JP2024042310A - バイポーラ電極、バイポーラ電池、およびバイポーラ電極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池性能の低下および導通不良を抑制することができるバイポーラ電極を提供する。【解決手段】バイポーラ電極11は、積層方向に順に積層された、第1活物質層132、第1集電体131、中間導電体12、第2集電体141、および、第2活物質層142を備え、第1活物質層132は、第1集電体131の第1面131aに設けられており、第2活物質層142は、第2集電体141の第2主面141bに設けられており、第1集電体131の第2面131bは、中間導電体12の表面12aに接合されており、第2集電体141の第1面141aは、中間導電体12の裏面12bに接合されており、第2活物質層142は、積層方向から見た場合に第1活物質層131の内側に位置し、長さ方向において、中間導電体12の長さは、第1集電体131および第2集電体141の長さよりも長い。【選択図】図3
Description
本開示は、バイポーラ電極、バイポーラ電池およびバイポーラ電極の製造方法に関する。
従来のバイポーラ電極として、たとえば、特開2005-317468号公報(特許文献1)には、片面に正極活物質層が形成された状態でプレスされ、正極活物質層が所望の厚さに圧縮されてなる正極集電体と、片面に負極活物質層が形成された状態でプレスされ、負極活物質層が所望の厚さに圧縮されてなる負極集電体と、を有し、正極集電体の正極活物質層が形成されていない面と負極集電体の負極活物質層が形成されていない面とが対向された状態で導電性接着層によって接続された構成が開示されている。
特許文献1では、正極活物質層と負極活物質層とは同じ幅で形成されており、同様に、正極集電体および負極集電体も、正極活物質層と負極活物質層より大きい大きさで同じ幅となるように形成されている。
この場合において位置決め精度の如何によっては、正極活物質層が負極活物質層と対向しない部分が発生する。正極活物質層から放出された陽イオン(たとえば、リチウムイオン)を負極活物質層が完全に吸蔵できない場合には、デンドライトが生成することが知られている。当該デンドライトの生成は、微小短絡を招き得るため、電池性能が低下することが懸念される。
このような微小短絡を抑制し、負極括物質層の陽イオンの受入容量を十分に確保すべく、積層方向から見た場合に、正極活物質層が負極活物質層からはみ出ないように当該正極活物質層を小さく設けることが行われている。しかしながら、単に正極活物質層を小さくした場合には、正極集電体の正極活物質層が形成されていない面と負極集電体の負極活物質層が形成されていない面とを導電性接着層を介在させて積層方向にプレスする際に、積層方向から見た場合に正極活物質層から外側に露出する部分を押圧することが困難となる。
このため、積層方向から見た場合に正極活物質層から外側に露出する部分において、導電性接着層から気泡が抜けず、導通不良が発生することが懸念される。
本開示は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、電池性能の低下および導通不良を抑制することができるバイポーラ電極、バイポーラ電池、およびバイポーラ電極の製造方法を提供することにある。
本開示に基づくバイポーラ電極は、積層方向に順に積層された、第1活物質層、第1集電体、中間導電体、第2集電体、および、第2活物質層、を備える。上記中間導電体は、上記積層方向の一方側に位置する表面および上記積層方向の他方側に位置する裏面を有する。上記第1集電体は、上記積層方向の上記一方側に位置する第1面および上記積層方向の上記他方側に位置する第2面を有する。上記第2集電体は、上記積層方向の上記一方側に位置する第1主面および上記積層方向の上記他方側に位置する第2主面を有する。上記第1活物質層は、上記第1集電体の上記第1面に設けられている。上記第2活物質層は、上記第2集電体の上記第2主面に設けられている。上記第1集電体の上記第2面は、上記中間導電体の上記表面に接合されている。上記第2集電体の上記第1主面は、上記中間導電体の上記裏面に接合されている。上記積層方向に直交する長さ方向において、上記第1活物質層の長さは、上記第2活物質層の長さよりも長い。上記第2活物質層は、上記積層方向から見た場合に上記第1活物質層の内側に位置する。上記長さ方向において、上記中間導電体の長さは、上記第1集電体および上記第2集電体の長さよりも長い。
上記構成によれば、第1活物質層の長さが第2活物質層の長さよりも長く、積層方向から見た場合に、第2活物質層に第1活物質層に対向しない領域が形成されることを抑制することができる。これにより、電池性能の低下を抑制することができる。
さらに、第1活物質層が設けられた第1集電体と第2活物質層が設けられた第2集電体とを、中間導電体の表面および裏面にそれぞれ個別に接合することができるため、第1集電体の第2面と中間導電体の表面との接合状態、および第2集電体の第1主面と中間導電体の裏面との接合状態をそれぞれ安定させることができる。この結果、導通不良を抑制することができる。
また、中間導電体の長さが第1集電体および第2集電体の長さよりも長いため、第1集電体および第2集電体を中間導電体に接合する際に、第1集電体および第2集電体が中間導電体からはみ出すことを抑制することができる。
上記本開示に基づくバイポーラ電極にあっては、上記第1活物質層の密度は、上記第2活物質層の密度よりも小さくてもよい。
上記構成によれば、電池性能に適切な密度で第1活物質層および第2活物質層を設けることでき、所望の電池性能を得ることができる。
上記本開示に基づくバイポーラ電極にあっては、上記長さ方向において、上記第1集電体の長さは、上記第2集電体の長さよりも長くてもよい。
上記構成によれば、第2集電体よりも長い第1集電体に第1活物質層を設けることにより、第2活物質層よりも長い第1活物質層を確実に形成することができる。
