JP2013069549A - Bipolar battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent an occurrence of an abnormal condition of a battery due to internal short circuit.SOLUTION: A bipolar battery comprises: an outer packaging body (30); and a power generation element (10) housed in the outer packaging body, while the power generation element comprises: a bipolar electrode (11); and an electrolyte layer (12) which are laminated. In the bipolar battery, the bipolar electrode (11) comprises: a positive electrode (42); a negative electrode (43); and a collector (41) arranged between the positive electrode and the negative electrode. The collector (41) comprises: a first layered part (41a); and a second layered part (41b) which can be spatially separated each other in the lamination direction.

Description

本発明は、双極型の電極を有する双極型電池に関する。   The present invention relates to a bipolar battery having a bipolar electrode.

特許文献１の従来技術において、電池の軽量化のために、集電体の一部が樹脂層になっている。そして、樹脂層のみでは、イオンに対するバリア性が充分でないため、集電体において金属層が両側の樹脂層の中間に配置され、集電体の劣化が抑制できる。   In the prior art of Patent Document 1, a part of the current collector is a resin layer in order to reduce the weight of the battery. Since the barrier property against ions is not sufficient with only the resin layer, the metal layer is arranged in the middle of the resin layers on both sides of the current collector, and the deterioration of the current collector can be suppressed.

特開２０１０−９２６６４号公報JP 2010-92664 A

しかし、内部短絡等の異常時には、電気抵抗の低い金属層が集電体に存在するために、短絡が生じた短絡部に電流が集中し、電池の発熱等の異常な状態が生じる。   However, in the event of an abnormality such as an internal short circuit, a metal layer having a low electrical resistance is present in the current collector, so that current concentrates on the short circuit part where the short circuit has occurred and an abnormal state such as heat generation of the battery occurs.

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、内部短絡によって電池の異常な状態が生じること防止することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and an object thereof is to prevent an abnormal state of a battery from being caused by an internal short circuit.

本発明のある態様に係る双極型電池は、外装体と前記外装体に収容された発電要素とを含み、前記発電要素は積層された双極型電極と電解質層とを備える。前記双極型電極は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置される集電体と、を備える。前記集電体は、前記積層方向において空間的に離れ得る第一の層状部分と第二の層状部分を備える。   A bipolar battery according to an aspect of the present invention includes an exterior body and a power generation element accommodated in the exterior body, and the power generation element includes a stacked bipolar electrode and an electrolyte layer. The bipolar electrode includes a positive electrode, a negative electrode, and a current collector disposed between the positive electrode and the negative electrode. The current collector includes a first layered portion and a second layered portion that can be spatially separated in the stacking direction.

本発明によれば、短絡電流が抑制され、内部短絡によって電池の異常な状態が生じること防止できる。   According to the present invention, the short-circuit current is suppressed, and an abnormal state of the battery can be prevented from being caused by the internal short circuit.

各実施形態に係る双極型電池を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the bipolar battery which concerns on each embodiment. 第一実施形態に係る発電要素（積層体）の通常時の一部断面図である。It is a partial cross section figure at the normal time of the electric power generation element (laminated body) which concerns on 1st embodiment. 第一実施形態に係る発電要素（積層体）の異常時の一部断面図である。It is a partial cross section figure at the time of abnormality of the electric power generation element (laminated body) which concerns on 1st embodiment. 従来技術に係る発電要素の異常時の短絡電流の流れと等価回路を示す一部断面図である。It is a partial cross section figure which shows the flow of the short circuit current at the time of abnormality of the electric power generation element which concerns on a prior art, and an equivalent circuit. 第一実施形態に係る発電要素の異常時の短絡電流の流れと等価回路を示す一部断面図である。なお、等価回路において、電気抵抗が大きい場合にその抵抗の記号は大きく示されている。It is a partial cross section figure which shows the flow of the short circuit current at the time of abnormality of the electric power generation element which concerns on 1st embodiment, and an equivalent circuit. In the equivalent circuit, when the electrical resistance is large, the symbol of the resistance is greatly shown. 第二実施形態に係る発電要素の異常時の一部断面図である。It is a partial cross section figure at the time of abnormality of the electric power generation element which concerns on 2nd embodiment. 第二実施形態に係る発電要素の異常時の短絡電流の流れと等価回路を示す一部断面図である。なお、等価回路において、電気抵抗が大きい場合にその抵抗の記号は大きく示されている。It is a partial cross section figure which shows the flow of the short circuit current at the time of abnormality of the electric power generation element which concerns on 2nd embodiment, and an equivalent circuit. In the equivalent circuit, when the electrical resistance is large, the symbol of the resistance is greatly shown. 第三実施形態に係る発電要素の異常時の一部断面図である。It is a partial cross section figure at the time of abnormality of the electric power generation element which concerns on 3rd embodiment. 第三実施形態に係る発電要素の異常時の短絡電流の流れと等価回路を示す一部断面図である。なお、等価回路において、電気抵抗が大きい場合にその抵抗の記号は大きく示されている。It is a partial cross section figure which shows the flow of the short circuit current at the time of abnormality of the electric power generation element which concerns on 3rd embodiment, and an equivalent circuit. In the equivalent circuit, when the electrical resistance is large, the symbol of the resistance is greatly shown. 第三実施形態に係る集電体の第一の金属層と第二の金属層の間の面圧と電気抵抗（接触抵抗）の関係を示す。The relationship between the surface pressure and the electrical resistance (contact resistance) between the 1st metal layer and 2nd metal layer of the electrical power collector which concern on 3rd embodiment is shown. 比較例に係る双極型電池の構造を示す一部断面図である。It is a partial cross section figure which shows the structure of the bipolar battery which concerns on a comparative example. 第三実施形態と比較例の充放電時（通常時）の電池内部抵抗を示す図である。It is a figure which shows battery internal resistance at the time of charging / discharging (normal time) of 3rd embodiment and a comparative example.

