性材料で処理されたリチウムであって、例えば、炭酸リチウムなどの外層で覆ったリチウム粉末などが挙げられる。   As a material used for the lithium-containing layer, lithium metal, stabilized lithium, or the like can be used. Stabilized lithium is lithium that has been treated with an inert material so as to have higher atmospheric stability than untreated lithium metal, such as lithium powder covered with an outer layer such as lithium carbonate. .

リチウム含有層の形態は特に制限されないが、薄膜状であれば導電性を有する樹脂層の内部に安定したリチウム吸蔵層を形成できるため好ましい。上記薄膜の形状としては、特に制限されないが、図4に示すように(a)平板状、(b)メッシュ状、(c)粒状の形状が好ましく用いられうる。図4のような形状であればリチウム含有層を容易に形成でき、導電性を有する樹脂層の内部に安定したリチウム吸蔵層を形成することができる。   The form of the lithium-containing layer is not particularly limited, but a thin film is preferable because a stable lithium storage layer can be formed inside the conductive resin layer. Although it does not restrict | limit especially as a shape of the said thin film, As shown in FIG. 4, (a) flat form, (b) mesh shape, (c) granular shape may be used preferably. If it is a shape like FIG. 4, a lithium content layer can be formed easily and the stable lithium occlusion layer can be formed inside the resin layer which has electroconductivity.

リチウム含有層の厚さは、特に制限されないが、好ましくは0.01〜3.0μmである。上記範囲であれば、適当なリチウム濃度を有するリチウム吸蔵層を形成することができる。また、導電性を有する樹脂層の内部にリチウム含有層を膜厚バラツキの少ない状態で形成できるため、安定したリチウム吸蔵層を形成することができる。   The thickness of the lithium-containing layer is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 3.0 μm. If it is the said range, the lithium occlusion layer which has suitable lithium concentration can be formed. In addition, since the lithium-containing layer can be formed inside the conductive resin layer with little variation in film thickness, a stable lithium storage layer can be formed.

上述したように、前記導電性を有する樹脂層は、リチウム含有層を複数層含んでもよい。複数のリチウム含有層が存在する場合、各層の厚さは互いに同一であっても異なっていてもよい。複数のリチウム含有層のうち、少なくとも1つの厚さが上記範囲であることが好ましく、すべてのリチウム含有層の厚さが上記範囲であることがより好ましい。   As described above, the conductive resin layer may include a plurality of lithium-containing layers. When there are a plurality of lithium-containing layers, the thicknesses of the layers may be the same or different from each other. Of the plurality of lithium-containing layers, at least one thickness is preferably in the above range, and all lithium-containing layers preferably have a thickness in the above range.

集電体全体の厚さは、特に限定されるものではないが、電池の出力密度を高める上では、薄いほど好ましい。双極型電池においては、正極活物質層および負極活物質層の間に存在する集電体は、平面方向(積層方向に水平な方向)の電気抵抗が高くてもよいため、集電体の厚さを薄くすることが可能である。具体的には、集電体全体の厚さは、0.1〜300μmであることが好ましく、0.1〜200μmであることがより好ましい。   Although the thickness of the whole electrical power collector is not specifically limited, In order to raise the output density of a battery, it is so preferable that it is thin. In a bipolar battery, the current collector present between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer may have a high electrical resistance in the planar direction (the direction horizontal to the stacking direction), so the thickness of the current collector It is possible to reduce the thickness. Specifically, the thickness of the entire current collector is preferably 0.1 to 300 μm, and more preferably 0.1 to 200 μm.

導電性を有する樹脂層に、リチウム含有層を配置する方法としては特に制限されず、既存の樹脂薄膜や金属薄膜の成膜技術や積層、貼合わせ技術などを適宜組み合わせて利用することができる。   The method for disposing the lithium-containing layer on the conductive resin layer is not particularly limited, and any existing resin thin film or metal thin film deposition technique, lamination technique, bonding technique, or the like can be used as appropriate.

