JP2011054492A - Collector for bipolar battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a collector for a bipolar secondary battery which follows the expansion/contraction of a negative electrode. <P>SOLUTION: The collector for a bipolar secondary battery contains an elastomer and polyolefin resin. A content of the elastomer at one surface side of the collector is greater than a content of the polyolefin resin at the other surface side of the collector. <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、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用電池の開発が鋭意行われている。自動車用途の電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できるリチウムイオン二次電池に注目が集まっている。特に双極型電池の場合は、集電体を介して縦方向(電極の積層方向)に電流が流れるため、電子の伝導パスを短くでき、高出力になる。これにより、電池電圧の高い電池が構成できる。   In recent years, reduction of carbon dioxide emissions has been strongly desired for environmental protection. In the automobile industry, there is an expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of motor drive batteries that hold the key to their practical use has been carried out. ing. As batteries for automobiles, attention has been focused on lithium ion secondary batteries that can achieve high energy density and high output density. In particular, in the case of a bipolar battery, a current flows in the vertical direction (electrode stacking direction) through the current collector, so that the electron conduction path can be shortened and the output becomes high. Thereby, a battery with a high battery voltage can be constituted.

双極型電池は、正極活物質層および負極活物質層が各面に形成された集電体を構成部材として含む。集電体としては一般に金属箔が用いられてきたが、この集電体の軽量化を目的として、特許文献1では、カーボンフィラーを混合した導電性を有する樹脂を含む集電体が提案されている。   The bipolar battery includes a current collector having a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer formed on each surface as a constituent member. A metal foil has been generally used as a current collector. However, for the purpose of reducing the weight of the current collector, Patent Document 1 proposes a current collector containing a conductive resin mixed with a carbon filler. Yes.

特開2006−190649号公報JP 2006-190649 A

しかしながら、上記特許文献1に記載の集電体は、高結晶性かつ高密度である樹脂を使用している。したがって、充放電に伴う負極の膨張収縮に集電体が追従できず、負極が剥離する恐れがある。そこで、本発明は、負極の膨張収縮に対して十分に追従できる集電体を提供することを目的とする。   However, the current collector described in Patent Document 1 uses a resin having high crystallinity and high density. Therefore, the current collector cannot follow the expansion and contraction of the negative electrode accompanying charge / discharge, and the negative electrode may be peeled off. Accordingly, an object of the present invention is to provide a current collector that can sufficiently follow the expansion and contraction of the negative electrode.

本発明者らは、上記の課題に取り組み、鋭意研究を積み重ねた。その結果、集電体の一方の面側のエラストマーの含有量が、他方の面側のエラストマーの含有量よりも多い集電体を用いることにより、上記課題が解決されることを見出した。   The inventors of the present invention tackled the above-mentioned problems and accumulated intensive studies. As a result, it has been found that the above problem can be solved by using a current collector having a larger amount of elastomer on one side of the current collector than the content of elastomer on the other side.

上記の課題は、単純には、電極の膨張収縮に対応した可撓性のある(伸び歪み率の大きい)樹脂を用いることで改善可能であるが、そのような樹脂は不飽和結合を持つ構造であるため、正極電位において樹脂が分解を起こすという問題がある。この分解反応は、反応を加速させる正極電位において、集電箔内の導電性のあるカーボンフィラーと樹脂との界面で起こり、反応の活性化エネルギーが低い、特に不飽和結合部分と反応する。そこで、集電体にポリオレフィン樹脂を含有させることにより、このような問題も解消し得る。   The above problem can be improved simply by using a flexible resin (high elongation strain rate) corresponding to the expansion and contraction of the electrode, but such a resin has a structure having an unsaturated bond. Therefore, there is a problem that the resin decomposes at the positive electrode potential. This decomposition reaction occurs at the interface between the conductive carbon filler in the current collector foil and the resin at the positive electrode potential for accelerating the reaction, and reacts with an unsaturated bond portion having a low activation energy of the reaction. Therefore, such a problem can be solved by incorporating a polyolefin resin into the current collector.

双極型二次電池用集電体の一方の面側にエラストマーが多く存在することにより、この面を負極側に用いると、エラストマーが電位に対し安定に存在することができるため、負極の膨張収縮に追従し得る集電体が提供される。   Since there is a large amount of elastomer on one side of the current collector for a bipolar secondary battery, if this surface is used on the negative electrode side, the elastomer can exist stably with respect to the potential, so the expansion and contraction of the negative electrode A current collector that can follow the above is provided.

双極型リチウムイオン二次電池の構造を示す断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a bipolar lithium ion secondary battery. 好ましい実施形態である集電体を使用した双極型電極の断面概略図である。It is the cross-sectional schematic of the bipolar electrode using the electrical power collector which is preferable embodiment. 双極型リチウムイオン二次電池の外観斜視図である。1 is an external perspective view 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。しかし、以下の実施形態のみには制限されない。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. However, it is not limited only to the following embodiments. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

図1は、双極型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。   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.

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、双極型リチウムイオン二次電池10では、電池の厚さ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。   Note that the number of stacks of the unit cell layers 19 is adjusted according to a desired voltage. In the bipolar lithium ion secondary battery 10, the number of stacks of the single battery layers 19 may be reduced if a sufficient output can be secured even if the thickness of the battery is reduced as much 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.

以上、好ましい実施形態として双極型リチウムイオン二次電池を説明したが、後述する集電体を適用し得る電池は上記のものに限られない。例えば、双極型電池を構造・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。   As mentioned above, although the bipolar lithium ion secondary battery was demonstrated as preferable embodiment, the battery which can apply the electrical power collector mentioned later is not restricted above. For example, when bipolar batteries are distinguished by structure and form, they are not particularly limited, such as stacked (flat) batteries and wound (cylindrical) batteries, 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る。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. For example, a lithium ion secondary battery, a sodium ion secondary battery, a potassium ion secondary battery, a nickel metal hydride secondary battery, a nickel cadmium secondary battery, a nickel metal hydride battery, and the like can be given. A lithium ion secondary battery is preferable. 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.

(双極型二次電池用集電体)
以下、双極型二次電池用集電体について詳細に説明する。
(Current collector for bipolar secondary battery)
Hereinafter, the current collector for the bipolar secondary battery will be described in detail.