以下では図面を参照して本発明を実施するための形態について、さらに詳しく説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

＜第一実施形態＞
図１は、各実施形態に係る双極型電池を示す縦断面図である。双極型電池１は、発電を行う発電要素１０と、電池外部との電流の入出力を行う端子である電極タブ２０と、発電要素１０を収容する外装体（ケース）３０と、を含む。発電要素１０は、双極型電極１１と、隣り合う双極型電極１１の間に配置される電解質層（セパレータ）１２と、シール１３と、を含む。発電要素１０は、複数の双極型電極１１と複数の電解質層１２が積層された積層体である。以下、双極型電池１がリチウムイオン電池である場合を説明するが、他の種類の電池でもよい。 <First embodiment>
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a bipolar battery according to each embodiment. The bipolar battery 1 includes a power generation element 10 that generates power, an electrode tab 20 that is a terminal that inputs and outputs current from the outside of the battery, and an exterior body (case) 30 that houses the power generation element 10. The power generation element 10 includes a bipolar electrode 11, an electrolyte layer (separator) 12 disposed between adjacent bipolar electrodes 11, and a seal 13. The power generation element 10 is a laminated body in which a plurality of bipolar electrodes 11 and a plurality of electrolyte layers 12 are laminated. Hereinafter, although the case where the bipolar battery 1 is a lithium ion battery will be described, other types of batteries may be used.

双極型電極１１は、集電体４１と、正極４２と、負極４３と、を含む。正極４２は、集電体４１の片側の面(図１では上面)に形成される。負極４３は、集電体４１の反対側の面(図１では下面)に形成される。従って、集電体４１は、正極４２と負極４３との間に配置される。通常、正極４２と負極４３は、塗工によって集電体４１の面上に形成される。正極４２は、充電時にイオン（ここではリチウムイオン）を放出し放電時にイオンを吸蔵する材料を正極活物質として含む。負極４３は、充電時にイオン（ここではリチウムイオン）を吸蔵し放電時にイオンを放出する材料を負極活物質として含む。イオンの種類は、特に限定されない。   The bipolar electrode 11 includes a current collector 41, a positive electrode 42, and a negative electrode 43. The positive electrode 42 is formed on one surface (the upper surface in FIG. 1) of the current collector 41. The negative electrode 43 is formed on the opposite surface of the current collector 41 (the lower surface in FIG. 1). Therefore, the current collector 41 is disposed between the positive electrode 42 and the negative electrode 43. Usually, the positive electrode 42 and the negative electrode 43 are formed on the surface of the current collector 41 by coating. The positive electrode 42 includes, as a positive electrode active material, a material that releases ions (here, lithium ions) during charging and occludes ions during discharging. The negative electrode 43 includes, as a negative electrode active material, a material that occludes ions (here, lithium ions) during charge and releases ions during discharge. The kind of ion is not particularly limited.

正極活物質の例としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物であるリチウム−遷移金属複合酸化物が挙げられる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したものなどである。このような正極活物質は、単独で使用されても、２種以上の混合物で使用されてもよい。 An example of the positive electrode active material is a lithium-transition metal composite oxide that is a composite oxide of a transition metal and lithium. Specifically, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, Li · Mn-based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4, Li · such LiFeO 2 Fe-based composite oxides and those obtained by replacing some of these transition metals with other elements. Such a positive electrode active material may be used alone or in a mixture of two or more.

負極活物質の例としては、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料など、ＳｉやＳｎなどの金属、あるいはＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、もしくはＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｎＯ２などの金属酸化物、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４もしくはＬｉ７ＭｎＮなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物が挙げられる。 Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, or hard carbon, metals such as Si and Sn, TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , or metal oxides such as SiO 2 , SiO, SnO 2 , and composite oxides of lithium and transition metals such as Li 4/3 Ti 5/3 O 4 or Li 7 MnN.

電解質層１２は、例えば、電解液を保持する微多孔性のセパレータである。セパレータの例として、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂を材料とする微多孔性の樹脂膜が挙げられる。電解質層１２は、片側の面において正極４２に接し、正極４２と反対側の面において負極４３に接する。電解液は、非水系の電解液であり、有機液体溶媒にリチウム塩の溶質を溶かしたものである。例えば、電解液として、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を混合した溶媒に、リチウム塩としてＬｉＰＦ６を溶解させたものが用いられてよい。 The electrolyte layer 12 is, for example, a microporous separator that holds an electrolytic solution. Examples of the separator include a microporous resin film made of polyethylene resin or polypropylene resin. The electrolyte layer 12 is in contact with the positive electrode 42 on one surface, and is in contact with the negative electrode 43 on the surface opposite to the positive electrode 42. The electrolytic solution is a nonaqueous electrolytic solution in which a solute of lithium salt is dissolved in an organic liquid solvent. For example, an electrolytic solution obtained by dissolving LiPF 6 as a lithium salt in a solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) may be used.

シール１３は、上下の集電体４１の間であって、正極４２、負極４３及び電解質層１２の周囲に配置される。シール１３は、集電体同士の接触や単電池層の端部における短絡を防止する。シール１３の材料は、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴム、ナイロン樹脂等が挙げられる。   The seal 13 is disposed between the upper and lower current collectors 41 and around the positive electrode 42, the negative electrode 43, and the electrolyte layer 12. The seal 13 prevents contact between the current collectors and a short circuit at the end of the unit cell layer. Examples of the material of the seal 13 include acrylic resin, urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber, nylon resin, and the like.