すなわち、導電性を有する樹脂層とリチウム含有層とを、熱圧着によって貼り合わせる手法や、リチウム含有層の表面に導電性材料が添加された高分子材料や導電性高分子材料などを含むスラリーを塗布して乾燥させ樹脂層を形成する方法を用いてもよい。あるいは、イオン遮断層の表面に導電性材料が添加された高分子材料や導電性高分子材料などを含むスラリーを塗布して乾燥させた後、熱圧着する手法によっても形成されうる。   That is, a method of laminating a conductive resin layer and a lithium-containing layer by thermocompression bonding, or a slurry containing a polymer material or a conductive polymer material in which a conductive material is added to the surface of the lithium-containing layer. A method of applying and drying to form a resin layer may be used. Alternatively, the ion blocking layer may be formed by a technique in which a slurry containing a polymer material to which a conductive material is added, a conductive polymer material, or the like is applied to the surface of the ion blocking layer and dried, followed by thermocompression bonding.

好ましくは、導電性を有する樹脂層の上にリチウム金属または安定化リチウムを蒸着、スパッタなどの方法を用いて被覆することによって作製する。例えば、導電性を有する樹脂層の表面の、リチウム含有層を形成しない部分にマスキング処理を施した上で、スパッタリングにより所定の位置にリチウム含有層を薄膜として形成する。または、リチウム含有層を形成しない部分にグラビアロールなどで水溶性塗料を塗布しておき、その上にスパッタ処理を行ったのちに、水没処理することで、リチウム含有層を形成しない部分のリチウム金属を除去することでリチウム含有層を形成する。その後、リチウム含有層を形成した表面にさらに導電性を有する樹脂層を形成することで、リチウム含有層を内部に有する集電体を得ることができる。2層以上のリチウム含有層を含む集電体もこれらの手法を繰り返すことで作製することができる。しかしながら、これら製造方法以外の製造方法であってもよい。なお、メッシュ状のリチウム含有層を作製する場合は、上記のマスキングの形状、または上記の水溶性塗料の塗布位置を調整すればよい。粒子状のリチウム含有層は、樹脂層の表面にリチウム金属または安定化リチウムの粉末を分散させ、その上にさらに樹脂層を形成することで作製されうる。   Preferably, it is produced by coating lithium metal or stabilized lithium on a resin layer having conductivity using a method such as vapor deposition or sputtering. For example, after masking the surface of the conductive resin layer where the lithium-containing layer is not formed, the lithium-containing layer is formed as a thin film at a predetermined position by sputtering. Alternatively, a portion of the lithium metal that does not form a lithium-containing layer can be formed by applying a water-soluble paint to the portion that does not form a lithium-containing layer with a gravure roll or the like, performing a sputter treatment thereon, and then submerging it. Is removed to form a lithium-containing layer. Then, the collector which has a lithium content layer inside can be obtained by forming the resin layer which has electroconductivity further on the surface in which the lithium content layer was formed. A current collector including two or more lithium-containing layers can also be produced by repeating these methods. However, manufacturing methods other than these manufacturing methods may be used. In addition, what is necessary is just to adjust the application | coating position of said masking shape or said water-soluble paint, when producing a mesh-like lithium content layer. The particulate lithium-containing layer can be produced by dispersing lithium metal or stabilized lithium powder on the surface of the resin layer and further forming a resin layer thereon.

以上説明した第1実施形態は、以下の効果を有する。すなわち、導電性を有する樹脂層にリチウム含有層を配置することで、樹脂にリチウムが吸蔵されたリチウム吸蔵層が形成されうる。これによって、電解液に含まれるリチウムイオンが樹脂層に侵入することを抑制することができる。そして、このような集電体を用いることによって、樹脂層を有する集電体を用いた双極型電池の電池容量が向上しうる。また、サイクル特性(容量維持率)が向上しうる。   The first embodiment described above has the following effects. That is, by disposing the lithium-containing layer on the conductive resin layer, a lithium occlusion layer in which lithium is occluded in the resin can be formed. Thereby, it can suppress that the lithium ion contained in electrolyte solution penetrate | invades into a resin layer. By using such a current collector, the battery capacity of a bipolar battery using a current collector having a resin layer can be improved. In addition, cycle characteristics (capacity maintenance ratio) can be improved.