図2は双極型電極23の断面概略図である。集電体11は、正極活物質層13と接する側に、ポリオレフィン樹脂と導電材とを含むポリオレフィン樹脂層2が配置されている。また、負極活物質層15と接する側に、エラストマーと導電材とを含むエラストマー層3が配置され、集電体11はこれらの二層で構成されている。エラストマー層3は、ポリオレフィン樹脂層2よりも厚くなっている。   FIG. 2 is a schematic sectional view of the bipolar electrode 23. In the current collector 11, the polyolefin resin layer 2 including a polyolefin resin and a conductive material is disposed on the side in contact with the positive electrode active material layer 13. An elastomer layer 3 containing an elastomer and a conductive material is disposed on the side in contact with the negative electrode active material layer 15, and the current collector 11 is composed of these two layers. The elastomer layer 3 is thicker than the polyolefin resin layer 2.

従来の双極型電池、特に今後広範な応用が期待されるリチウムイオン電池においては、負極を構成する負極活物質として、炭素・黒鉛系負極材料や、リチウムと合金化しうるケイ素(Si)やスズ(Sn)等の合金系負極材料が用いられている。特に、合金系負極材料は、炭素・黒鉛系負極材料と比較して高いエネルギー密度を達成可能であり、車両用電池の候補として期待されている。   In a conventional bipolar battery, particularly a lithium ion battery that is expected to be widely applied in the future, as a negative electrode active material constituting the negative electrode, a carbon / graphite negative electrode material, silicon (Si) or tin (which can be alloyed with lithium) An alloy negative electrode material such as Sn) is used. In particular, alloy-based negative electrode materials can achieve a higher energy density than carbon / graphite-based negative electrode materials, and are expected as candidates for vehicle batteries.

上記合金系負極材料は、リチウムイオンの吸蔵・放出に伴う膨張収縮が大きい。例えば、リチウムイオンを吸蔵した場合の体積膨張は、黒鉛では約1.2倍であるのに対し、ケイ素系材料では約4倍にも達する。このように活物質が大きく膨張すると、充放電を繰り返すうちに、活物質同士の接触、または活物質層と集電体との密着性が低下する。その結果、負極活物質の割れや微粉化、または集電体からの剥離が起こり、所望のサイクル特性が得られないという問題が以前から指摘されていた。   The alloy-based negative electrode material has a large expansion and contraction associated with insertion and extraction of lithium ions. For example, volume expansion when lithium ions are occluded is about 1.2 times that of graphite, and about 4 times that of silicon-based materials. When the active material expands greatly as described above, the contact between the active materials or the adhesiveness between the active material layer and the current collector decreases as charge and discharge are repeated. As a result, it has been pointed out that the negative electrode active material is cracked, pulverized, or peeled off from the current collector, and desired cycle characteristics cannot be obtained.

充放電の際の負極活物質層の膨張収縮に樹脂を含む集電体が追従できないことは、従来の樹脂集電体に、ヤング率の高い高結晶性、高密度の樹脂を用いていたためである。負極活物質層の剥離を抑制するには、単純には、負極活物質層の膨張収縮に対応した可撓性の大きい樹脂を用いることで改善可能である。しかし、一方で、そのような樹脂は正極電位において樹脂が分解を起こすという問題があった。本発明者らは、この分解反応は、反応を加速させる正極電位において、集電体内の導電性のあるカーボン等のフィラーと樹脂との界面で起こり、反応の活性化エネルギーが低い、特に不飽和結合部分と反応することを見出した。このような分解反応が進行すると、樹脂及びカーボンフィラーの脱落が起こり、その結果、電池性能が低下する。   The current collector that contains the resin cannot follow the expansion and contraction of the negative electrode active material layer during charge and discharge because the conventional resin current collector uses a highly crystalline, high density resin with a high Young's modulus. is there. In order to suppress the peeling of the negative electrode active material layer, it can be simply improved by using a highly flexible resin corresponding to the expansion and contraction of the negative electrode active material layer. However, on the other hand, such a resin has a problem that the resin decomposes at the positive electrode potential. The present inventors have found that this decomposition reaction occurs at the interface between a filler such as conductive carbon in the current collector and the resin at the positive electrode potential that accelerates the reaction, and the activation energy of the reaction is low. It was found to react with the binding moiety. When such a decomposition reaction proceeds, the resin and the carbon filler fall off, and as a result, the battery performance decreases.

本実施形態の双極型二次電池用集電体は、エラストマーおよびポリオレフィン樹脂を含み、一方の面側の前記エラストマーの含有量が、他方の面側の前記エラストマーの含有量よりも多い。ここで、一方の面側または他方の面側とは、集電体の一方の面または他方の面に近い方の、集電体中の一定の厚さの領域をいう。集電体を双極型電極に適用したときに、前記一方の面は負極活物質層と接し、前記他方の面は正極活物質層と接する。好ましくは、集電体は、前記一方の面側の表面にエラストマーと導電材とを含むエラストマー層が存在する。また、前記他方の面側の表面にポリオレフィン樹脂と導電材とを含むポリオレフィン樹脂層が存在する。より好ましくは集電体はこれらの二層で構成され、以下では、二層で構成される好ましい実施形態について主に説明する。   The current collector for a bipolar secondary battery of the present embodiment includes an elastomer and a polyolefin resin, and the content of the elastomer on one surface side is larger than the content of the elastomer on the other surface side. Here, the one surface side or the other surface side refers to a region of a certain thickness in the current collector that is closer to one surface or the other surface of the current collector. When the current collector is applied to a bipolar electrode, the one surface is in contact with the negative electrode active material layer, and the other surface is in contact with the positive electrode active material layer. Preferably, the current collector has an elastomer layer including an elastomer and a conductive material on the surface on the one surface side. A polyolefin resin layer containing a polyolefin resin and a conductive material is present on the surface on the other side. More preferably, the current collector is composed of these two layers. In the following, preferred embodiments composed of two layers will be mainly described.