電極タブ２０は、発電要素（積層体）１０に当接する金属部２１を含む。金属部２１は、外力が作用するか否かによって変形可能な弾性部材であってもよい。電極タブ２０の一端は、外装体３０の外部に露出する。電極タブ２０は、たとえば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金などで形成される。正極の電極タブ２０及び負極の電極タブ２０は、同一の材質であっても、異なる材質であってもよい。さらに材質の異なるものを多層に積層したものであってもよい。   The electrode tab 20 includes a metal portion 21 that abuts against the power generation element (laminated body) 10. The metal part 21 may be an elastic member that can be deformed depending on whether an external force is applied. One end of the electrode tab 20 is exposed to the outside of the exterior body 30. The electrode tab 20 is formed of, for example, aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), or an alloy thereof. The positive electrode tab 20 and the negative electrode tab 20 may be made of the same material or different materials. Further, different materials may be laminated in multiple layers.

外装体３０は、発電要素１０を収容する。外装体３０は、柔軟で変形可能である。外装体３０の材料は、種々考えられるが、たとえば、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属（合金を含む）を、ポリプロピレンフィルムで被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムのシート材である。外装体３０は、発電要素１０を収容した後、周囲が熱融着にて接合される。図１に示された組み立てられた状態では、外装体３０の内部は、大気圧よりも低く、ほぼ真空である。   The exterior body 30 houses the power generation element 10. The exterior body 30 is flexible and deformable. Various materials can be considered for the outer package 30. For example, the outer package 30 is a sheet material of a polymer-metal composite laminate film in which a metal (including an alloy) such as aluminum, stainless steel, nickel, or copper is covered with a polypropylene film. After housing the power generating element 10, the exterior body 30 is joined to the periphery by thermal fusion. In the assembled state shown in FIG. 1, the interior of the exterior body 30 is lower than atmospheric pressure and is almost vacuum.

外装体３０は、内部気圧が大気圧よりも低い状態、たとえばほぼ真空状態で密封されるため、外装体３０には、外装体３０の外部と内部との差圧（大気圧）が作用する。このため、双極型電池１の通常状態で、外装体３０は、電極タブ２０の金属部２１を介して発電要素１０に外力を付加して、積層方向最外面において発電要素１０を押圧する。   Since the exterior body 30 is sealed in a state where the internal pressure is lower than the atmospheric pressure, for example, in a substantially vacuum state, a differential pressure (atmospheric pressure) between the outside and the inside of the exterior body 30 acts on the exterior body 30. For this reason, in the normal state of the bipolar battery 1, the exterior body 30 applies an external force to the power generation element 10 via the metal portion 21 of the electrode tab 20 and presses the power generation element 10 on the outermost surface in the stacking direction.

以下に、図２と図３を参照して本実施形態の特徴である集電体４１の構成について説明する。   The configuration of the current collector 41, which is a feature of this embodiment, will be described below with reference to FIGS.

図２は、発電要素（積層体）１０の一部断面図を示す。集電体４１は、導電性を有する第一の樹脂層１０１と、導電性を有する第二の樹脂層１０２と、第一の樹脂層１０１と第二の樹脂層１０２との間に配置される金属層１０３とを備える。第一の樹脂層１０１は、双極型電極１１の正極４２に接する。本実施形態では、正極４２の第一の樹脂層１０１への塗工によって、第一の樹脂層１０１と正極４２は接合している。第二の樹脂層１０２は、双極型電極１１の負極４３に接する。本実施形態では、負極４３の第二の樹脂層１０２への塗工によって、第二の樹脂層１０２と負極４３は接合している。   FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the power generation element (laminated body) 10. The current collector 41 is disposed between the first resin layer 101 having conductivity, the second resin layer 102 having conductivity, and the first resin layer 101 and the second resin layer 102. A metal layer 103. The first resin layer 101 is in contact with the positive electrode 42 of the bipolar electrode 11. In the present embodiment, the first resin layer 101 and the positive electrode 42 are joined by applying the positive electrode 42 to the first resin layer 101. The second resin layer 102 is in contact with the negative electrode 43 of the bipolar electrode 11. In the present embodiment, the second resin layer 102 and the negative electrode 43 are joined by applying the negative electrode 43 to the second resin layer 102.

第一の樹脂層１０１と第二の樹脂層１０２は、導電性フィラー（金属成分）が添加された樹脂を用いて形成されている。本実施形態では、第一の樹脂層１０１を構成する樹脂として、ポリイミドが使用され、第二の樹脂層１０２を構成する樹脂として、ポリオレフィンが使用される。第一の樹脂層１０１と第二の樹脂層１０２は、導電性フィラー（金属成分）を添加せず、導電性高分子樹脂で形成されてもよい。   The first resin layer 101 and the second resin layer 102 are formed using a resin to which a conductive filler (metal component) is added. In the present embodiment, polyimide is used as the resin constituting the first resin layer 101, and polyolefin is used as the resin constituting the second resin layer 102. The first resin layer 101 and the second resin layer 102 may be formed of a conductive polymer resin without adding a conductive filler (metal component).

上記の導電性フィラーとして、導電性カーボンや、銀やアルミニウムなどの金属またはその合金からなる金属フィラーが挙げられる。または、導電性フィラーとして、樹脂等の非導電性フィラーの表面を銀やアルミニウムなどの金属やその合金で被覆したフィラー等が挙げられる。   Examples of the conductive filler include conductive carbon, a metal filler made of a metal such as silver or aluminum, or an alloy thereof. Alternatively, examples of the conductive filler include a filler in which the surface of a non-conductive filler such as a resin is coated with a metal such as silver or aluminum or an alloy thereof.

図３のように、集電体４１は、積層方向において空間的に互いに離れるように移動できる第一の層状部分４１ａ（第一の板状部分）と第二の層状部分４１ｂ（第二の板状部分）とを備える。第一の層状部分４１ａは、第一の樹脂層１０１とこれに接合した金属層１０３から構成される。第二の層状部分４１ｂは、第二の樹脂層１０２から構成される。   As shown in FIG. 3, the current collector 41 includes a first layered portion 41a (first plate-like portion) and a second layered portion 41b (second plate) that can move spatially away from each other in the stacking direction. Shaped portion). The first layered portion 41a is composed of a first resin layer 101 and a metal layer 103 bonded thereto. The second layered portion 41 b is composed of the second resin layer 102.