(リチウム吸蔵層)
リチウム吸蔵層は、リチウム含有層に隣接する樹脂層の部分に形成される、樹脂層中にリチウムが吸蔵された層である。リチウム吸蔵層におけるリチウム濃度は、電解液からのリチウムの侵入を抑制しうる濃度であれば特に制限されない。本発明者らは、本実施形態の集電体において、リチウム含有層と接する部分から積層方向(厚さ方向)に向かって段階的に減少するリチウム濃度を有する、リチウム吸蔵層が形成されることを確認した。なお、リチウム吸蔵層におけるリチウム濃度は、リチウム含有層の厚さや、2層のリチウム含有層の間の距離を制御することで調整されうる。
(Lithium occlusion layer)
The lithium occlusion layer is a layer in which lithium is occluded in a resin layer, which is formed in a portion of the resin layer adjacent to the lithium-containing layer. The lithium concentration in the lithium occlusion layer is not particularly limited as long as it is a concentration that can suppress the penetration of lithium from the electrolytic solution. In the current collector of the present embodiment, the present inventors form a lithium occlusion layer having a lithium concentration that gradually decreases from the portion in contact with the lithium-containing layer in the stacking direction (thickness direction). It was confirmed. The lithium concentration in the lithium storage layer can be adjusted by controlling the thickness of the lithium-containing layer and the distance between the two lithium-containing layers.

リチウム吸蔵層は、上記のリチウム含有層から、リチウムの少なくとも一部を導電性を有する樹脂層に移動させることによって形成される。リチウムの少なくとも一部を移動させる方法は特に制限されない。例えば、樹脂層中にリチウム含有層を配置した集電体の厚み方向に1〜5V程度の電圧を印加してリチウムの移動を生じさせる。好ましくは、上記の集電体を用いて電池を作製し、これを充放電する。このようにすることで、リチウムが十分に樹脂層の内部に移動し、樹脂層内にリチウムの濃度勾配が形成されうる。充放電の条件は特に制限されない。例えば、25℃において、4.3V−2.5V、定電流0.5C相当での充放電を200サイクル行う。   The lithium occlusion layer is formed by moving at least part of lithium from the lithium-containing layer to the resin layer having conductivity. A method for moving at least a part of lithium is not particularly limited. For example, a voltage of about 1 to 5 V is applied in the thickness direction of the current collector in which the lithium-containing layer is disposed in the resin layer to cause lithium movement. Preferably, a battery is produced using the current collector, and this is charged and discharged. By doing so, lithium can sufficiently move into the resin layer, and a lithium concentration gradient can be formed in the resin layer. Charge / discharge conditions are not particularly limited. For example, at 25 ° C., charging / discharging at 4.3 V-2.5 V and a constant current of 0.5 C is performed 200 cycles.

図5は、上述した双極型二次電池用集電体11と、前記集電体の一方の面に形成された正極活物質層13と、前記集電体の他方の面に形成された負極活物質層15と、を含む、双極型二次電池用電極23の概略断面図である。   FIG. 5 shows the current collector 11 for a bipolar secondary battery described above, the positive electrode active material layer 13 formed on one surface of the current collector, and the negative electrode formed on the other surface of the current collector. 2 is a schematic cross-sectional view of a bipolar secondary battery electrode 23 including an active material layer 15. FIG.

図5に示すように、集電体11において、リチウム含有層3は、導電性を有する樹脂層2の厚み方向における中心位置よりも負極活物質層15に近い領域に形成されることが好ましい。電解液中のリチウムイオンは、主に負極活物質層と樹脂層との接合面から樹脂層の内部に侵入する。そのため、図5のように負極活物質層15に近い側にリチウム含有層3を形成すれば、負極活物質層に近い側にリチウム吸蔵層4を得ることができ、電解液中のリチウムイオンの侵入を防ぐ効果が高い。なお、複数のリチウム含有層が存在する場合、少なくとも1層が上記条件を満たせばよいが、すべての層が上記条件を満たすことが好ましい。   As shown in FIG. 5, in the current collector 11, the lithium-containing layer 3 is preferably formed in a region closer to the negative electrode active material layer 15 than the center position in the thickness direction of the resin layer 2 having conductivity. Lithium ions in the electrolyte enter into the resin layer mainly from the joint surface between the negative electrode active material layer and the resin layer. Therefore, if the lithium-containing layer 3 is formed on the side close to the negative electrode active material layer 15 as shown in FIG. 5, the lithium occlusion layer 4 can be obtained on the side close to the negative electrode active material layer, and the lithium ions in the electrolytic solution can be obtained. Highly effective in preventing intrusion. Note that when there are a plurality of lithium-containing layers, at least one layer may satisfy the above condition, but it is preferable that all the layers satisfy the above condition.