集電体の負極活物質層側にエラストマーを含有させることにより、エラストマーに可撓性があり、かつ、エラストマーが電位に対して安定に存在することができるために、集電体は負極の膨張収縮に追従できる。したがって、双極型二次電池に適用したとき、従来集電体が追従できなかったことによる、充放電時の負極の剥離が防止される。また、ポリオレフィン樹脂は単結合で構成されているため、集電体の正極活物質層側にポリオレフィン樹脂が含まれることにより、正極電位における樹脂集電体の分解反応が抑制される。よって、集電体の負極剥離の抑制と正極電位における耐性の向上とが実現され、このような集電体を双極型二次電池に使用すれば、電池のサイクル特性の向上が可能となる。   By incorporating an elastomer on the negative electrode active material layer side of the current collector, the elastomer is flexible, and the elastomer can exist stably with respect to the potential. Can follow contraction. Therefore, when applied to a bipolar secondary battery, it is possible to prevent peeling of the negative electrode during charging / discharging due to the failure of the current collector to follow. Further, since the polyolefin resin is composed of a single bond, the decomposition reaction of the resin current collector at the positive electrode potential is suppressed by including the polyolefin resin on the positive electrode active material layer side of the current collector. Therefore, suppression of negative electrode peeling of the current collector and improvement in resistance at the positive electrode potential are realized. If such a current collector is used for a bipolar secondary battery, the cycle characteristics of the battery can be improved.

エラストマー層3は、エラストマーを好ましくは50〜99質量%、より好ましくは70〜95質量%含む。双極型二次電池用集電体の負極活物質層側に含まれるエラストマーの例としては、シリコーンゴム、シリコーン変性耐熱性ゴム、天然ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ウレタンゴム、多硫化ゴム、ニトリルゴム、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体の水添物(SEBS)、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、イソプレンゴムなどが挙げられる。好ましくは、負極活物質層の膨張収縮への追従しやすさ等の点から、エチレンプロピレンゴムである。しかし、これらに限定されるわけではない。   The elastomer layer 3 preferably contains 50 to 99% by mass, more preferably 70 to 95% by mass of the elastomer. Examples of the elastomer contained in the negative electrode active material layer side of the current collector for a bipolar secondary battery include silicone rubber, silicone-modified heat-resistant rubber, natural rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, butyl rubber, butadiene rubber, and styrene-butadiene. Examples thereof include rubber, urethane rubber, polysulfide rubber, nitrile rubber, hydrogenated styrene-butadiene-styrene block copolymer (SEBS), ethylene propylene rubber, chloroprene rubber, acrylic rubber, and isoprene rubber. Of these, ethylene propylene rubber is preferable from the viewpoint of easy follow-up of expansion and contraction of the negative electrode active material layer. However, the present invention is not limited to these.

ポリオレフィン樹脂層2は、ポリオレフィン樹脂を50〜99質量%、より好ましくは70〜95質量%含む。ポリオレフィン樹脂は、直鎖もしくは分岐状のα−オレフィンまたは環状オレフィンの単独重合体、共重合体、またはそれらの混合物を意味する。例えば、直鎖状または分岐鎖状のα−オレフィンの具体例としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、ペンテン、メチルブテン、ヘキセン、メチルペンテン、メチルペンテン、エチルペンテン、ジメチルペンテン、メチルヘキセン、ジメチルヘキセン、エチルヘキセン、エチルヘキセン、オクテン、デセン、ドデセン、テトラデセン、ヘキサデセン、オクタデセン、エイコセン等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの重合体および共重合体のうち、ポリエチレン、ポリプロピレンがより好ましく、正極電位における分解防止の点から、特にポリエチレンが好ましい。同様に、ポリエチレンにポリプロピレンを1〜40質量%混合した混合樹脂も好ましく用いられる。   The polyolefin resin layer 2 contains 50 to 99% by mass, more preferably 70 to 95% by mass of a polyolefin resin. The polyolefin resin means a homopolymer or copolymer of a linear or branched α-olefin or cyclic olefin, or a mixture thereof. For example, specific examples of linear or branched α-olefins include ethylene, propylene, 1-butene, pentene, methylbutene, hexene, methylpentene, methylpentene, ethylpentene, dimethylpentene, methylhexene, dimethylhexene. , Ethylhexene, ethylhexene, octene, decene, dodecene, tetradecene, hexadecene, octadecene, eicosene and the like, but are not limited thereto. Of these polymers and copolymers, polyethylene and polypropylene are more preferred, and polyethylene is particularly preferred from the viewpoint of preventing decomposition at the positive electrode potential. Similarly, a mixed resin obtained by mixing 1 to 40% by mass of polypropylene with polyethylene is also preferably used.

双極型二次電池用集電体は、上記エラストマーおよびポリオレフィン樹脂と共に導電材(導電性フィラー)を含み得る。導電材の例としては、これに限られるものではないが、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。このうち、少量の添加で良好な導電特性を示すことから、特にケッチェンブラックが好ましい。これらカーボン材料の他には、アルミニウム粒子、SUS粒子、カーボン粒子、銀粒子、金粒子、銅粒子、チタン粒子、これらの合金粒子なども使用できる。   The current collector for a bipolar secondary battery may contain a conductive material (conductive filler) together with the elastomer and the polyolefin resin. Examples of the conductive material include, but are not limited to, acetylene black, vulcan, black pearl, carbon nanofiber, ketjen black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. It is preferable to contain at least one kind. Of these, ketjen black is particularly preferable since it exhibits good conductive properties when added in a small amount. In addition to these carbon materials, aluminum particles, SUS particles, carbon particles, silver particles, gold particles, copper particles, titanium particles, and alloy particles thereof can also be used.

導電材の含有量も特に制限はない。特に、樹脂が導電性高分子材料を含み、十分な導電性が確保できる場合は、導電材を必ずしも添加する必要はない。しかしながら、樹脂が非導電性高分子材料のみからなる場合は、導電性を付与するために導電材の添加が必須となる。この際の導電材の含有量は、非導電性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。かような量の導電材を樹脂に添加することにより、樹脂の質量増加を抑制しつつ、非導電性高分子材料にも十分な導電性を付与することができる。   The content of the conductive material is not particularly limited. In particular, when the resin includes a conductive polymer material and sufficient conductivity can be ensured, it is not always necessary to add a conductive material. However, when the resin is made of only a non-conductive polymer material, it is essential to add a conductive material in order to impart conductivity. The content of the conductive material at this time is preferably 5 to 35% by mass, more preferably 5 to 25% by mass, and further preferably 5 to 15% with respect to the total mass of the non-conductive polymer material. % By mass. By adding such an amount of conductive material to the resin, sufficient conductivity can be imparted to the non-conductive polymer material while suppressing an increase in the mass of the resin.