上記本開示に基づくバイポーラ電極は、上記第1集電体の上記第2面と上記中間導電体の上記表面とを接合する第1導電性接着層と、上記第2集電体の上記第1主面と上記中間導電体の上記裏面とを接合する第2導電性接着層と、を備えていてもよい。
上記構成によれば、第1導電性接着層および第2導電性接着層を用いることにより、厚さの増加を押さえつつ、第1集電体および第2集電体を中間導電体に略均一に接合することができる。
上記本開示に基づくバイポーラ電極にあっては、上記第1導電性接着層および上記第2導電性接着層は、樹脂粉体を金属コーティングした導電性粒子を含んでいてもよい。
上記構成によれば、樹脂粉体を金属コーティングするため、金属粒子を用いる場合と比較してコストを低減しつつ、相当程度の弾力性を確保した状態で第1集電体および第2集電体を中間導電体に接合することができる。
上記本開示に基づくバイポーラ電極にあっては、上記積層方向に平行な上記第1導電性接着層および上記第2導電性接着層の厚さは、上記導電性粒子の粒子径と同程度であってもよい。
上記構成によれば、第1導電性接着層および第2導電性接着層の厚さを薄くすることで、バイポーラ電極の厚さを薄くすることができる。
上記本開示に基づくバイポーラ電極にあっては、上記中間導電体は、上記積層方向から見た場合に上記長さ方向の一方側に位置しかつ上記中間導電体の外縁の一部を構成する辺部と、上記辺部から上記長さ方向の外側に向けて突出するタブを有していてもよい。
上記構成によれば、バイポーラ電極を積層した際に、タブを電位検出用の端子として用いることができる。
本開示に基づくバイポーラ電池は、上記複数のバイポーラ電極を上記積層方向に沿って積層した積層体と、上記積層方向から見た場合に、上記第1活物質層と上記第2活物質層を囲うように上記積層体の周縁部を封止する封止体と、を備える。
上記構成によれば、上記バイポーラ電極を用いることにより、電池性能の低下および導通不良を抑制することができる。
本開示に基づくバイポーラ電極の製造方法は、第1活物質層、第1集電体、中間導電体、第2集電体、および、第2活物質層を積層方向に積層する工程を備える。上記積層する工程は、互いに表裏関係にある第1面および第2面を有する上記第1集電体の上記第1面に第1活物質層を形成する工程と、互いに表裏関係にある第1主面および第2主面を有する上記第2集電体の上記第2主面に、上記第2活物質層を形成する工程と、上記中間導電体の表面に上記第2面を接合する工程と、上記中間導電体の裏面に上記第1主面を接合する工程と、を含む。上記第2活物質層を形成する工程において、上記積層方向に直交する長さ方向における上記第2活物質層の長さが、上記第1活物質層よりも短くなるように、上記第2活物質層を形成する。上記第2集電体の上記第1面を接合する工程において、上記積層方向から見た場合に、上記第2活物質層が上記第1活物質層の内側に位置するように、上記第2集電体を接合する。上記中間導電体として、上記第1集電体および上記第2集電体よりも長さが長いものを用いる。
上記構成によれば、第1活物質層の長さが第2活物質層の長さよりも長いため、積層方向から見た場合に第2活物質層に第1活物質層に対向しない領域が形成されることを抑制することができる。これにより、電池性能の低下を抑制することができる。
さらに、第1活物質層が設けられた第1集電体と、第2活物質層が設けられた第2集電体とを個別に中間導電体の表面および裏面にそれぞれ接合することができるため、第1集電体の第2面と中間導電体の表面との接合状態、および第2集電体の第1主面と中間導電体の裏面との接合状態をそれぞれ安定させることができる。この結果、導通不良を抑制することができる。さらに、中間導電体の長さが第1集電体および第2集電体の長さよりも長いため、第1集電体および第2集電体を中間導電体に接合する際に、第1集電体および第2集電体が中間導電体からはみ出すことを抑制することができる。
上記本開示に基づくバイポーラ電極の製造方法にあっては、上記第1活物質層を形成する工程は、上記第1集電体の上記第1面に塗布された第1活物質層をプレスする工程を含んいてもよく、上記第2活物質層を形成する工程は、上記第1集電体の上記第1面に塗布された第2活物質層をプレスする工程を含んでいてもよい。この場合には、上記第2活物質層をプレスする圧力は、上記第1活物質層をプレスする圧力よりも大きいことが好ましい。
上記構成によれば、電池性能に適切な密度で第1活物質層および第2活物質層を設けることでき、所望の電池性能を得ることができる。
上記本開示に基づくバイポーラ電極の製造方法にあっては、上記第1集電体の上記第2面を接合する工程は、第1導電性接着層を上記第2面に塗布する工程と、塗布された上記第1導電性接着層を上記中間導電体の上記表面に接触させた状態で上記第1集電体を上記中間導電体に向けてプレスする工程と、を含んでいてもよい。また、上記第2集電体の上記第1主面を接合する工程は、第2導電性接着層を上記第2主面に塗布する工程と、塗布された上記第2導電性接着層を上記中間導電体の上記裏面に接触させた状態で上記第2集電体を上記中間導電体に向けてプレスする工程と、を含んでいてもよい。
上記構成によれば、第1伝導性接着層および第2伝導性接着層によって略均一に第1集電体および第2集電体を中間導電体に接合することができる。
上記本開示に基づくバイポーラ電極の製造方法にあっては、上記第1導電性接着層および上記第2導電性接着層として、樹脂粉体を金属コーティングした導電性粒子を含むものを用いてもよい。
上記構成によれば、樹脂粉体を金属コーティングするため、金属粒子を用いる場合と比較してコストを低減しつつ、相当程度の弾力性を確保した状態で第1集電体および第2集電体を中間導電体に接合することができる。
上記本開示に基づくバイポーラ電極の製造方法にあっては、上記第1集電体の上記第2面を接合する工程において、上記積層方向に平行な上記第1導電性接着層が上記導電性粒子の粒子径と同程度となるように上記第1集電体が上記中間導電体に接合されてもよい。また、上記第2集電体の上記第1面を接合する工程において、上記積層方向に平行な上記第2導電性接着層が上記導電性粒子の粒子径と同程度となるように上記第2集電体が上記中間導電体に接合されてもよい。