また、図5に示すように、電極23を負極活物質層15の側からみたとき、リチウム含有層3が形成された領域が、負極活物質層15が形成された領域を完全に覆うことが好ましい。電解液中のリチウムイオンは、主に負極活物質層15と樹脂層2との接合面から樹脂層の内部に侵入する。このため、負極活物質層15と樹脂層2との接合面の領域を覆うような領域に、リチウム含有層3を形成すれば、接合面の領域を覆うようにリチウム吸蔵層4を形成することができ、電解液中のリチウムイオンの侵入を防ぐ効果が高い。なお、複数のリチウム含有層が存在する場合、少なくとも1層が上記条件を満たせばよいが、すべての層が上記条件を満たすことが好ましい。   In addition, as shown in FIG. 5, when the electrode 23 is viewed from the negative electrode active material layer 15 side, the region where the lithium-containing layer 3 is formed completely covers the region where the negative electrode active material layer 15 is formed. preferable. Lithium ions in the electrolyte enter into the resin layer mainly from the joint surface between the negative electrode active material layer 15 and the resin layer 2. Therefore, if the lithium-containing layer 3 is formed in a region that covers the region of the joint surface between the negative electrode active material layer 15 and the resin layer 2, the lithium storage layer 4 is formed so as to cover the region of the joint surface. And is highly effective in preventing the entry of lithium ions in the electrolyte. Note that when there are a plurality of lithium-containing layers, at least one layer may satisfy the above condition, but it is preferable that all the layers satisfy the above condition.

図6は、上述の双極型電極の変形例を示す概略図である。図6に示す双極型電極23において、導電性を有する樹脂層2は、複数のリチウム含有層3を有する。そして、樹脂層2中、リチウム含有層3に接する領域にリチウム吸蔵層4が形成される。この際、図6に示すように、リチウム含有層3の厚みが、負極活物質層15に近づくほど厚いことが好ましい。電解液中のリチウムイオンの樹脂層の内部への侵入を長期的に抑制するためには、負極活物質層15と樹脂層2との接合面近傍を長期的にリチウム濃度の高い状態にする必要がある。負極活物質層15と樹脂層2との接合面近傍を長期的にリチウム濃度の高い状態にするためには、負極活物質層15の側から数えて1層目のリチウム含有層3aを長期的に維持する必要がある。リチウム含有層は、電池作動時に経時的に薄膜化していくため、負極活物質層15の側から数えて1層目のリチウム含有層3aは極力厚くすることが好ましい。一方、複数のリチウム含有層をすべて負極活物質層15の側から数えて1層目のリチウム含有層3aと同じように厚くすると、集電体全体の重量が増加してしまうおそれがある。そこで、負極活物質層15の側から数えて1層目のリチウム含有層3aを最も厚く設定し、正極活物質層13の側に向かって薄くしていくことで、軽量であって、長期的に電解液中のリチウムイオンの集電体への侵入を抑制することができる。   FIG. 6 is a schematic view showing a modification of the bipolar electrode described above. In the bipolar electrode 23 shown in FIG. 6, the conductive resin layer 2 has a plurality of lithium-containing layers 3. In the resin layer 2, a lithium storage layer 4 is formed in a region in contact with the lithium-containing layer 3. At this time, as shown in FIG. 6, it is preferable that the thickness of the lithium-containing layer 3 is thicker as it approaches the negative electrode active material layer 15. In order to suppress long-term penetration of lithium ions in the electrolyte into the resin layer, the vicinity of the bonding surface between the negative electrode active material layer 15 and the resin layer 2 needs to have a high lithium concentration in the long term. There is. In order to make the vicinity of the bonding surface between the negative electrode active material layer 15 and the resin layer 2 in a state where the lithium concentration is high in the long term, the first lithium-containing layer 3a counted from the negative electrode active material layer 15 side is long-term. Need to be maintained. Since the lithium-containing layer is thinned over time when the battery is operated, it is preferable that the first lithium-containing layer 3a is as thick as possible, counting from the negative electrode active material layer 15 side. On the other hand, if the plurality of lithium-containing layers are all thickly counted from the negative electrode active material layer 15 side in the same manner as the first lithium-containing layer 3a, the weight of the entire current collector may increase. Therefore, the first lithium-containing layer 3a counted from the negative electrode active material layer 15 side is set to be the thickest and thinned toward the positive electrode active material layer 13 side. In addition, the penetration of lithium ions in the electrolyte into the current collector can be suppressed.