双極型二次電池用集電体は、上記エラストマーまたはポリオレフィン樹脂と共に、非導電性高分子材料を混合してもよい。非導電性高分子材料としては、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)、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。   The bipolar secondary battery current collector may be mixed with a non-conductive polymer material together with the elastomer or the polyolefin resin. Non-conductive polymer materials include polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamide imide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylonitrile (PAN). ), Polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), and polystyrene (PS). Such a non-conductive polymer material may have excellent potential resistance or solvent resistance.

また、上記エラストマーおよびポリオレフィン樹脂と共に、導電性高分子材料を使用してもよい。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。   Moreover, you may use a conductive polymer material with the said elastomer and polyolefin resin. 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.

上記のように双極型二次電池用集電体をエラストマー層およびポリオレフィン樹脂層の二層で構成すると、製造工程が簡便になり好ましい。これらの二層で構成する際には、各層の厚さが1〜200μmであることが好ましく、10〜100μmであることがより好ましい。各層の厚さが1〜200μmの範囲であると、厚さ方向の抵抗を十分低く抑えることができる。   As described above, it is preferable that the current collector for a bipolar secondary battery is composed of two layers of an elastomer layer and a polyolefin resin layer because the production process becomes simple. When comprised by these two layers, it is preferable that the thickness of each layer is 1-200 micrometers, and it is more preferable that it is 10-100 micrometers. When the thickness of each layer is in the range of 1 to 200 μm, the resistance in the thickness direction can be suppressed sufficiently low.

各層同士の厚さの関係は、ポリオレフィン樹脂層の厚さがエラストマー層の厚さ以下であることが好ましい。具体的には、ポリオレフィン樹脂層がエラストマー層の1/2〜1/10であることが好ましく、より好ましくは、ポリオレフィン樹脂層がエラストマー層の1/5〜1/10である。ポリオレフィン樹脂層がエラストマー層以下の厚さであると、ポリオレフィン樹脂層がより薄くなることから集電体の抵抗が低下し、好ましい。さらに、エラストマー層がより厚くなることにより、負極活物質層の膨張収縮による集電体の伸び歪み性を向上することができ、負極活物質層の膨張収縮に、集電体がより敏感に追従できる。   Regarding the relationship between the thicknesses of the layers, the thickness of the polyolefin resin layer is preferably equal to or less than the thickness of the elastomer layer. Specifically, the polyolefin resin layer is preferably 1/2 to 1/10 of the elastomer layer, and more preferably, the polyolefin resin layer is 1/5 to 1/10 of the elastomer layer. When the polyolefin resin layer has a thickness equal to or less than the elastomer layer, the polyolefin resin layer becomes thinner, which is preferable because the resistance of the current collector is reduced. Furthermore, since the elastomer layer becomes thicker, it is possible to improve the elongation strain of the current collector due to the expansion and contraction of the negative electrode active material layer, and the current collector follows the expansion and contraction of the negative electrode active material layer more sensitively. it can.

各層の面直方向の抵抗については、ポリオレフィン樹脂層の抵抗がエラストマー層の抵抗よりも大きいことが好ましい。ポリオレフィン樹脂層の面直方向の抵抗をエラストマー層より大きくすることで、集電体の正極活物質層側において、分解反応が起きる界面での反応が起きにくくなり、集電体の正極電位への耐性を向上させることができる。具体的には、好ましくはポリオレフィン樹脂層の抵抗がエラストマー層の抵抗の2〜10倍、より好ましくは、ポリオレフィン樹脂層の抵抗がエラストマー層の抵抗の5〜10倍である。   Regarding the resistance in the direction perpendicular to the surface of each layer, the resistance of the polyolefin resin layer is preferably larger than the resistance of the elastomer layer. By making the resistance in the perpendicular direction of the polyolefin resin layer greater than that of the elastomer layer, reaction at the interface where the decomposition reaction occurs on the positive electrode active material layer side of the current collector is less likely to occur, and the current to the positive electrode potential of the current collector is reduced. Resistance can be improved. Specifically, the resistance of the polyolefin resin layer is preferably 2 to 10 times that of the elastomer layer, and more preferably, the resistance of the polyolefin resin layer is 5 to 10 times that of the elastomer layer.

また、集電体全体としては、面直方向の抵抗は、好ましくは1000mΩ・cm以下であり、より好ましくは100〜300mΩ・cmである。また、集電体の平面方向の抵抗は、好ましくは10Ω・cm以上であり、より好ましくは100〜1000Ω・cmである。 Further, as a whole collector, the resistance of the orthogonal directions, preferably at 1000M · cm 2 or less, more preferably 100~300mΩ · cm 2. Further, the planar direction of the resistance of the current collector is preferably 10 [Omega · cm 2 or more, more preferably 100~1000Ω · cm 2.

単層の双極型二次電池用集電体、または、ポリオレフィン樹脂層およびエラストマー層は、それぞれ従来公知の手法により製造できる。例えば、スプレー法またはコーティング法を用いることにより製造可能である。具体的には、樹脂、導電材、添加剤等の材料を含むスラリーを調製し、これを塗布し硬化させる手法が挙げられる。あるいは、材料を従来公知の混合方法にて混合し、得られた混合物をフィルム状に成形することで得られる。また、例えば、特開2006−190649号に記載の方法のように、インクジェット方式により集電体またはそれを構成する各層を作製してもよい。   The single-layer bipolar secondary battery current collector or the polyolefin resin layer and the elastomer layer can each be produced by a conventionally known method. For example, it can be manufactured by using a spray method or a coating method. Specifically, a method of preparing a slurry containing materials such as a resin, a conductive material, and an additive, and applying and curing the slurry is exemplified. Alternatively, it can be obtained by mixing the materials by a conventionally known mixing method and molding the obtained mixture into a film. Further, for example, as in the method described in JP-A-2006-190649, the current collector or each layer constituting the current collector may be produced by an inkjet method.