上記構成によれば、第1導電性接着層および第2導電性接着層の厚さを薄くすることで、バイポーラ電極の厚さを薄くすることができる。
上記本開示に基づくバイポーラ電極の製造方法にあっては、上記第1活物質層を形成する工程は、上記第1集電体の上記第1面に塗布された上記第1活物質層をプレスする工程を含んでいてもよい。上記第2活物質層を形成する工程は、上記第1集電体の上記第1面に塗布された上記第2活物質層をプレスする工程を含んでいてもよい。この場合には、上記第1集電体を上記中間導電体に向けてプレスする圧力および上記第2集電体を上記中間導電体に向けてプレスする圧力の各々は、上記第1活物質層をプレスする圧力および上記第2活物質層をプレスする圧力よりも小さいことが好ましい。
上記構成によれば、所望の密度で形成された第1活物質層および第2活物質層が設けられた第1集電体および第2集電体を個別に中間導電体に接合する際に、プレス圧を小さくすることにより、第1活物質層および第2活物質層への影響を小さくすることができる。
上記本開示に基づくバイポーラ電極の製造方法にあっては、上記積層方向に直交する長さ方向において、上記第1集電体の長さは、上記第2集電体の長さよりも長い。
上記構成によれば、第2集電体よりも長い第1集電体に第1活物質層を設けることにより、第2活物質層よりも長い第1活物質層を確実に形成することができる。
上記本開示に基づくバイポーラ電極の製造方法にあっては、上記中間導電体は、上記積層方向から見た場合に上記長さ方向の一方側に位置しかつ上記中間導電体の外縁の一部を構成する辺部と、上記辺部から上記長さ方向の外側に向けて突出するタブを有していてもよい。この場合には、上記第1集電体の上記第2面を接合する工程は、上記タブを目印にして上記第1集電体を上記中間導電体に接合する位置を位置決めする工程を含むことが好ましく、上記第2集電体の上記第1主面を接合する工程は、上記タブを目印にして上記第2集電体を上記中間導電体に接合する位置を位置決めする工程を含むことが好ましい。
上記構成によれば、タブを目印にして位置決めを行なうことにより、接合位置の精度を高めることができる。
本開示によれば、電池性能の低下および導通不良を抑制することができるバイポーラ電極を提供することができる。
以下、本開示の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
図1は、実施の形態に係る蓄電装置を示す概略断面図である。図1を参照して、実施の形態に係る蓄電装置100について説明する。蓄電装置100は、たとえば、ハイブリッド自動車、または、電気自動車などの車両のバッテリとして用いられる。
図1に示すように、蓄電装置100は、モジュール積層体110と、一対の拘束部材150とを備える。一対の拘束部材150は、モジュール積層体110の積層方向の両側からモジュール積層体110を拘束する。一対の拘束部材150とモジュール積層体110の間には、絶縁部材が配置されている。
モジュール積層体110は、互いに積層された複数のバイポーラ電池1と、複数の導電板120とを含んでいる。複数のバイポーラ電池1と、複数の導電板120とは、モジュール積層体110の積層方向において交互に隣接するように配列されている。
バイポーラ電池1は、モジュール積層体110の積層方向から見た場合に矩形状の外形を有している。互いに隣り合うバイポーラ電池1同士は、導電板120を介して電気的に接続されている。モジュール積層体110の積層方向における両端部の一方に位置する導電板120には、正極端子130が接続されている。モジュール積層体110の積層方向における両端部の他方に位置する導電板120には、負極端子140が接続されている。
バイポーラ電池1はいわゆるバイポーラ電池である。より具体的には、バイポーラ電池1は、ラミネート型の水系電池であってもよい。バイポーラ電池1は、たとえばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池、または電気二重層キャパシタである。
なお、バイポーラ電池1は、上記積層方向に直交する第1方向における長さが1300mm~1700mm程度、上記積層方向および第1方向に直交する第2方向における幅が1000mm~1400mm程度である。
図2は、実施の形態に係る蓄電モジュールを示す概略断面図である。図2を参照して、実施の形態に係るバイポーラ電池1について説明する。
図2に示すように、バイポーラ電池1は、積層体10と、封止部20とを備える。積層体10は、複数のバイポーラ電極11と、複数のセパレータ15と、終端電極16、17と、電解液とを備える。複数のバイポーラ電極11は、積層方向(図2中上下方向)に沿って積層されており、互いに隣り合うバイポーラ電極11の間にセパレータ15が介在している。
バイポーラ電極11は、中間導電体12、負極部13、および正極部14を有する。積層方向の一方側から他方側に向かって、負極部13、中間導電体12、および正極部14の順で積層されている。
中間導電体12は、板状の導電部材によって形成されている。中間導電体12は、たとえば、アルミニウム(Al)、ステンレス鋼、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、白金(Pt)、ニオブ(Nb)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、および亜鉛(Zn)からなる群より選択される少なくとも1種を含む金属で構成されていてもよいし、金属箔の表面にメッキ加工を施したものであってもよい。強度を有しつつ、薄くするためには、中間導電体12としては、アルミニウムを採用することが好ましい。
中間導電体12は、積層方向の一方側に位置する表面12aおよび積層方向の他方側に位置する裏面12bを有する。負極部13は、中間導電体12の表面12a側に設けられている。正極部14は、中間導電体12の裏面12b側に設けられている。