上記で説明した双極型リチウムイオン二次電池は、集電体の構成に特徴を有する。以下、その他の主要な構成部材について説明する。   The bipolar lithium ion secondary battery described above is characterized by the structure of the current collector. Hereinafter, other main components will be described.

(活物質層)
[正極(正極活物質層)および負極(負極活物質層)]
活物質層13または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。
(Active material layer)
[Positive electrode (positive electrode active material layer) and negative electrode (negative electrode active material layer)]
The active material layer 13 or 15 contains an active material, and further contains 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、容量、出力特性の観点から、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 from the viewpoint of capacity and output characteristics. 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、リチウム合金系負極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、容量、出力特性の観点から、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, lithium alloy negative electrode materials, and the like. . In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination. Preferably, from the viewpoint of capacity and output characteristics, 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である。   The average particle diameter of each active material contained in each active material layer 13, 15 is not particularly limited, but is preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output.

正極活物質層13および負極活物質層15は、バインダを含む。   The positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 include a binder.

活物質層に用いられるバインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く正極電位、負極電位双方に安定であり活物質層に使用が可能となる。これらのバインダは、1種単独で用いてもよいし、2種併用してもよい。   Although it does not specifically limit as a binder used for an active material layer, For example, the following materials are mentioned. Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC), ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR) ), Isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, ethylene / propylene / diene copolymer, styrene / butadiene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof, styrene / isoprene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof Thermoplastic polymers such as products, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FE) ), Tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE) , Fluororesin such as polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-) TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluorine rubber (VDF-PFP fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene Fluoro rubber (VDF-PFP-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluoro rubber (VDF-PFMVE-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluoro rubber Examples thereof include vinylidene fluoride-based fluororubber such as (VDF-CTFE-based fluororubber), an epoxy resin, and the like. Among these, polyvinylidene fluoride, polyimide, styrene / butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, and polyamide are more preferable. These suitable binders are excellent in heat resistance, have a very wide potential window, are stable at both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and can be used for the active material layer. These binders may be used alone or in combination of two.

活物質層中に含まれるバインダ量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質層に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%である。   The amount of the binder contained in the active material layer is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the active material, but is preferably 0.5 to 15% by mass with respect to the active material layer. Yes, more preferably 1 to 10% by mass.

活物質層に含まれうるその他の添加剤としては、例えば、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 other additives that can be included in the active material layer include a conductive additive, an electrolyte salt (lithium salt), and an ion conductive polymer.

導電助剤とは、正極活物質層または負極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 or the negative electrode active material layer. 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 contains a conductive additive, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.

電解質塩(リチウム塩)としては、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。 Examples of the electrolyte salt (lithium salt) include Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 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.

正極活物質層および負極活物質層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、非水溶媒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。各活物質層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、各活物質層の厚さは、2〜100μm程度である。   The compounding ratio of the components contained in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is not particularly limited. The mixing ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about the non-aqueous solvent secondary battery. The thickness of each active material layer is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the battery can be appropriately referred to. For example, the thickness of each active material layer is about 2 to 100 μm.

(電解質層)
電解質層13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。
(Electrolyte layer)
As the electrolyte constituting the electrolyte layer 13, a liquid electrolyte or a polymer electrolyte can be used.

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

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真性ポリマー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 an intrinsic polymer 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)、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。   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), and copolymers thereof. In such polyalkylene oxide polymers, electrolyte salts such as lithium salts can be well dissolved.

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.

真性ポリマー電解質は、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、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が真性ポリマー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 intrinsic polymer electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the matrix polymer, and does not include an organic solvent that is a plasticizer. Therefore, when the electrolyte layer is composed of an intrinsic polymer electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the reliability of the battery can be improved.

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

(最外層集電体)
最外層集電体の材質としては、例えば、金属や導電性高分子が採用されうる。電気の取り出しやすさの観点からは、好適には金属材料が用いられる。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、電池作動電位という観点からは、アルミニウム、銅が好ましい。
(Outermost layer current collector)
As the material of the outermost layer current collector, for example, a metal or a conductive polymer can be adopted. From the viewpoint of ease of taking out electricity, a metal material is preferably used. 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 and copper are preferable from the viewpoints of electron conductivity and battery operating potential.