金属層１０３は、第一の樹脂層１０１上において正極４２が形成された面とは反対側の面上で、金属（ここでは銅）のスパッタや蒸着などによって形成される。従って、第一の樹脂層１０１と金属層１０３は、物理的及び／又は化学的に接合されている。なお、金属層１０３の材料としては、安価で導電性の良い銅が使用されるが、他の金属（アルミニウムなど）が使用されてもよい。第二の樹脂層１０２は、形成してから金属層１０３に、負極４３と反対側で重ねているだけであり、第二の樹脂層１０２と金属層１０３に物理的及び／又は化学的に接合されていない。従って、第一の層状部分４１ａと第二の層状部分４１ｂは、金属層１０３と第二の樹脂層１０２との間で空間的に分離されて隙間を生じ、互いに非接触とすることができる。なお、図３は、異常時の集電体４１の構成を示し、通常時において、金属層１０３と第二の樹脂層１０２は接している。   The metal layer 103 is formed by sputtering or vapor deposition of metal (here, copper) on the surface opposite to the surface on which the positive electrode 42 is formed on the first resin layer 101. Therefore, the first resin layer 101 and the metal layer 103 are physically and / or chemically bonded. In addition, as a material of the metal layer 103, inexpensive and highly conductive copper is used, but other metals (such as aluminum) may be used. The second resin layer 102 is only formed on the metal layer 103 on the side opposite to the negative electrode 43 after being formed, and is physically and / or chemically bonded to the second resin layer 102 and the metal layer 103. It has not been. Therefore, the first layered portion 41a and the second layered portion 41b are spatially separated between the metal layer 103 and the second resin layer 102 to form a gap, and can be made out of contact with each other. FIG. 3 shows the configuration of the current collector 41 at the time of abnormality, and the metal layer 103 and the second resin layer 102 are in contact with each other in a normal state.

外装体３０の破損などの原因で外装体３０の内部の圧力が増加する異常時において、外装体３０の外部と内部との差圧が減少して、外装体３０から発電要素１０に加わる積層方向の外力が減少する。この場合、金属層１０３と第二の樹脂層１０２が空間的に分離され（非接触となり）、これらの間で隙間を生じ得る。特に、外装体３０の内部の真空が破れて差圧がゼロになった場合、外装体３０は膨張するため、金属層１０３と第二の樹脂層１０２は、空間的に離れ得る。   The stacking direction in which the differential pressure between the outside and inside of the exterior body 30 decreases and the power applied to the power generation element 10 from the exterior body 30 when there is an abnormality in which the pressure inside the exterior body 30 increases due to damage to the exterior body 30 or the like. The external force decreases. In this case, the metal layer 103 and the second resin layer 102 are spatially separated (not in contact), and a gap may be generated between them. In particular, when the vacuum inside the exterior body 30 is broken and the differential pressure becomes zero, the exterior body 30 expands, so that the metal layer 103 and the second resin layer 102 can be spatially separated.

樹脂層が変形して浮き上がる可能性を考慮して、外装体３０の内部の真空が解除された後に、外装体３０のサイズ（特に積層方向の長さ）は、発電要素１０のサイズ（特に積層方向の長さ）よりも大きくなるようにしてよい。そうすれば、第一の層状部分４１ａ（金属層１０３）と第二の層状部分４１ｂの接触が外れやすくなる。また、外装体３０と、電極タブ２０の金属部２１と、発電要素１０とが、接合又は接着している場合には、外装体３０が膨張すると、発電要素１０の最外面が外装体３０から引っ張られて、さらに第一の層状部分４１ａ（金属層１０３）と第二の層状部分４１ｂの接触が外れやすくなる。   In consideration of the possibility that the resin layer may be deformed and lifted, the size of the exterior body 30 (particularly the length in the stacking direction) is the size of the power generation element 10 (particularly the stacking direction) after the vacuum inside the exterior body 30 is released. (Length in the direction) may be larger. If it does so, it will become easy to remove | deviate the contact of the 1st layered part 41a (metal layer 103) and the 2nd layered part 41b. Further, when the exterior body 30, the metal portion 21 of the electrode tab 20, and the power generation element 10 are bonded or bonded, when the exterior body 30 expands, the outermost surface of the power generation element 10 is separated from the exterior body 30. By being pulled, the contact between the first layered portion 41a (metal layer 103) and the second layered portion 41b is easily released.

−作用効果−
以下に、本実施形態の作用効果をまとめて説明する。双極型電池１に内部短絡が生じる典型的な例は、双極型電池１に導電性を有する金属製の釘２００が刺さる場合である。この場合、従来技術の構成では、集電体４１において、第一の層状部分４１ａ（金属層１０３）と第二の層状部分４１ｂ（第二の樹脂層１０２）が接合されており離れないため、異常時に図４のように短絡電流が流れて、電池は発熱する。 -Effect-
Below, the effect of this embodiment is demonstrated collectively. A typical example in which an internal short circuit occurs in the bipolar battery 1 is a case where a metallic nail 200 having conductivity is pierced into the bipolar battery 1. In this case, in the configuration of the conventional technique, in the current collector 41, the first layered portion 41a (metal layer 103) and the second layered portion 41b (second resin layer 102) are joined and not separated. When an abnormality occurs, a short-circuit current flows as shown in FIG. 4, and the battery generates heat.