終端電極16は、積層方向の一方側において、積層体10の端部を構成する。終端電極16は、中間導電体12と正極部14とを含む。終端電極16では、中間導電体12の裏面12bに正極部14が設けられており、表面12aには負極部13および正極部14のいずれも設けられていない。
終端電極17は、積層方向の他方側において、積層体10の端部を構成する。終端電極17は、中間導電体12と負極部13とを含む。終端電極17では、中間導電体12の表面12aに負極部13が設けられており、裏面12bには負極部13および正極部14のいずれも設けられていない。
セパレータ15は、互いに隣り合うバイポーラ電極11の間に配置されている。具体的には、積層方向の一方側に位置するバイポーラ電極11が有する正極部14と、積層方向の他方側に位置するバイポーラ電極11が有する負極部13との間に配置されている。
セパレータ15は、たとえばシート状に形成されている、セパレータ15としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート(PET)、メチルセルロースなどからなる織布または不織布などが挙げられる。セパレータ15は、フッ化ビニリデン樹脂化合物で補強されたものであってもよい。
封止部20は、積層方向に沿って互いに隣り合うバイポーラ電極11の間に空間Sが形成されるように、複数のバイポーラ電極11の周縁を封止する。封止部20は、内側において上記空間Sを密封している。
複数のバイポーラ電極11の周縁が封止部20に埋設されており、これにより封止部20は、複数のバイポーラ電極11を保持する。
封止部20は、たとえば絶縁性の樹脂で構成されている。封止部20は、たとえば、ポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、または、変性ポリフェニレンエーテル(変性PPE)などから構成され得る。
上述の空間S内には、電解液が収容されている。電解液は、たとえば水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を含む。電解液は、負極部13、正極部14、およびセパレータ15に含浸される。
図3は、実施の形態に係るバイポーラ電極を示す断面図である。図3を参照して、実施の形態に係るバイポーラ電極11の詳細な構成について説明する。
図3に示すように、バイポーラ電極11においては、負極部13は、第1活物質層としての負極活物質層132、および第1集電体として負極集電板131を含む。
負極集電板131は、積層方向の一方側に位置する第1面131aおよび積層方向の他方側に位置する第2面131bを有する。負極集電板131は、たとえば、アルミニウム(Al)箔等の金属部材によって構成されている。
負極活物質層132は、第1面131aに塗工されてプレスされることにより形成される。負極活物質層132の密度は、たとえば、1.4g/cm3から1.8g/cm3程度である。
負極活物質層132の密度は、後述する正極活物質層142の密度よりも小さくなっている。負極活物質層132および正極活物質層142の密度を所望の値とすることにより、電池性能を向上させることができる。
負極活物質層に含有される負極活物質としては、リチウム、炭素、金属化合物、及びリチウムと合金化可能な元素もしくはその化合物等を採用することができる。
正極部14は、第2活物質層としての正極活物質層142、および第2集電体としての正極集電板141を含む。
正極集電板141は、積層方向の一方側に位置する第1主面141aおよび積層方向の他方側に位置する第2主面141bを有する。正極集電板141は、たとえば、銅箔等の金属部材によって構成されている。
正極活物質層142は、第2主面141bに塗工されてプレスされることにより形成される。正極活物質層142の密度は、たとえば、2.2g/cm3から2.8g/cm3程度である。
正極活物質層としては、たとえば、リチウムイオン等の電荷担体を吸蔵及び放出し得るものを採用することができる。具体的には、正極活物質として、層状岩塩構造を有するリチウムイオン複合金属酸化物、スピネル構造の金属酸化物、ポリアニオン系化合物など、リチウムイオン二次電池の正極活物質として使用可能なものを採用することができる。また、2種以上の正極活物質を併用してもよく、たとえば、正極活物質は、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)を含んでいてもよい。
負極活物質層132が設けられた第1面131aと反対側に位置する負極集電板131の第2面131bは、中間導電体12の表面12aに接合されている。具体的には、第2面131bは、当該第2面131bと表面12aとの間に配置された第1導電性接着層31によって接着されている。
正極活物質層142が設けられた第2主面141bと反対側に位置する正極集電板141の第1主面141aは、中間導電体12の裏面12bに接合されている。具体的には、第1主面141aは、当該第1主面141aと裏面12bとの間に配置された第2導電性接着層32によって接着されている。
上記のように、第1導電性接着層31および第2導電性接着層32を用いることにより、厚さの増加を抑えつつ、負極集電板131および正極集電板141を中間導電体に略均一に接合することができる。
第1導電性接着層31および第2導電性接着層32は、バインダー樹脂、および導電性フィラーを含む。バインダー樹脂としては、たとえば、ポリビニルブチラール、セルロース、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ、フェノキシ、ノボラック、アールキド、アミド、イミド樹脂等を採用することができる。