(タブおよびリード)
電池外部に電流を取り出す目的で、タブを用いてもよい。タブは最外層集電体や集電板に電気的に接続され、電池外装材であるラミネートシートの外部に取り出される。
(Tabs and leads)
A tab may be used for the purpose of taking out the current outside the battery. The tab is electrically connected to the outermost layer current collector or current collector plate, and is taken out of the laminate sheet which is a battery exterior material.

タブを構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用のタブ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。タブ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。なお、正極タブと負極タブとでは、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。   The material which comprises a tab in particular is not restrict | limited, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a tab for lithium ion secondary batteries can be used. As a constituent material of the tab, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable, and aluminum, copper, and the like are more preferable from the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity. Is preferred. Note that the same material may be used for the positive electrode tab and the negative electrode tab, or different materials may be used.

正極端子リードおよび負極端子リードに関しても、必要に応じて使用する。正極端子リードおよび負極端子リードの材料は、公知のリチウムイオン二次電池で用いられる端子リードを用いることができる。なお、電池外装材29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。   The positive terminal lead and the negative terminal lead are also used as necessary. As the material of the positive terminal lead and the negative terminal lead, a terminal lead used in a known lithium ion secondary battery can be used. It should be noted that the part taken out from the battery outer packaging material 29 has a heat insulating property so as not to affect the product (for example, automobile parts, particularly electronic devices) by contacting with 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29としては、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(電池要素)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、PP、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。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。
(Battery exterior material)
As the battery exterior material 29, a known metal can case can be used, and a bag-like case using a laminate film containing aluminum that can cover a power generation element (battery element) can be used. For example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used as the laminate film, but the laminate film is not limited thereto. A laminate film is desirable from the viewpoint that it is excellent in high output and cooling performance, and can be suitably used for a battery for large equipment for EV and HEV.

(絶縁部)
絶縁部31は、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止する。また、絶縁部31は、電池内で隣り合う集電体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。
(Insulation part)
The insulating part 31 prevents a liquid junction due to leakage of the electrolytic solution from the electrolyte layer 17. In addition, the insulating part 31 prevents the adjacent current collectors in the battery from coming into contact with each other or the occurrence of a short circuit due to a slight irregularity at the end of the unit cell layer 19 in the power generation element 21. Is provided.

絶縁部31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などを有するものであればよい。例えば、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、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が、絶縁部31の構成材料として好ましく用いられる。   The material constituting the insulating portion 31 may have insulating properties, sealing properties against falling off of the solid electrolyte, sealing properties against moisture permeation from the outside (sealing properties), heat resistance at the battery operating temperature, and the like. That's fine. For example, urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber and the like can be used. Among these, polyethylene resin and polypropylene resin are preferably used as the constituent material of the insulating portion 31 from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming property), economy, and the like.

なお、上記の双極型電池は、従来公知の製造方法により製造することができる。   In addition, said bipolar battery can be manufactured by a conventionally well-known manufacturing method.

<双極型電池の外観構成>
図7は、双極型電池の代表的な形態である積層型の扁平な双極型のリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
<Appearance structure of bipolar battery>
FIG. 7 is a perspective view showing the appearance of a laminated flat bipolar lithium ion secondary battery which is a typical form of a bipolar battery.

図7に示すように、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池50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タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素(電池要素)57は、リチウムイオン二次電池50の電池外装材52によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素(電池要素)57は、正極集電板58および負極集電板59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素(電池要素)57は、先に説明した図1に示す双極型のリチウムイオン二次電池10の発電要素(電池要素)21に相当するものである。正極(正極活物質層)13、電解質層17および負極(負極活物質層)15で構成される単電池層(単セル)19が複数積層されたものである。   As shown in FIG. 7, the laminated flat lithium ion secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59 for taking out electric power from both sides thereof. Has been pulled out. The power generation element (battery element) 57 is wrapped by the battery outer packaging material 52 of the lithium ion secondary battery 50, and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element (battery element) 57 includes the positive current collector plate 58 and the negative electrode The current collector plate 59 is sealed in a state of being pulled out. Here, the power generation element (battery element) 57 corresponds to the power generation element (battery element) 21 of the bipolar lithium ion secondary battery 10 shown in FIG. 1 described above. A plurality of single battery layers (single cells) 19 composed of a positive electrode (positive electrode active material layer) 13, an electrolyte layer 17, and a negative electrode (negative electrode active material layer) 15 are laminated.