しかし、本実施形態では、双極型電極１１を構成する集電体４１は、外装体３０の内部の圧力が増加した場合に、積層方向において空間的に離れ得る第一の層状部分４１ａと第二の層状部分４２ｂを備える。従って、図５のように、外装体３０の破損などの原因で外装体３０の内部の圧力が増加した場合に、集電体４１において、第一の層状部分４１ａと第二の層状部分４２ｂの間で接触抵抗（電気抵抗）が増加する。そして、内部短絡の短絡電流が大幅に減少して、電池の発熱等の異常な状態が生じることが防止できる。   However, in the present embodiment, the current collector 41 constituting the bipolar electrode 11 includes the first layered portion 41a and the second layered portion 41a that can be spatially separated in the stacking direction when the pressure inside the exterior body 30 increases. The layered portion 42b is provided. Therefore, as shown in FIG. 5, when the pressure inside the exterior body 30 increases due to damage to the exterior body 30, in the current collector 41, the first layered portion 41 a and the second layered portion 42 b Between them, the contact resistance (electrical resistance) increases. And it can prevent that the short circuit current of an internal short circuit reduces significantly, and abnormal states, such as heat_generation | fever of a battery, arise.

集電体４１の第一の層状部分４１ａは、双極型電極１１の正極４２に接した導電性の第一の樹脂層１０１を備え、集電体の第二の層状部分４１ｂは、双極型電極１１の負極４３に接した第二の樹脂層１０２を備える。そして、外装体３０の内部の圧力が増加した場合に、第一の樹脂層１０１と第二の樹脂層１０２は積層方向において空間的に離れるよう移動する。この場合、第一の樹脂層１０１と第二の樹脂層１０２の間の電気抵抗が増大して、短絡電流を大幅に抑制でき、簡便に短絡電流によって電池の発熱等の異常な状態が生じることが防止できる。   The first layered portion 41a of the current collector 41 includes a conductive first resin layer 101 in contact with the positive electrode 42 of the bipolar electrode 11, and the second layered portion 41b of the current collector is a bipolar electrode. The second resin layer 102 is in contact with the negative electrode 43 of the eleventh electrode. And when the pressure inside the exterior body 30 increases, the 1st resin layer 101 and the 2nd resin layer 102 move so that it may space apart in the lamination direction. In this case, the electrical resistance between the first resin layer 101 and the second resin layer 102 is increased, so that the short circuit current can be significantly suppressed, and an abnormal state such as heat generation of the battery is easily caused by the short circuit current. Can be prevented.

集電体４１の第一の層状部分４１ａは、第一の樹脂層１０１とこれに接合した金属層１０３を備える。第一の層状部分４１ａの金属層１０３と、第二の層状部分４１ｂの第二の樹脂層１０２とが、積層方向において空間的に離れ得る。外装体３０の内部の圧力が増加する異常時には、容易に、対向した正極４２と負極４３の絶縁が可能になり、短絡電流を抑制できる。なお、金属層１０３は銅から形成される場合、通常時の内部抵抗を小さく押さえることができ、かつ電池の低コスト化が可能となる。   The first layered portion 41a of the current collector 41 includes a first resin layer 101 and a metal layer 103 bonded thereto. The metal layer 103 of the first layered portion 41a and the second resin layer 102 of the second layered portion 41b can be spatially separated in the stacking direction. At the time of an abnormality in which the pressure inside the exterior body 30 increases, the opposing positive electrode 42 and negative electrode 43 can be easily insulated, and a short-circuit current can be suppressed. When the metal layer 103 is made of copper, the internal resistance during normal operation can be kept small, and the cost of the battery can be reduced.

＜第二実施形態＞
以下に、図６を参照して第二実施形態の特徴である集電体４１の構成について説明する。第一実施形態と同じく、集電体４１は、積層方向において空間的に互いに離れるように移動できる第一の層状部分４１ａと第二の層状部分４１ｂとを備える。しかし、第一実施形態と異なり、第一の層状部分４１ａは、第一の樹脂層１０１から構成される。第二の層状部分４１ｂは、第二の樹脂層１０２とこれに接合した金属層１０３から構成される。他の構成は、第一実施形態と同じであり、説明を省略する。 <Second embodiment>
Below, with reference to FIG. 6, the structure of the electrical power collector 41 which is the characteristics of 2nd embodiment is demonstrated. As in the first embodiment, the current collector 41 includes a first layered portion 41a and a second layered portion 41b that can move spatially away from each other in the stacking direction. However, unlike the first embodiment, the first layered portion 41 a is composed of the first resin layer 101. The second layered portion 41b is composed of a second resin layer 102 and a metal layer 103 bonded thereto. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

金属層１０３は、第二の樹脂層１０２上において負極４３が形成された面とは反対側の面上で、金属（ここでは銅）のスパッタや蒸着などによって形成される。従って、第二の樹脂層１０２と金属層１０３は、物理的及び／又は化学的に接合されている。金属層１０３は、第一の樹脂層１０１と第二の樹脂層１０２との間に配置される。しかし、第一の樹脂層１０１は、形成してから金属層１０３に、正極４２と反対側で重ねているだけであり、第一の樹脂層１０１と金属層１０３に物理的及び／又は化学的に接合されていない。従って、第一の層状部分４１ａと第二の層状部分４１ｂは、金属層１０３と第一の樹脂層１０１との間で空間的に分離されて隙間を生じ、互いに非接触とすることができる。なお、図６は、異常時の集電体４１の構成を示し、通常時において、金属層１０３と第一の樹脂層１０１は接している。   The metal layer 103 is formed on the second resin layer 102 on the surface opposite to the surface on which the negative electrode 43 is formed by sputtering or vapor deposition of metal (here, copper). Therefore, the second resin layer 102 and the metal layer 103 are physically and / or chemically joined. The metal layer 103 is disposed between the first resin layer 101 and the second resin layer 102. However, after the first resin layer 101 is formed, the first resin layer 101 is merely overlapped with the metal layer 103 on the side opposite to the positive electrode 42, and is physically and / or chemically overlapped with the first resin layer 101 and the metal layer 103. It is not joined to. Accordingly, the first layered portion 41a and the second layered portion 41b are spatially separated between the metal layer 103 and the first resin layer 101 to form a gap, and can be made non-contact with each other. FIG. 6 shows the configuration of the current collector 41 at the time of abnormality, and the metal layer 103 and the first resin layer 101 are in contact with each other at normal times.