導電性フィラーは、凝集しないように適切な密度でバインダー樹脂に分散されている。導電性フィラーは、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、金、亜鉛または鉄等の金属粒子を含んでいてもよいし、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、金、亜鉛または鉄等によって樹脂粉体を金属コーティングした導電性粒子を採用してもよい。
樹脂粉体を金属コーティングした導電性粒子を採用した場合には、金属粒子を用いる場合と比較してコストを低減しつつ、相当程度の弾力性を確保した状態で第1集電体および第2集電体を中間導電体に接合することができる。
また、上記積層方向に平行な第1導電性接着層31および第2導電性接着層32の厚さは、導電性粒子の粒子径と同程度であってもよい。これにより、第1導電性接着層31および第2導電性接着層32の厚さを薄くすることで、バイポーラ電極11の厚さを薄くすることができる。
積層方向に直交する長さ方向において、第1活物質層の長さL4は、第2活物質層の長さL5よりも長く、積層方向から見た場合に、正極活物質層142は、負極活物質層132の内側に位置する。これにより、積層方向から見た場合に正極活物質層142が負極活物質層132からはみ出る場合と比較して、正極活物質層142側でのデンドライトの形成を抑制し、電池性能の低下を抑制することができる。
上記長さ方向において、中間導電体12の長さL1は、負極集電板131の長さL2および正極集電板141の長さL3よりも長くなっている。これにより、負極集電板131および正極集電板141を中間導電体12に接合する際に、負極集電板131および正極集電板141が中間導電体12からはみ出すことを抑制することができる。
以上のように、実施の形態に係るバイポーラ電極11にあっては、負極活物質層132が設けられた負極集電板131と、正極活物質層142が設けられた正極集電板141とを、中間導電体12の表面12aおよび裏面12bにそれぞれ個別に接合することができるため、負極集電板131の第2面131bと中間導電体12の表面12aとの接合状態、および正極集電板141の第1主面141aと中間導電体12の裏面12bとの接合状態をそれぞれ安定させることができる。
この結果、負極集電板131と中間導電体12の導通状態、および正極集電板141と中間導電体12との導通状態を良好に維持することができ、導通不良を抑制することができる。
特に上述したように、バイポーラ電池1として、積層方向に直交する第1方向における長さが1300mm~1700mm程度、上記積層方向および第1方向に直交する第2方向における幅が1000mm~1400mm程度とし、負極集電板131および正極集電板141の1枚当たりのサイズも同等とする場合において、上述のように接合状態を良好に維持することで、上記の効果を顕著に発揮させることができる。さらに、上記第1導電性接着層31および第2導電性接着層32を用いることで、容易に良好な接合状態を実現することができる。
また、積層方向において、中間導電体12の厚さは、負極集電板131の厚さよりも厚い。負極集電板131の厚さは、正極集電板141の厚さよりも薄くてもよい。負極集電板131を薄くすることにより、製造コストを低減することができる。中間導電体12を厚くすることにより、負極集電板131を薄くすることができる。上述のような厚さ関係とすることにより、強度を確保しつつ、負極集電板131および正極集電板141をそれぞれ中間導電体12に確実に接合することができる。また、バイポーラ電極11を積層したバイポーラ電池1の厚さを抑制でき、搭載効率を向上させることができる。
(製造方法)
図4は、実施の形態に係るバイポーラ電極の製造工程を示すフロー図である。図5から図10は、図4に示すバイポーラ電極の製造工程の所定の工程を示す図である。図4から図10を参照して、実施の形態に係るバイポーラ電極の製造工程について説明する。
図4は、実施の形態に係るバイポーラ電極の製造工程を示すフロー図である。図5から図10は、図4に示すバイポーラ電極の製造工程の所定の工程を示す図である。図4から図10を参照して、実施の形態に係るバイポーラ電極の製造工程について説明する。
図4に示すように、バイポーラ電極の製造工程は、負極活物質層132、負極集電板131、中間導電体12、正極集電板141、および、負極活物質層132と極性の異なる正極活物質層142を積層方向に積層する工程(S10)を備える。工程(S10)は、後述する工程(S11)から工程(S14)を含む。
図5は、図4に示すバイポーラ電極の製造工程において、負極集電板に負極活物質層を形成する工程を示す図である。
図4および図5に示すように、バイポーラ電極11を製造するにあたり、工程(S11)において、負極集電板131となる帯状の集電体131Aの第1面131aに負極活物質層132を形成する。具体的には、第1面131aに塗工された負極活物質層132を一対の加圧ローラ41,42によって挟み込んでプレスする。
一対の加圧ローラ41,42によって負極活物質層132をプレスする圧力は、たとえば、500MPaから1500MPa程度である。
負極活物質層132は、第1面131aに間隔をあけて所定のピッチで塗工されていてもよい。この場合には、一対の加圧ローラ41,42によって負極活物質層132をプレスした後に、帯状の集電体131Aを切断ラインCL1に沿って切断する。
図6は、図4に示すバイポーラ電極の製造工程において、正極集電板に正極活物質層を形成する工程を示す図である。
図4および図6に示すように、工程(S12)において、正極集電板141となる帯状の集電体141Aの第2主面141bに正極活物質層142を形成する。具体的には、第2主面141bに塗工された正極活物質層142を一対の加圧ローラ43,44によって挟み込んでプレスする。
一対の加圧ローラ43,44によって正極活物質層142をプレスする圧力は、たとえば、2000MPaから3000MPa程度である。
このように、正極活物質層142をプレスする圧力は、負極活物質層132をプレスする圧力よりも大きくなっている。これにより、電池性能に適切な密度で負極活物質層132、および正極活物質層142を設けることができ、所望の電池性能を得ることができる。