なお、上記リチウムイオン電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン電池では、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。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素(電池要素)がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。   The lithium ion battery is not limited to a stacked flat shape. The wound lithium ion battery may have a cylindrical shape, or may be a rectangular flat shape obtained by deforming such a cylindrical shape. In the said cylindrical shape thing, a laminate film may be used for the exterior material, and the conventional cylindrical can (metal can) may be used, for example, It does not restrict | limit. Preferably, the power generation element (battery element) is covered with an aluminum laminate film. With this configuration, weight reduction can be achieved.

また、図7に示す集電板58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極集電板58と負極集電板59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58と負極集電板59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7に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、集電板に変えて、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 removal of the current collecting plates 58 and 59 shown in FIG. 7 is not particularly limited. The positive electrode current collector plate 58 and the negative electrode current collector plate 59 may be drawn from the same side, or the positive electrode current collector plate 58 and the negative electrode current collector plate 59 may be divided into a plurality of parts and taken out from each side. It is not limited to the one shown in FIG. Further, in a wound type lithium ion battery, instead of the current collector plate, for example, a terminal may be formed using a cylindrical can (metal can).

上記リチウムイオン電池は、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 lithium ion battery is suitable as a power source for driving a vehicle or an auxiliary power source 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, etc. Can be used.

2 導電性を有する樹脂層、
3、3a リチウム含有層、
4、4a リチウム吸蔵層、
10、50 双極型リチウムイオン二次電池、
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、57 発電要素、
23 双極型電極、
25、58 正極集電板、
27、59 負極集電板、
29、52 電池外装材、
31 絶縁部。
2 resin layer having conductivity,
3, 3a lithium-containing layer,
4, 4a lithium storage layer,
10, 50 Bipolar lithium ion 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, 57 power generation element,
23 Bipolar electrode,
25, 58 positive current collector,
27, 59 negative electrode current collector plate,
29, 52 Battery exterior material,
31 Insulation part.

Claims (7)

導電性を有する樹脂層を含み、前記導電性を有する樹脂層がリチウム含有層を含む、双極型二次電池用集電体。   A current collector for a bipolar secondary battery, comprising a resin layer having conductivity, wherein the resin layer having conductivity comprises a lithium-containing layer. 前記導電性を有する樹脂層は、高分子材料としてポリイミドを含む、請求項1に記載の双極型二次電池用集電体。   The current collector for a bipolar secondary battery according to claim 1, wherein the resin layer having conductivity includes polyimide as a polymer material. 前記リチウム含有層の厚みが、0.01〜3.0μmである、請求項1または2に記載の双極型二次電池用集電体。   The current collector for a bipolar secondary battery according to claim 1, wherein the lithium-containing layer has a thickness of 0.01 to 3.0 μm. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の双極型二次電池用集電体と、
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、を含み、
前記リチウム含有層が、前記導電性を有する樹脂層の厚み方向における中心位置よりも負極活物質層に近い領域に形成されてなる、双極型二次電池用電極。
The current collector for a bipolar secondary battery according to any one of claims 1 to 3,
A positive electrode active material layer formed on one surface of the current collector;
A negative electrode active material layer formed on the other surface of the current collector,
The bipolar secondary battery electrode, wherein the lithium-containing layer is formed in a region closer to the negative electrode active material layer than a center position in the thickness direction of the conductive resin layer.
前記双極型二次電池用電極を負極活物質層の側からみたとき、前記リチウム含有層が形成された領域が、前記負極活物質層が形成された領域を完全に覆う、請求項4に記載の双極型二次電池用電極。   The region in which the lithium-containing layer is formed completely covers the region in which the negative electrode active material layer is formed when the bipolar secondary battery electrode is viewed from the negative electrode active material layer side. Bipolar secondary battery electrode. 前記リチウム含有層層が、導電性を有する樹脂を介して複数積層され、前記リチウム含有層の厚みは、前記負極活物質層に近づくほど厚い、請求項4または5に記載の双極型二次電池用電極。   6. The bipolar secondary battery according to claim 4, wherein a plurality of the lithium-containing layer layers are laminated via a conductive resin, and the thickness of the lithium-containing layer is thicker as it approaches the negative electrode active material layer. Electrode. 請求項4〜6のいずれか1項に記載の双極型二次電池用電極を含む、双極型二次電池。   A bipolar secondary battery comprising the electrode for a bipolar secondary battery according to any one of claims 4 to 6.
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