外装体３０の破損などの原因で外装体３０の内部の圧力が増加した場合に、外装体３０の外部と内部との差圧が減少して、外装体３０から発電要素１０に加わる積層方向の外力が減少する。この場合、金属層１０３と第一の樹脂層１０１は、空間的に分離され（非接触となり）、これらの間で隙間を生じ得る。特に、外装体３０の内部の真空が破れて差圧がゼロになった場合、外装体３０は膨張するため、金属層１０３と第一の樹脂層１０１は、空間的に離れ得る。   When the pressure inside the exterior body 30 increases due to damage to the exterior body 30 or the like, the differential pressure between the outside and inside of the exterior body 30 decreases, and the stacking direction applied from the exterior body 30 to the power generation element 10 increases. External force decreases. In this case, the metal layer 103 and the first resin layer 101 are spatially separated (not in contact), and a gap may be generated between them. In particular, when the vacuum inside the exterior body 30 is broken and the differential pressure becomes zero, the exterior body 30 expands, so that the metal layer 103 and the first resin layer 101 can be spatially separated.

第二実施形態によると、集電体４１の第二の層状部分４１ｂは、第二の樹脂層１０２とこれに接合した金属層１０３を備え、金属層１０３は、第一の樹脂層１０１と第二の樹脂層１０２の間に配置されている。そして、第二の層状部分４１ｂの金属層１０３と、第一の層状部分４１ａの第一の樹脂層１０１とが、積層方向において空間的に離れ得る。このため、外装体３０の内部の圧力が増加する異常時には、容易に、対向した正極４２と負極４３の絶縁が可能になり、短絡電流を抑制できる。   According to the second embodiment, the second layered portion 41b of the current collector 41 includes the second resin layer 102 and the metal layer 103 bonded thereto, and the metal layer 103 is formed with the first resin layer 101 and the first resin layer 101. It is disposed between the two resin layers 102. Then, the metal layer 103 of the second layered portion 41b and the first resin layer 101 of the first layered portion 41a can be spatially separated in the stacking direction. For this reason, when the pressure inside the exterior body 30 increases, it becomes possible to easily insulate the positive electrode 42 and the negative electrode 43 facing each other, and the short-circuit current can be suppressed.

＜第三実施形態＞
以下に、図８を参照して第三実施形態の特徴である集電体４１の構成について説明する。第一実施形態と同じく、集電体４１は、積層方向において空間的に互いに離れるように移動できる第一の層状部分４１ａと第二の層状部分４１ｂとを備える。しかし、第一実施形態と異なり、第一の層状部分４１ａは、第一の樹脂層１０１とこれに接合した第一の金属層１０３から構成される。第二の層状部分４１ｂは、第二の樹脂層１０２とこれに接合した第二の金属層１０４から構成される。第一の層状部分４１ａの第一の金属層１０３と、第二の層状部分４１ｂの第二の金属層１０４は、第一の樹脂層１０１と第二の樹脂層１０２の間に配置され、積層方向において空間的に離れ得る。なお、図８は、異常時の集電体４１の構成を示し、通常時において、第一の金属層１０３と第二の金属層１０４は接している。他の構成は、第一実施形態と同じであり、説明を省略する。 <Third embodiment>
Below, with reference to FIG. 8, the structure of the electrical power collector 41 which is the characteristics of 3rd embodiment is demonstrated. As in the first embodiment, the current collector 41 includes a first layered portion 41a and a second layered portion 41b that can move spatially away from each other in the stacking direction. However, unlike the first embodiment, the first layered portion 41a is composed of the first resin layer 101 and the first metal layer 103 bonded thereto. The second layered portion 41b includes a second resin layer 102 and a second metal layer 104 bonded thereto. The first metal layer 103 of the first layered portion 41a and the second metal layer 104 of the second layered portion 41b are disposed between the first resin layer 101 and the second resin layer 102 and laminated. Can be spatially separated in direction. FIG. 8 shows the configuration of the current collector 41 at the time of abnormality, and the first metal layer 103 and the second metal layer 104 are in contact with each other in a normal state. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

第一の金属層１０３は、第一の樹脂層１０１上において、正極４２が形成された面と反対側の面上で、金属（ここでは銅）のスパッタや蒸着などによって形成され、第一の樹脂層１０１と金属層１０３は接合されている。第二の金属層１０４は、第二の樹脂層１０２上において、負極４３が形成された面と反対側の面上で、金属（ここでは銅）のスパッタや蒸着などによって形成され、第二の樹脂層１０２と第二の金属層１０４は接合されている。しかし、第一の金属層１０３と第二の金属層１０４は、重ねているだけであり接合されていない。従って、第一の層状部分４１ａと第二の層状部分４１ｂは、第一の金属層１０３と第二の金属層１０４との間で空間的に分離されて隙間を生じ、互いに非接触とすることができる。   The first metal layer 103 is formed on the surface of the first resin layer 101 opposite to the surface on which the positive electrode 42 is formed by sputtering or vapor deposition of metal (here, copper), The resin layer 101 and the metal layer 103 are joined. The second metal layer 104 is formed on the second resin layer 102 on the surface opposite to the surface on which the negative electrode 43 is formed by sputtering or vapor deposition of metal (here, copper). The resin layer 102 and the second metal layer 104 are joined. However, the first metal layer 103 and the second metal layer 104 only overlap and are not joined. Accordingly, the first layered portion 41a and the second layered portion 41b are spatially separated between the first metal layer 103 and the second metal layer 104 to form a gap and are not in contact with each other. Can do.