正極活物質層142は、第2主面141bに間隔をあけて所定のピッチで塗工されていてもよい。この場合には、一対の加圧ローラ43,44によって正極活物質層142をプレスした後に、帯状の集電体141Aを切断ラインCL2に沿って切断する。
正極活物質層142は、積層方向に直交する長さ方向における長さが、負極活物質層132よりも短くなるように形成される。
なお、上記工程(S12)は、工程(S11)と並行して実施されてもよいし、工程(S11)の後に実施されてもよいし、工程(S11)の前に行われてもよい。
再び図4に示すように、工程(S13)において、中間導電体12の表面12aに負極集電板131の第2面131bを接合する。すなわち、負極活物質層132が設けられた第1面131aとは、反対側に位置する第2面131bを上記表面12aに接合する。
図7は、図4に示すバイポーラ電極の製造工程において、中間導電体の表面に負極集電板を接合する工程の第1工程を示す図である。
図7に示すように、工程(S13)の第1工程においては、第1導電性接着層31を第2面131bに塗布する。第1導電性接着層31は、転写装置等の適宜の塗布装置によって塗布される。塗布された第1導電性接着層31は、所定の厚さとなるようにスキージ等で厚さを調整してもよい。第1導電性接着層31としては、上述で説明したものが用いられる。
図8は、図4に示すバイポーラ電極の製造工程において、中間導電体の表面に負極集電板を接合する工程の第2工程を示す図である。
図8に示すように、工程(S13)の第2工程においては、塗布された第1導電性接着層31を中間導電体12の表面12aに接触させた状態で負極集電板131を中間導電体12に向けてプレスする。
具体的には、中間導電体12の表面12aと第2面131bとの間に第1導電性接着層31が介在するように、負極活物質層132が設けられた負極集電板131を表面12aに載置する。負極活物質層132が設けられた負極集電板131および中間導電体12を一対の加圧ローラ51,52によって挟み込んでプレスする。
負極集電板131を中間導電体12に向けてプレスする圧力は、たとえば、0.5MPaから1.5MPa程度である。
第1導電性接着層31として、導電性粒子を含む接着剤を用いる場合には、負極集電板131が中間導電体12に接合された状態においては、第1導電性接着層31の厚さは、導電性粒子と同程度であることが好ましい。これにより、第1導電性接着層31の厚さを薄くし、ひいては、製造されるバイポーラ電極11の厚さを薄くすることができる。
再び図4に示すように、工程(S14)において、中間導電体12の裏面12bに正極集電板141の第1主面141aを接合する。すなわち、正極活物質層142が設けられた第2主面141bとは反対側に位置する第1主面141aを、上記裏面12bに接合する。
図9は、図4に示すバイポーラ電極の製造工程において、中間導電体の裏面に正極集電板を接合する工程の第1工程を示す図である。
図9に示すように、工程(S14)の第1工程においては、第2導電性接着層32を第1主面141aに塗布する。第2導電性接着層32は、第1導電性接着層31とほぼ同様に塗布される。第2導電性接着層32としては、上述で説明したものが用いられる。
図10は、図4に示すバイポーラ電極の製造工程において、中間導電体の裏面に正極集電板を接合する工程の第2工程を示す図である。
図10に示すように、工程(S14)の第2工程においては、塗布された第2導電性接着層32を中間導電体12の裏面12bに接触させた状態で正極集電板141を中間導電体12に向けてプレスする。
正極集電板141をプレスする際には、上述のように、負極活物質層132が設けられた負極集電板131が、中間導電体12の表面12aに接合された状態にある。この状態で、中間導電体12の裏面12bと第1主面141aとの間に第2導電性接着層32が介在するように、正極活物質層142が設けられた正極集電板141を表面12aに載置する。この際、積層方向(表面12aの法線方向)から見た場合に、正極活物質層142が負極活物質層132の内側に位置するように正極集電板141を載置する。
続いて、負極活物質層132が設けられた負極集電板131が表面13a側に接合され、正極活物質層142が設けられた正極集電板141が裏面12bに載置された状態で、これらを一対の加圧ローラ53,54によって挟み込んでプレスする。
このように正極集電板141を中間導電体12に接合する際に正極集電板141を中間導電体12に向けてプレスする圧力は、上述の負極集電板131を中間導電体12に向けてプレスする圧力と同程度であり、たとえば、0.5MPaから1.5MPa程度である。
工程(S13)で負極集電板131を中間導電体12に向けてプレスする圧力、および工程(S14)で正極集電板141を中間導電体12に向けてプレスする圧力の各々は、工程(S11)で負極活物質層132をプレスする圧力、および工程(S12)で正極活物質層142をプレスする圧力よりも小さい。
所望の密度で形成された負極活物質層132が設けられた負極集電板131、および所望の密度で形成された正極活物質層142が設けられた正極集電板141を個別に中間導電体12に接合する際に、工程(S13)および工程(S14)でのプレス圧を小さくすることにより、負極活物質層132および正極活物質層142への影響を抑制することができる。
第2導電性接着層32として、導電性粒子を含む接着剤を用いる場合には、正極集電板141が中間導電体12に接合された状態においては、第2導電性接着層32の厚さは、導電性粒子と同程度であることが好ましい。これにより、第2導電性接着層32の厚さを薄くし、ひいては、製造されるバイポーラ電極11の厚さを薄くすることができる。
さらに、第1導電性接着層31および第2導電性接着層32に含まれる導電性粒子として、樹脂粉体を金属コーティングしたものを用いる場合には、導電性粒子と比較して、コストを低減しつつ、相当程度の弾力性を確保した状態で負極集電板131および正極集電板141を中間導電体12に接合することができる。