ポリオレフィン樹脂層とエラストマー層とを貼り合わせる方法としては、既存の樹脂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。すなわち、ポリオレフィン樹脂層とエラストマー層とを、熱圧着によって貼り合わせる手法や、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樹脂層を形成する方法を用いてもよい。好ましくは、120〜160℃で熱融着する。3層以上の積層構造の集電体もこれらの手法を繰り返すことで、集電体を作製することができる。ただし、接着剤を使用した場合には、貼り合わせて作製した集電体の面直方向の抵抗が好ましくは1Ω・cm以下となるようにする。 As a method for laminating the polyolefin resin layer and the elastomer layer, it is possible to use an appropriate combination of existing resin thin film deposition techniques, lamination techniques, and lamination techniques. That is, a method including laminating a polyolefin resin layer and an elastomer layer by thermocompression bonding, or applying a slurry containing a polymer material or a conductive polymer material in which a conductive material is added to the surface of the ion blocking layer, and drying. Alternatively, a method of forming a resin layer may be used. Preferably, heat fusion is performed at 120 to 160 ° C. A current collector having a laminated structure of three or more layers can be produced by repeating these methods. However, when an adhesive is used, the resistance in the direction perpendicular to the surface of the current collector prepared by bonding is preferably 1 Ω · cm 2 or less.

以上、二層で構成される双極型二次電池用集電体を説明してきたが、負極活物質側および正極活物質層側で上記のような物理的または化学的機能を果たすことができれば、集電体は単一層で構成されていてもよい。集電体の負極活物質層に接する側が、負極活物質層の膨張収縮に追従する程度にエラストマーを含んでいれば、その他の樹脂を含んでもよい。同様に、正極活物質層側も、ポリオレフィン樹脂が分解反応を抑制できる程度に含まれていれば、それ以外の樹脂を含んでもよい。エラストマーとポリオレフィン樹脂とは、集電体の厚さ方向に逆の濃度勾配を有していてもよい。また、上記のように集電体がエラストマー層およびポリオレフィン樹脂層を備える場合にも、間に1以上の中間層を含んでもよい。   As described above, the bipolar secondary battery current collector composed of two layers has been described, and if the physical or chemical function as described above can be achieved on the negative electrode active material side and the positive electrode active material layer side, The current collector may be composed of a single layer. As long as the side of the current collector that is in contact with the negative electrode active material layer contains an elastomer to the extent that it follows the expansion and contraction of the negative electrode active material layer, it may contain other resins. Similarly, the positive electrode active material layer side may also contain other resins as long as the polyolefin resin is contained to such an extent that the decomposition reaction can be suppressed. The elastomer and the polyolefin resin may have opposite concentration gradients in the thickness direction of the current collector. Further, when the current collector includes the elastomer layer and the polyolefin resin layer as described above, one or more intermediate layers may be included therebetween.

本実施形態の双極型二次電池用集電体によりもたらされる効果について記載する。
(a)集電体の負極活物質層側にエラストマー層を配置することにより、充放電時の負極の膨張収縮に集電体が追従でき、負極活物質層の剥離を抑制できる。
(b)集電体の正極活物質と接触する側にポリオレフィン樹脂層を配置することにより、樹脂集電体が正極電位においても分解せず、安定して存在する。
(c)ポリオレフィン樹脂層の面直方向の抵抗をエラストマー層より大きくすることで、分解反応が起きる界面での反応が起きにくくなり、正極電位の耐性を向上させることができる。
(d)ポリオレフィン樹脂層の厚さがエラストマー層の厚さより薄いことで抵抗が下がり、電池特性を向上させることができる。また、エラストマー層をより厚くすることにより、樹脂集電体は負極活物質層の膨張収縮により追従しやすくなる。
The effects brought about by the bipolar secondary battery current collector of the present embodiment will be described.
(A) By disposing the elastomer layer on the negative electrode active material layer side of the current collector, the current collector can follow the expansion and contraction of the negative electrode during charge and discharge, and the peeling of the negative electrode active material layer can be suppressed.
(B) By disposing the polyolefin resin layer on the side of the current collector that is in contact with the positive electrode active material, the resin current collector does not decompose even at the positive electrode potential and exists stably.
(C) By making the resistance in the perpendicular direction of the polyolefin resin layer greater than that of the elastomer layer, reaction at the interface where the decomposition reaction occurs is less likely to occur, and the resistance of the positive electrode potential can be improved.
(D) When the thickness of the polyolefin resin layer is thinner than the thickness of the elastomer layer, the resistance is lowered and the battery characteristics can be improved. Further, by making the elastomer layer thicker, the resin current collector becomes easier to follow due to the expansion and contraction of the negative electrode active material layer.

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

正極活物質層は、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 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 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 is not particularly limited, but is preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output.

正極活物質層および負極活物質層は、バインダを含んでもよい。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種以上併用してもよい。   The positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer may include a binder. 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 or more.

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。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。
(Electrolyte layer)
As the electrolyte constituting the electrolyte layer, a liquid electrolyte or a polymer electrolyte can be used. 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い。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、銅などである。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 a tab, metal materials, such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), these alloys, are preferable, for example. More preferred are aluminum, copper and the like from the viewpoints of light weight, corrosion resistance, and high conductivity. 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. In addition, the parts removed from the battery exterior material should be heat-insulating so that they do not affect products (for example, automobile parts, especially electronic devices) by touching peripheral devices or wiring and causing leakage. It is preferable to coat with a heat shrinkable tube or the like.

(電池外装材)
電池外装材としては、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、PP、アルミニウム、ナイロン(登録商標)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, a 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. As the laminate film, for example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon (registered trademark) are laminated in this order can be used, 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)
絶縁部は、電解質層からの電解液の漏れによる液絡を防止する。また、絶縁部は、電池内で隣り合う集電体どうしが接触したり、発電要素における単電池層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 prevents liquid junction due to leakage of the electrolyte from the electrolyte layer. In addition, the insulating portion is provided for the purpose of preventing the adjacent current collectors in the battery from contacting each other and the occurrence of a short circuit due to a slight irregularity of the end of the cell layer in the power generation element. .

絶縁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、絶縁部の構成材料として好ましく用いられる。   As the material constituting the insulating portion, as long as it has insulating properties, sealing performance against falling off of solid electrolyte, sealing performance against moisture permeation from the outside (sealing performance), heat resistance under battery operating temperature, etc. Good. 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 from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming property), economy, and the like.

なお、上記の双極型リチウムイオン二次電池は、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 lithium ion secondary battery can be manufactured by a conventionally well-known manufacturing method.