外装体３０の破損などの原因で外装体３０の内部の圧力が増加した場合に、外装体３０の外部と内部との差圧が減少して、外装体３０から発電要素１０に加わる積層方向の外力が減少する。この場合、第一の金属層１０３と第二の金属層１０４は、空間的に分離され（非接触となり）、これらの間で隙間を生じ得る。特に、外装体３０の内部の真空が破れて差圧がゼロになった場合、外装体３０は膨張するため、第一の金属層１０３と第二の金属層１０４は空間的に離れ得る。   When the pressure inside the exterior body 30 increases due to damage to the exterior body 30 or the like, the differential pressure between the outside and inside of the exterior body 30 decreases, and the stacking direction applied from the exterior body 30 to the power generation element 10 increases. External force decreases. In this case, the first metal layer 103 and the second metal layer 104 are spatially separated (not in contact), and a gap may be generated between them. In particular, when the internal vacuum of the exterior body 30 is broken and the differential pressure becomes zero, the exterior body 30 expands, so that the first metal layer 103 and the second metal layer 104 can be spatially separated.

第三実施形態によると、集電体４１の第一の層状部分４１ａは、第一の樹脂層１０１とこれに接合した第一の金属層１０３を備え、集電体４１の第二の層状部分４１ｂは、第二の樹脂層１０２とこれに接合した第二の金属層１０４を備える。そして、第一の層状部分の第一の金属層１０３と、第二の層状部分の第二の金属層１０４は、第一の樹脂層１０１と第二の樹脂層１０２の間に配置され、積層方向において空間的に離れ得る。従って、外装体３０の内部の圧力が増加する異常時には、容易に、対向した正極４２と負極４３の絶縁が可能になり、短絡電流を抑制できる。   According to the third embodiment, the first layered portion 41 a of the current collector 41 includes the first resin layer 101 and the first metal layer 103 bonded thereto, and the second layered portion of the current collector 41. 41b is provided with the 2nd resin layer 102 and the 2nd metal layer 104 joined to this. The first metal layer 103 of the first layered portion and the second metal layer 104 of the second layered portion are disposed between the first resin layer 101 and the second resin layer 102 and laminated. Can be spatially separated in direction. Therefore, when the pressure inside the exterior body 30 increases, it becomes possible to easily insulate the positive electrode 42 and the negative electrode 43 facing each other and suppress a short-circuit current.

図１０に、第三実施形態に係る集電体４１の第一の金属層１０３と第二の金属層１０４との間に働く面圧と電気抵抗（接触抵抗）の関係を示す。外装体３０の内部の圧力が増加した場合に、第一の層状部分４１ａの第一の金属層１０３と第二の層状部分４１ｂの第二の金属層１０４が離れるように移動する。そして、第一の金属層１０３と第二の金属層１０４間で働く面圧が、通常時の圧力０．１Ｍｐａから、異常時の０Ｍｐａになると、電気抵抗（接触抵抗）は１０倍以上に増加する。このように、外装体３０の内部の真空が保持された通常時において、外装体３０の内部と外部の差圧が大気圧相当の０．１Ｍｐａであり、第一の金属層１０３と第二の金属層１０４は、面接触して電気抵抗が低く、充放電可能である。そして、外装体３０の内部の真空が開放された異常時には、第一の金属層１０３と第二の金属層１０４の接触面積が小さくなり、電気抵抗が１０倍以上に増加し、短絡電流が抑制される。   FIG. 10 shows the relationship between the surface pressure and the electrical resistance (contact resistance) acting between the first metal layer 103 and the second metal layer 104 of the current collector 41 according to the third embodiment. When the pressure inside the exterior body 30 increases, the first metal layer 103 of the first layered portion 41a moves away from the second metal layer 104 of the second layered portion 41b. When the surface pressure acting between the first metal layer 103 and the second metal layer 104 is changed from a normal pressure of 0.1 Mpa to an abnormal pressure of 0 Mpa, the electric resistance (contact resistance) increases by 10 times or more. To do. Thus, in a normal time when the vacuum inside the exterior body 30 is maintained, the differential pressure between the inside and the exterior of the exterior body 30 is 0.1 MPa corresponding to atmospheric pressure, and the first metal layer 103 and the second metal layer 103 The metal layer 104 is in surface contact and has low electrical resistance, and can be charged and discharged. When the vacuum inside the exterior body 30 is released, the contact area between the first metal layer 103 and the second metal layer 104 is reduced, the electrical resistance is increased 10 times or more, and the short circuit current is suppressed. Is done.

また、第三実施形態によると、第一の層状部分４１ａの第一の金属層１０３と、第二の層状部分４１ｂの第二の金属層１０４は、外装体３０の内部の真空が保持された通常時において、金属間の接触状態にある。このため、通常時においては、第一の金属層１０３と第二の金属層１０４の接触抵抗が小さく、内部抵抗を低く抑えることができる。   Further, according to the third embodiment, the first metal layer 103 of the first layered portion 41 a and the second metal layer 104 of the second layered portion 41 b are maintained in the vacuum inside the outer package 30. In a normal state, the metal is in contact. For this reason, in normal times, the contact resistance between the first metal layer 103 and the second metal layer 104 is small, and the internal resistance can be kept low.

図１１に、比較例として、従来技術に係る双極型電池の構造を示す。図１１の双極型電池は、第一実施形態の双極型電池１において、第二の樹脂層１０２と、第一の層状部分４１ａの金属層１０３がホットプレスで接合されたものに相当する。図１２に、第三実施形態と比較例の充放電時（通常時）の電池内部抵抗を示す。第三実施形態と比較例の充放電時（通常時）の電池内部抵抗は同等である。このように、第三実施形態では、集電体４１の金属層が物理的に分離した構造であっても、通常時において、双極型電池１の内部抵抗の増加を招くことがない。   FIG. 11 shows a structure of a bipolar battery according to the prior art as a comparative example. The bipolar battery of FIG. 11 corresponds to the bipolar battery 1 of the first embodiment in which the second resin layer 102 and the metal layer 103 of the first layered portion 41a are joined by hot pressing. FIG. 12 shows the battery internal resistance during charging / discharging (normal time) of the third embodiment and the comparative example. The battery internal resistance at the time of charging / discharging (normal time) of the third embodiment and the comparative example is the same. As described above, in the third embodiment, even if the metal layer of the current collector 41 is physically separated, the internal resistance of the bipolar battery 1 is not increased at normal times.