(変形例)
なお、実施の形態に係るバイポーラ電極の製造方法においては、以下に説明するように製造工程の一部を変更してもよい。
なお、実施の形態に係るバイポーラ電極の製造方法においては、以下に説明するように製造工程の一部を変更してもよい。
図11は、第1集電体に第1活物質層を形成する工程の変形例を示す図である。図11に示すように、負極活物質層132は、帯状の集電体131Aの延在方向に連続するように第1面131aに塗布された状態で、一対の加圧ローラ41,42にプレスされてもよい。この場合には、プレス後に帯状の集電体131Aから所定の大きさとなるように、正極部14が打ち抜かれてもよい。なお、当該工程は、正極集電板141に正極活物質層142を形成する工程にも適用してもよい。
図12は、中間導電体の表面に第1集電体を接合する工程および中間導電体の裏面に第2集電体を接合する工程の第1変形例を示す図である。
図12に示すように、中間導電体12の表面12aに負極集電板131を接合する工程および中間導電体12の裏面12bに正極集電板141を接合する工程は、連続して行われてもよい。
具体的には、中間導電体12の表面12aに負極集電板131を接合する工程においては、搬送ローラ70にて搬送される帯状の中間導電体12Aの表面12aに負極集電板131を接合する。接合方法については、上述の実施の形態とほぼ同様である。
中間導電体12Aは、たとえば、搬送ローラ70を通過する際に、上方側に表面12aが位置する状態から上方側に裏面12bが位置するように搬送される。続いて、上方側に位置する裏面12bに正極集電板141を接合する。接合方法については、上述の実施の形態とほぼ同様である。
このように、上記第1変形例においては、連続して搬送される中間導電体12Aの表面12aに負極集電板131を接合した後に、中間導電体12Aの搬送方向の下流側で、接合された負極集電板131に対応する位置で、中間導電体12Aの裏面12bに正極集電板141を接合する。
負極集電板131および正極集電板141が接合された中間導電体12Aを切断することにより、バイポーラ電極11が製造される。
図13は、中間導電体の表面に第1集電体を接合する工程の第2変形例を示す図である。帯状の中間導電体12Aは、積層方向に直交する長さ方向の一方側に位置し、かつ、中間導電体12の外縁の一部を構成することとなる辺部121と、当該辺部121から長さ方向の外側(長さ方向の一方側)に向けて突出するタブ12cとを有していてもよい。
この場合には、図13に示すように、負極集電板131の第2面を接合する工程において、タブ12cを目印にして、負極集電板131を中間導電体12Aに接合する位置を位置決めする。具体的には、画像読取装置等の位置検出装置を用いてタブ12cの位置を検知し、検知された位置情報に基づき、負極集電板131を接合する位置を決定する。
長さ方向において、中間導電体12Aの長さは、負極集電板131の長さよりも長くなっている。負極集電板131が中間導電体12Aに接合された状態においては、長さ方向における中間導電体12Aの両端は、負極集電板131よりも長さ方向の外側に位置する。
同様に、正極集電板141の第1主面141aを接合する工程において、タブ12cを目印にして、正極集電板141を中間導電体12Aに接合する位置を位置決めする。具体的には、画像読取装置等の位置検出装置を用いてタブ12cの位置を検知し、検知された位置情報に基づき、正極集電板141を接合する位置を決定する。
長さ方向において、中間導電体12Aの長さは、正極集電板141の長さよりも長くなっている。正極集電板141が中間導電体12Aに接合された状態においては、長さ方向における中間導電体12Aの両端は、正極集電板141よりも長さ方向の外側に位置する。
なお、上記第1変形例、および第2変形例において帯状に連続する中間導電体12Aが搬送され、搬送される当該帯状の中間導電体12Aに負極集電板131および正極集電板141が順に接合される場合を例示して説明したが、これに限定されない。予めバイポーラ電極11の大きさに切断された中間導電体12が個別に搬送され、当該中間導電体12に負極集電板131および正極集電板141が順に接合されてもよい。予め切断された中間導電体12自体にタブ12cが設けられていてもよい。当該タブ12cは、互いに隣り合うバイポーラ電極間の電圧を検出するための電圧検出用の端子として用いることができる。
以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
1 バイポーラ電池、10 積層体、11 バイポーラ電極、12,12A 中間導電体、12a,13a 表面、12b 裏面、12c タブ、13 負極部、14 正極部、15 セパレータ、16,17 終端電極、20 封止部、31 第1導電性接着層、32 第2導電性接着層、41,42,43,44,51,52,53,54,55,56 加圧ローラ、70 搬送ローラ、100 蓄電装置、110 モジュール積層体、120 導電板、121 辺部、130 正極端子、131 負極集電板、131A 集電体、131a 第1面、131b 第2面、132 負極活物質層、140 負極端子、141 正極集電板、141A 集電体、141a 第1主面、141b 第2主面、142 正極活物質層、150 拘束部材、CL1,CL2 切断ライン、L1,L2,L3,L4,L5 長さ。
Claims (15)
- 積層方向に順に積層された、第1活物質層、第1集電体、中間導電体、第2集電体、および、第2活物質層、を備え、
前記中間導電体は、前記積層方向の一方側に位置する表面および前記積層方向の他方側に位置する裏面を有し、
前記第1集電体は、前記積層方向の前記一方側に位置する第1面および前記積層方向の前記他方側に位置する第2面を有し、
前記第2集電体は、前記積層方向の前記一方側に位置する第1主面および前記積層方向の前記他方側に位置する第2主面を有し、