<双極型電極>
双極型電極は、上述したように、図2に示した構造を備える。すなわち、集電体の負極活物質層側はエラストマー層が配置され、正極活物質層側はポリオレフィン樹脂層が配置されている。それにより、双極型二次電池に用いれば、充放電時の負極の剥離が防止され、かつ、正極電位における樹脂集電体の分解も抑制される。したがって、サイクル特性の向上した電池を提供できる。
(e)本実施形態の双極型電極は、充放電時に負極活物質の剥がれが抑制され、正極電位における集電体の分解が防止されるため、サイクル特性に優れた双極型電池を構成し得る。
<Bipolar electrode>
As described above, the bipolar electrode has the structure shown in FIG. That is, the elastomer layer is disposed on the negative electrode active material layer side of the current collector, and the polyolefin resin layer is disposed on the positive electrode active material layer side. Thereby, when used in a bipolar secondary battery, peeling of the negative electrode during charge / discharge is prevented, and decomposition of the resin current collector at the positive electrode potential is also suppressed. Therefore, a battery with improved cycle characteristics can be provided.
(E) Since the bipolar electrode of this embodiment suppresses peeling of the negative electrode active material during charging and discharging and prevents the current collector from being decomposed at the positive electrode potential, it can constitute a bipolar battery having excellent cycle characteristics. .

<双極型リチウムイオン二次電池の外観構成>
図3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リチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。図3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57は、正極タブ58および負極タブ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21に相当するものであり、正極活物質層13、電解質層17および負極活物質層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。
<Appearance structure of bipolar lithium ion secondary battery>
FIG. 3 is a perspective view showing an appearance of a stacked flat bipolar lithium ion secondary battery, which is a typical form of the bipolar battery. As shown in FIG. 3, the stacked 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 57 is encased 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 57 is sealed with the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 pulled out to the outside. Has been. Here, the power generation element 57 corresponds to the power generation element 21 of the bipolar lithium ion secondary battery 10 shown in FIG. 1 described above, and includes the positive electrode active material layer 13, the electrolyte layer 17, and the negative electrode active material layer. A plurality of single battery layers (single cells) 19 composed of 15 are stacked.

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ず、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。また、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, and a wound lithium ion battery may have a cylindrical shape. Further, such a cylindrical shape may be deformed to form a rectangular flat 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 is covered with an aluminum laminate film. With this configuration, weight reduction can be achieved.

また、図3に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではなく、正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出すようにしてもよい。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。   3 is not particularly limited, and the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be pulled out from the same side, or the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be pulled out. May be divided into a plurality of parts and taken out from each side. Further, in a wound type lithium ion battery, instead of a tab, 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。
(f)本実施形態の双極型リチウムイオン二次電池は、充放電時に負極活物質の剥がれが抑制され、正極電位における集電体の分解が防止されるため、サイクル特性に優れた双極型リチウムイオン二次電池となる。
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 electric vehicles, hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles, hybrid fuel cell vehicles, Can be used.
(F) The bipolar lithium ion secondary battery of the present embodiment is a bipolar lithium ion excellent in cycle characteristics because peeling of the negative electrode active material is suppressed during charging and discharging and decomposition of the current collector at the positive electrode potential is prevented. It becomes an ion secondary battery.

以下、実施例を通して双極型二次電池用集電体を説明する。   Hereinafter, a current collector for a bipolar secondary battery will be described through examples.

(実施例1)
実施例1では、双極型二次電池用集電体を、ポリオレフィン樹脂層とエラストマー層との二層構成として作製した。
Example 1
In Example 1, a current collector for a bipolar secondary battery was produced as a two-layer structure of a polyolefin resin layer and an elastomer layer.

ポリオレフィン樹脂としてポリエチレン、導電材としてケッチェンブラックを、ポリエチレンおよびケッチェンブラックの全量に対して5質量%混練し、押し出して厚さ20μmのポリオレフィン樹脂層(体積抵抗率10mΩ・m、面直方向の抵抗0.02Ω)を製造した。エラストマーとしてエチレンプロピレンゴム、導電材としてケッチェンブラックを、エチレンプロピレンゴムおよびケッチェンブラックの全量に対して7質量%を混合し、キャスト法にて厚さ80μmのエラストマー層(体積抵抗率1mΩ・m、面直方向の抵抗0.008Ω)を製造した。ポリプロピレンの層とエチレンプロピレンゴムの層とを、120〜160℃に加熱し、熱融着により貼り合わせて、集電体を完成させた。集電体の抵抗は0.028Ω(電極との接触抵抗は除く)であった。   Polyethylene as the polyolefin resin and ketjen black as the conductive material are kneaded at 5% by mass with respect to the total amount of polyethylene and ketjen black and extruded to a polyolefin resin layer having a thickness of 20 μm (volume resistivity 10 mΩ · m, in the direction perpendicular to the surface) Resistance 0.02Ω). Ethylene propylene rubber as the elastomer, Ketjen black as the conductive material, 7% by mass with respect to the total amount of ethylene propylene rubber and Ketjen black, and an elastomer layer with a thickness of 80 μm (volume resistivity 1 mΩ · m , Resistance in the direction perpendicular to the surface is 0.008Ω). The polypropylene layer and the ethylene propylene rubber layer were heated to 120 to 160 ° C. and bonded together by heat fusion to complete the current collector. The resistance of the current collector was 0.028Ω (excluding the contact resistance with the electrode).

(比較例1)
比較例1では、以下のように単層の集電体を作製した。エチレンプロピレンゴムおよび、導電材としてケッチェンブラックを、エチレンプロピレンゴムおよびケッチェンブラックの全量に対して7質量%を混合し、キャスト法にて厚さ100μmの集電体(体積抵抗率1mΩ・m、面直方向の抵抗0.01Ω)を製造した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a single-layer current collector was produced as follows. Ethylene propylene rubber and ketjen black as a conductive material are mixed in an amount of 7% by mass with respect to the total amount of ethylene propylene rubber and ketjen black, and a 100 μm thick current collector (volume resistivity 1 mΩ · m , Resistance in the direction perpendicular to the surface is 0.01Ω).