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。   Without being limited to the embodiments described above, various modifications and changes are possible within the scope of the technical idea, and it is obvious that these are also included in the technical scope of the present invention.

例えば、第一の樹脂層１０１と第二の樹脂層１０２と金属層１０３を、第一、第二、第三の層状部分とし、集電体４１は、互いに分離する第一、第二、第三の層状部分を備えてよい。金属層１０３をなくして、集電体４１は、分離可能な第一の樹脂層１０１と第二の樹脂層１０２だけから構成してもよい。双極型電池はリチウムイオン電池以外の電池であっても、本発明を適用可能である。   For example, the first resin layer 101, the second resin layer 102, and the metal layer 103 are first, second, and third layered portions, and the current collector 41 is separated from each other. Three layered portions may be provided. Without the metal layer 103, the current collector 41 may be constituted only by the separable first resin layer 101 and second resin layer 102. Even if the bipolar battery is a battery other than the lithium ion battery, the present invention can be applied.

１ 双極型電池
１０ 発電要素
１１ 双極型電極
１２ 電解質層（セパレータ）
１３ シール
２０ 電極タブ
３０ 外装体（ケース）
４１ 集電体
４１ａ 第一の層状部分
４１ｂ 第二の層状部分
４２ 正極
４３ 負極
１０１ 第一の樹脂層
１０２ 第二の樹脂層
１０３ 金属層（第一の金属層）
１０４ 第二の金属層
２００ 釘 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bipolar battery 10 Electric power generation element 11 Bipolar electrode 12 Electrolyte layer (separator)
13 Seal 20 Electrode Tab 30 Exterior Body (Case)
41 current collector 41a first layered portion 41b second layered portion 42 positive electrode
43 Negative electrode
101 First resin layer
102 Second resin layer
103 metal layer (first metal layer)
104 Second metal layer
200 nails

Claims (6)

外装体と前記外装体に収容された発電要素とを含み、前記発電要素は積層された双極型電極と電解質層とを備える双極型電池であって、
前記双極型電極は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置される集電体と、を備え、
前記集電体は、前記積層方向において空間的に離れ得る第一の層状部分と第二の層状部分を備えることを特徴とする双極型電池。 A bipolar battery including an exterior body and a power generation element housed in the exterior body, the power generation element including a stacked bipolar electrode and an electrolyte layer,
The bipolar electrode comprises a positive electrode, a negative electrode, and a current collector disposed between the positive electrode and the negative electrode,
The bipolar battery according to claim 1, wherein the current collector includes a first layered portion and a second layered portion that can be spatially separated in the stacking direction. 前記集電体の前記第一の層状部分は、前記双極型電極の正極に接した導電性の前記第一の樹脂層を備え、
前記集電体の前記第二の層状部分は、前記双極型電極の負極に接した前記第二の樹脂層を備え、
前記第一の樹脂層と前記第二の樹脂層は前記積層方向において空間的に離れるよう移動できることを特徴とする請求項１に記載の双極型電池。 The first layered portion of the current collector includes the conductive first resin layer in contact with the positive electrode of the bipolar electrode,
The second layered portion of the current collector comprises the second resin layer in contact with the negative electrode of the bipolar electrode;
The bipolar battery according to claim 1, wherein the first resin layer and the second resin layer are movable so as to be spatially separated in the stacking direction. 前記集電体の前記第一の層状部分は、前記第一の樹脂層とこれに接合した金属層を備え、前記金属層は、前記第一の樹脂層と前記第二の樹脂層の間に配置され、
前記第一の層状部分の前記金属層と、前記第二の層状部分の前記第二の樹脂層とが、前記積層方向において空間的に離れ得ることを特徴とする請求項２に記載の双極型電池。 The first layered portion of the current collector includes the first resin layer and a metal layer bonded thereto, and the metal layer is interposed between the first resin layer and the second resin layer. Arranged,
The bipolar type according to claim 2, wherein the metal layer of the first layered portion and the second resin layer of the second layered portion can be spatially separated in the stacking direction. battery. 前記集電体の前記第二の層状部分は、前記第二の樹脂層とこれに接合した金属層を備え、前記金属層は、前記第一の樹脂層と前記第二の樹脂層の間に配置され、
前記第二の層状部分の前記金属層と、前記第一の層状部分の前記第一の樹脂層とが、前記積層方向において空間的に離れ得ることを特徴とする請求項２に記載の双極型電池。 The second layered portion of the current collector includes the second resin layer and a metal layer bonded thereto, and the metal layer is interposed between the first resin layer and the second resin layer. Arranged,
The bipolar type according to claim 2, wherein the metal layer of the second layered portion and the first resin layer of the first layered portion can be spatially separated in the stacking direction. battery. 前記集電体の前記第一の層状部分は、前記第一の樹脂層とこれに接合した第一の金属層を備え、
前記集電体の前記第二の層状部分は、前記第二の樹脂層とこれに接合した第二の金属層を備え、
前記第一の層状部分の前記第一の金属層と、前記第二の層状部分の前記第二の金属層は、前記第一の樹脂層と前記第二の樹脂層の間に配置され、前記積層方向において空間的に離れ得ることを特徴とする請求項２に記載の双極型電池。 The first layered portion of the current collector includes the first resin layer and a first metal layer bonded thereto,
The second layered portion of the current collector includes the second resin layer and a second metal layer bonded thereto,
The first metal layer of the first layered portion and the second metal layer of the second layered portion are disposed between the first resin layer and the second resin layer, The bipolar battery according to claim 2, wherein the bipolar battery can be spatially separated in the stacking direction. 前記金属層は、銅から形成されることを特徴とする請求項３から５のいずれか一つに記載の双極型電池。   The bipolar battery according to claim 3, wherein the metal layer is made of copper.
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