前記第1活物質層は、前記第1集電体の前記第1面に設けられており、
前記第2活物質層は、前記第2集電体の前記第2主面に設けられており、
前記第1集電体の前記第2面は、前記中間導電体の前記表面に接合されており、
前記第2集電体の前記第1主面は、前記中間導電体の前記裏面に接合されており、
前記積層方向に直交する長さ方向において、前記第1活物質層の長さは、前記第2活物質層の長さよりも長く、
前記第2活物質層は、前記積層方向から見た場合に前記第1活物質層の内側に位置し、
前記長さ方向において、前記中間導電体の長さは、前記第1集電体および前記第2集電体の長さよりも長い、バイポーラ電極。 - 前記第1活物質層の密度は、前記第2活物質層の密度よりも小さい、請求項1に記載のバイポーラ電極。
- 前記長さ方向において、前記第1集電体の長さは、前記第2集電体の長さよりも長い、請求項1または2に記載のバイポーラ電極。
- 前記第1集電体の前記第2面と前記中間導電体の前記表面とを接合する第1導電性接着層と、
前記第2集電体の前記第1主面と前記中間導電体の前記裏面とを接合する第2導電性接着層と、を備える、請求項1または2に記載のバイポーラ電極。 - 前記第1導電性接着層および前記第2導電性接着層は、樹脂粉体を金属コーティングした導電性粒子を含む、請求項4に記載のバイポーラ電極。
- 前記積層方向に平行な前記第1導電性接着層および前記第2導電性接着層の厚さは、前記導電性粒子の粒子径と同程度である、請求項5に記載のバイポーラ電極。
- 前記中間導電体は、前記積層方向から見た場合に前記長さ方向の一方側に位置しかつ前記中間導電体の外縁の一部を構成する辺部と、前記辺部から前記長さ方向の外側に向けて突出するタブを有する、請求項1または2に記載のバイポーラ電極。
- 請求項1または2に記載の複数のバイポーラ電極を前記積層方向に沿って積層した積層体と、
前記積層方向から見た場合に、前記第1活物質層と前記第2活物質層を囲うように前記積層体の周縁部を封止する封止体と、を備えたバイポーラ電池。 - 第1活物質層、第1集電体、中間導電体、第2集電体、および、第2活物質層を積層方向に積層する工程を備え、
前記積層する工程は、
互いに表裏関係にある第1面および第2面を有する前記第1集電体の前記第1面に前記第1活物質層を形成する工程と、
互いに表裏関係にある第1主面および第2主面を有する前記第2集電体の前記第2主面に前記第2活物質層を形成する工程と、
前記中間導電体の表面に前記第2面を接合する工程と、
前記中間導電体の裏面に前記第1主面を接合する工程と、を含み、
前記第2活物質層を形成する工程において、前記積層方向に直交する長さ方向における前記第2活物質層の長さが前記第1活物質層よりも短くなるように、前記第2活物質層を形成し、
前記第2集電体の前記第1面を接合する工程において、前記積層方向から見た場合に、前記第2活物質層が前記第1活物質層の内側に位置するように、前記第2集電体を接合し、
前記中間導電体として、前記第1集電体および前記第2集電体よりも長さが長いものを用いる、バイポーラ電極の製造方法。 - 前記第1活物質層を形成する工程は、前記第1集電体の前記第1面に塗工された前記第1活物質層をプレスする工程を含み、
前記第2活物質層を形成する工程は、前記第2集電体の前記第2主面に塗工された前記第2活物質層をプレスする工程を含み、
前記第2活物質層をプレスする圧力は、前記第1活物質層をプレスする圧力よりも大きい、請求項9に記載のバイポーラ電極の製造方法。 - 前記第1集電体の前記第2面を接合する工程は、第1導電性接着層を前記第2面に塗布する工程と、塗布された前記第1導電性接着層を前記中間導電体の前記表面に接触させた状態で前記第1集電体を前記中間導電体に向けてプレスする工程と、を含む、
前記第2集電体の前記第1主面を接合する工程は、第2導電性接着層を前記第2主面に塗布する工程と、塗布された前記第2導電性接着層を前記中間導電体の前記裏面に接触させた状態で前記第2集電体を前記中間導電体に向けてプレスする工程と、を含む、請求項9に記載のバイポーラ電極の製造方法。 - 前記第1導電性接着層および前記第2導電性接着層として、樹脂粉体を金属コーティングした導電性粒子を含むものを用いる、請求項11に記載のバイポーラ電極の製造方法。
- 前記第1集電体の前記第2面を接合する工程において、前記積層方向に平行な前記第1導電性接着層が前記導電性粒子の粒子径と同程度となるように前記第1集電体が前記中間導電体に接合され、
前記第2集電体の前記第1面を接合する工程において、前記積層方向に平行な前記第2導電性接着層が前記導電性粒子の粒子径と同程度となるように前記第2集電体が前記中間導電体に接合される、請求項12に記載のバイポーラ電極の製造方法。 - 前記第1活物質層を形成する工程は、前記第1集電体の前記第1面に塗工された前記第1活物質層をプレスする工程を含み、
前記第2活物質層を形成する工程は、前記第2集電体の前記第2主面に塗工された前記第2活物質層をプレスする工程を含み、
前記第1集電体を前記中間導電体に向けてプレスする圧力および前記第2集電体を前記中間導電体に向けてプレスする圧力の各々は、前記第1活物質層をプレスする圧力および前記第2活物質層をプレスする圧力よりも小さい、請求項11から請求項13のいずれか1項に記載のバイポーラ電極の製造方法。 - 前記中間導電体は、前記積層方向から見た場合に前記長さ方向の一方側に位置しかつ前記中間導電体の外縁の一部を構成する辺部と、前記辺部から前記長さ方向の外側に向けて突出するタブを有し、
前記第1集電体の前記第2面を接合する工程は、前記タブを目印にして前記第1集電体を前記中間導電体に接合する位置を位置決めする工程を含み、
前記第2集電体の前記第1主面を接合する工程は、前記タブを目印にして前記第2集電体を前記中間導電体に接合する位置を位置決めする工程を含む、請求項9から請求項13のいずれか1項に記載のバイポーラ電極の製造方法。
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