(耐電位試験)
上記のように製造した実施例1および比較例1の集電体について、以下のように耐電位試験を行った。三極式のガラスセルを使用し、対極にリチウム、参照極にリチウム、作用極には実施例1および比較例1の集電体を用い、リード線を取り付け、電解液に浸漬した。この系に4.2Vの一定の電圧を印加し、その時に流れる電流値を測定した。測定結果を以下の表1に示す。電解液には1MのLiPF溶液を用いた。作用極の幾何表面積は1.0cmであった。
(Potential test)
With respect to the current collectors of Example 1 and Comparative Example 1 manufactured as described above, a potential resistance test was performed as follows. A triode type glass cell was used, lithium was used as a counter electrode, lithium was used as a reference electrode, current collectors of Example 1 and Comparative Example 1 were used as working electrodes, lead wires were attached and immersed in an electrolyte solution. A constant voltage of 4.2 V was applied to this system, and the current value flowing at that time was measured. The measurement results are shown in Table 1 below. A 1M LiPF 6 solution was used as the electrolyte. The working electrode had a geometric surface area of 1.0 cm 2 .

Figure 2011054492
Figure 2011054492

(比較)
表1に示した結果より、ポリオレフィン樹脂層を正極側に設けることで容量(電流量 mAh)が約1/5に低減することが分かった。このことは、実施例1の集電体の充放電による樹脂の分解が、比較例1の集電体に比べて抑制されたことを示している。樹脂の分解反応に伴って電子が移動するため、分解が生じると電流値および電流量は増加するためである。ポリオレフィン樹脂は、エラストマーに比べて反応の活性化エネルギーが高く、この結果から樹脂自体が分解しにくいことが分かる。
(Comparison)
From the results shown in Table 1, it was found that the capacity (current amount mAh) was reduced to about 1/5 by providing the polyolefin resin layer on the positive electrode side. This indicates that the resin decomposition due to charging / discharging of the current collector of Example 1 was suppressed as compared with the current collector of Comparative Example 1. This is because electrons move along with the decomposition reaction of the resin, so that when the decomposition occurs, the current value and the amount of current increase. The polyolefin resin has a higher reaction activation energy than the elastomer, and it can be seen from this result that the resin itself is not easily decomposed.

(実施例2)
実施例2では、上記実施例1と同様の方法で作製した集電体を使用して、双極型二次電池を製造し、後述するサイクル試験を行った。
(Example 2)
In Example 2, a bipolar secondary battery was manufactured using a current collector produced in the same manner as in Example 1, and a cycle test described later was performed.

[電極]
アセチレンブラック(AB)(導電助剤)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)(バインダ)、平均粒子径5μmのリチウムニッケル酸化物系活物質(LiNiO)およびN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いて、正極活物質層用スラリーを作製した。各成分の配合比は、リチウムニッケル酸化物系活物質:AB:PVDF=86:6:8(質量比)とした。また、アセチレンブラック(AB)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ハードカーボン及びNMPを用いて、負極活物質層用スラリーを作製した。各成分の配合比は、ハードカーボン:AB:PVDF=85:5:10(質量比)とした。調製した正極活物質層用スラリーを双極型二次電池用集電体のポリオレフィン樹脂層上に塗布し、乾燥させることによって、厚さ30μmの正極活物質層を形成した。また、集電体のエラストマー層上に負極活物質層用スラリーを塗布し、乾燥させることによって、厚さ20μmの負極活物質層を形成した。このようにして集電体のポリオレフィン樹脂層上に正極活物質層を、エラストマー層上に負極活物質層を形成した積層体を得た。
[electrode]
Using acetylene black (AB) (conducting aid), polyvinylidene fluoride (PVDF) (binder), lithium nickel oxide-based active material (LiNiO 2 ) having an average particle size of 5 μm and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) Thus, a slurry for the positive electrode active material layer was produced. The compounding ratio of each component was lithium nickel oxide based active material: AB: PVDF = 86: 6: 8 (mass ratio). Moreover, the slurry for negative electrode active material layers was produced using acetylene black (AB), polyvinylidene fluoride (PVdF), hard carbon, and NMP. The compounding ratio of each component was set to hard carbon: AB: PVDF = 85: 5: 10 (mass ratio). The prepared slurry for positive electrode active material layer was applied on the polyolefin resin layer of the current collector for a bipolar secondary battery and dried to form a positive electrode active material layer having a thickness of 30 μm. Also, a negative electrode active material layer slurry was applied on the elastomer layer of the current collector and dried to form a negative electrode active material layer having a thickness of 20 μm. In this way, a laminate in which the positive electrode active material layer was formed on the polyolefin resin layer of the current collector and the negative electrode active material layer was formed on the elastomer layer was obtained.

[電池の作製]
得られた正極活物質層・集電体・負極活物質層の積層体を160×130mmの大きさに切り取った。次に、外縁から10mm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り、集電体であるポリオレフィン樹脂層およびエラストマー層表面を露出した。これにより、各活物質層面が140×110mmであり、外縁から10mmの外周部の集電体が露出した双極型電極を得た。
[Production of battery]
The obtained positive electrode active material layer / current collector / negative electrode active material layer laminate was cut into a size of 160 × 130 mm. Next, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer formed on the outer peripheral portion of 10 mm from the outer edge were peeled off to expose the surfaces of the polyolefin resin layer and the elastomer layer as current collectors. As a result, a bipolar electrode in which each active material layer surface was 140 × 110 mm and the current collector on the outer peripheral portion 10 mm from the outer edge was exposed was obtained.

得られた双極型電極の、正極活物質層が形成された面のポリオレフィン樹脂層露出部分(活物質未塗布部分)に、シール用シート(PP/PEN/PPを積層した3層構造品)を配置した。次に、170×140mmの樹脂系セパレータ(宇部興産製微多孔膜)を正極活物質層が形成された側の双極型電極が全て覆われるように配置した。その後、活物質未塗布部に対応するセパレータ上にシール用シートを配置し、その上から、双極型電極の負極活物質層面を重ねた。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)、の順番で積層した。最終的に、双極型電極13枚をセパレータを介して積層し、シールすることによって、単電池層が12個積層された双極型二次電池構造体を作製した。   A sheet for sealing (a three-layer structure in which PP / PEN / PP is laminated) is applied to the exposed portion (active material uncoated portion) of the polyolefin resin layer on the surface where the positive electrode active material layer is formed of the obtained bipolar electrode. Arranged. Next, a 170 × 140 mm resin separator (a microporous membrane manufactured by Ube Industries) was disposed so as to cover all the bipolar electrodes on the side where the positive electrode active material layer was formed. Then, the sheet | seat for sealing was arrange | positioned on the separator corresponding to an active material non-application part, and the negative electrode active material layer surface of the bipolar electrode was piled up from it. Thus, a 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 The stacking was performed in the order of the type electrode (negative electrode active material layer / current collector / positive electrode active material layer). Finally, 13 bipolar electrodes were laminated through a separator and sealed to produce a bipolar secondary battery structure in which 12 cell layers were laminated.

電解液として、エチレンカーボネート(EC)およびプロピレンカーボネート(PC)の等体積混合溶液にリチウム塩であるLiPFが1.0Mの濃度に溶解した溶液を準備した。そして、上記の双極型二次電池構造体を、電解液に含浸し、双極型電極間に配されたセパレータに保持させることにより、電解質層を形成した。 As an electrolytic solution, a solution in which LiPF 6 as a lithium salt was dissolved at a concentration of 1.0 M in an equal volume mixed solution of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) was prepared. And the electrolyte layer was formed by impregnating said bipolar secondary battery structure in electrolyte solution, and making it hold | maintain on the separator distribute | arranged between bipolar electrodes.

このようにして電解質層を形成後、双極型二次電池構造体を直列になるように4つ重ね、電流取り出し用のアルミタブを挟み、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することで、48直列の双極型リチウムイオン二次電池を作製した。   After forming the electrolyte layer in this manner, four bipolar secondary battery structures are stacked in series, sandwiched between aluminum tabs for current extraction, and vacuum sealed using an aluminum laminate film as an exterior material, 48 series bipolar lithium ion secondary batteries were produced.

(比較例2)
集電体として、上記比較例1と同様の方法で製造した集電体を使用した以外は、実施例2と同様にして双極型リチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A bipolar lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 2 except that a current collector produced by the same method as in Comparative Example 1 was used as the current collector.

(サイクル試験)
上記の方法で作製した実施例2および比較例2の双極型リチウムイオン二次電池について、25℃の雰囲気下、定電流方式(CC、電流:5C)で200Vまで充電した。次いで、10分間休止させた後、定電流(CC、電流:5C)で120Vまで放電し、放電後10分間休止させた。この充放電過程を1サイクルとし、20サイクルの充放電試験を行い、放電容量維持率を調べた。結果を下記の表2に示す。なお、表2において「放電容量維持率」は、1サイクル目の放電容量に対する、1、5、10、20サイクル目の放電容量の割合を表す(百分率表示)。
(Cycle test)
The bipolar lithium ion secondary batteries of Example 2 and Comparative Example 2 manufactured by the above method were charged to 200 V by a constant current method (CC, current: 5C) in an atmosphere at 25 ° C. Then, after resting for 10 minutes, it was discharged to 120 V with a constant current (CC, current: 5C), and rested for 10 minutes after the discharge. This charge / discharge process was defined as one cycle, a 20-cycle charge / discharge test was performed, and the discharge capacity retention rate was examined. The results are shown in Table 2 below. In Table 2, “discharge capacity maintenance ratio” represents the ratio of the discharge capacity at the first, fifth, tenth, and 20th cycles to the discharge capacity at the first cycle (percentage display).

Figure 2011054492
Figure 2011054492

表2の結果から分かるように、比較例2では20サイクル後には容量維持率が1/2近くに低下したが、実施例2では81.4%と高い比率で維持された。このことは、本発明の集電体の使用により、負極活物質層の剥離が抑制され、かつ、正極活物質層側の樹脂の分解が抑制されたことを示している。比較例2においては、正極活物質層側の樹脂が分解し、分解電流が流れることで樹脂中のフィラーの脱離が起こり、それに伴って正極側の電極の剥離も引き起こされる。その結果、電池性能の低下が観察されたものである。   As can be seen from the results in Table 2, in Comparative Example 2, the capacity retention rate decreased to nearly ½ after 20 cycles, but in Example 2, it was maintained at a high rate of 81.4%. This indicates that the use of the current collector of the present invention suppressed the peeling of the negative electrode active material layer and the decomposition of the resin on the positive electrode active material layer side. In Comparative Example 2, the resin on the positive electrode active material layer side is decomposed, and the decomposition current flows, so that the filler in the resin is desorbed, and accordingly, the electrode on the positive electrode side is also peeled off. As a result, a decrease in battery performance was observed.

2 ポリオレフィン樹脂層、
3 エラストマー層、
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 正極集電板、
27 負極集電板、
29、52 電池外装材、
31 絶縁部、
58 正極タブ、
59 負極タブ。
2 Polyolefin resin layer,
3 Elastomer 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 positive current collector,
27 negative current collector,
29, 52 Battery exterior material,
31 insulation,
58 positive electrode tab,
59 Negative electrode tab.

Claims (7)

エラストマーおよびポリオレフィン樹脂を含む双極型二次電池用集電体であって、
一方の面側の前記エラストマーの含有量が、他方の面側の前記エラストマーの含有量よりも多い双極型二次電池用集電体。
A current collector for a bipolar secondary battery comprising an elastomer and a polyolefin resin,
A current collector for a bipolar secondary battery in which the content of the elastomer on one side is larger than the content of the elastomer on the other side.
前記一方の面側の表面にエラストマーと導電材とを含むエラストマー層が存在する請求項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 an elastomer layer containing an elastomer and a conductive material is present on the surface on the one surface side. 前記他方の面側の表面にポリオレフィン樹脂と導電材とを含むポリオレフィン樹脂層が存在する請求項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 a polyolefin resin layer containing a polyolefin resin and a conductive material is present on the surface on the other surface side. 前記ポリオレフィン樹脂層の面直方向の抵抗が、前記エラストマー層よりも大きい請求項3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 3, wherein a resistance in a direction perpendicular to the plane of the polyolefin resin layer is larger than that of the elastomer layer. 前記ポリオレフィン樹脂層の厚さが前記エラストマー層の厚さ以下である請求項3または4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 3 or 4, wherein a thickness of the polyolefin resin layer is equal to or less than a thickness of the elastomer layer. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の双極型二次電池用集電体を用い、前記一方の面上に負極活物質層が形成され、前記他方の面上に正極活物質層が形成された双極型電極。   A current collector for a bipolar secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein a negative electrode active material layer is formed on the one surface, and a positive electrode active material layer is formed on the other surface. The formed bipolar electrode. 請求項6に記載の双極型電極を用いた双極型電池。   A bipolar battery using the bipolar electrode according to claim 6.
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