JP4055640B2

JP4055640B2 - Bipolar battery, bipolar battery manufacturing method, battery pack and vehicle

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Publication number: JP4055640B2
Application number: JP2003123790A
Authority: JP
Inventors: 賢司保坂; 達弘福沢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2023-04-28
Also published as: JP2004327374A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイポーラ電池に関し、特に電解質に高分子ゲル電解質を用いたバイポーラ電池、該バイポーラ電池の製造方法、組電池、該バイポーラ電池を搭載した車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム二次電池では、その中に封入する電解質として、固体電解質を用いたもの、液体電解質を用いたもの、そして高分子ゲル電解質を用いたものがある。
【０００３】
固体電解質には、たとえばポリエチレンオキシドなどの全固体高分子電解質が用いられ、一方、液体電解質には、１００％電解液を用いる。高分子ゲル電解質は、これらの中間とも言うべきもので、たとえばイオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
電解質に液体電解質または高分子ゲル電解質を用いる場合、集電体間に単電池層を囲むシール部材を設けている（たとえば、特許文献２）。シール部材がないと、各単電池層間において電解質が染み出し、他の単電池層の電解質と接触して液絡と称する単電池層同士の短絡が発生してしまうからである。ここで、単電池層は、正極活物質層、ゲル電解質層、および負極活物質層を含む。
【０００５】
シール部材を設けるには、集電体間の中央部に単電池層、外周部にシール用の熱融着樹脂を挟み込み、熱融着樹脂部分を加熱プレスして、集電体と熱融着樹脂を熱融着する手法がある。熱融着樹脂がシール部材となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２０４１３６号公報
【特許文献２】
特開平０８−００７９２６号公報（段落「００１２」、図２参照）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように、集電体間の中央部に単電池層を配置し、外周部にシール部材を挟み込むのでは、単電池層およびシール部材間に隙間ができてしまう。このような隙間ができると、たとえば、振動等により、集電体に撓みが生じたときに、該隙間において、集電体同士が接触して、短絡を起こす虞がある。短絡は、電池性能の低下につながる。
【０００８】
また、単電池層およびシール部材間の隙間をなくすべく、単電池層の外周とシール部材の内周とを密着させることが考えられる。しかし、単電池層およびシール部材は、共に、非常に柔らかい。特に、単電池層のゲル電解質層は、一定形状に保つことが困難で、すぐに変形してしまう。これらの非常に柔らかい物質同士を当接させるのは、非常に困難である。これを実行したのでは、作業効率の低下を招く。
【０００９】
仮に、上記単電池層とシール部材とを当接出来たとしても、完成後のバイポーラ電池に加わる振動等により、隙間が生じ、結局短絡を生じる可能性もある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、単電池層およびシール部材間に隙間が出来ることによる短絡を防止することができるバイポーラ電池、該バイポーラ電池の製造方法、該バイポーラ電池を用いた組電池および車両の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１２】
集電体の一方の面に正極活物質層が形成され他方の面に負極活物質層が形成されてなるバイポーラ電極が、ゲル電解質層を挟んで積層されてなるバイポーラ電池であって、
隣接する前記正極活物質層、前記ゲル電解質層、および前記負極活物質層を含んで構成される単電池層の周囲を取り囲むように、前記集電体間に配置されるシール部材と、前記ゲル電解質層および前記シール部材間における、前記ゲル電解質層を介して積層されるバイポーラ電極同士の接触を防止する絶縁部材と、を有し、前記絶縁部材は、絶縁性を有する板状体であり、前記単電池層の下端または上端の略外周から前記シール部材の略内周まで延びるように配置され、前記絶縁部材は、板状の基材と、粘着性を有する粘着剤とからなるシールテープであるバイポーラ電池である。
【００１３】
本発明の第２は、集電体上に、ゲル電解質層、正極活物質層および負極活物質層からなる単電池層と、該単電池層の周囲を取り囲むシール部材を積層する工程と、前記単電池層と前記シール部材との間に、絶縁性を有する粉末を充填する工程と、前記単電池層および前記シール部材上に、さらに集電体を積層する工程と、前記シール部材をその上下に積層される集電体と熱融着する工程と、を有するバイポーラ電池の製造方法である。
【００１４】
本発明の第３は、集電体上に、板状のシールテープを貼り付ける工程と、
前記集電体上に、ゲル電解質層、正極活物質層および負極活物質層からなる単電池層を積層する工程と、前記単電池層の周囲を取り囲むシール部材を前記集電体上に配置する工程と、前記単電池層および前記シール部材上に、さらに集電体を積層する工程と、前記シール部材をその上下に積層される集電体と熱融着する工程と、を有し、前記シールテープは、板状の基材と、粘着性を有する粘着剤とからなり、前記単電池層の略外周から前記シール部材の略内周まで延びるバイポーラ電池の製造方法である。
【００１５】
【発明の効果】
上記第１の発明によれば、ゲル電解質層およびシール部材間に隙間があっても、該隙間におけるバイポーラ電極同士の接触を絶縁部材が防止するので、短絡を防止でき、電池性能の低下を防止することができる。
【００１６】
上記第２の発明によれば、単電池層とシール部材との間に、絶縁性を有する粉末を充填するので、単電池層とシール部材との隙間に絶縁部材を容易に供給できる。これにより、集電体同士の接触による短絡を防止できる。
【００１７】
上記第３の発明によれば、単電池層の略外周からシール部材の略内周まで伸びるシールテープを集電体上に貼り付けるので、容易に、単電池層およびシール部材の間に絶縁部材を供給できる。これにより、単電池層およびシール部材の間での集電体同士の接触を防止でき、短絡を防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面では、説明の明確のために各構成要素を誇張して表現している。
【００１９】
（第１の実施の形態）
本発明の第１は、集電体の一方の面に正極活物質層が形成され他方の面に負極活物質層が形成されてなるバイポーラ電極が、ゲル電解質層を挟んで積層されてなるバイポーラ電池であって、隣接する前記正極活物質層、前記ゲル電解質層、および前記負極活物質層を含んで構成される単電池層の周囲を取り囲むように、前記集電体間に配置されるシール部材と、前記ゲル電解質層および前記シール部材間における、前記ゲル電解質層を介して積層されるバイポーラ電極同士の接触を防止する絶縁部材と、を有するバイポーラ電池である。
【００２０】
また、本発明の第２は、集電体上に、ゲル電解質層、正極活物質層および負極活物質層からなる単電池層と、該単電池層の周囲を取り囲むシール部材を積層する工程と、前記単電池層と前記シール部材との間に、絶縁性を有する粉末を充填する工程と、前記単電池層および前記シール部材上に、さらに集電体を積層する工程と、前記シール部材をその上下に積層される集電体と熱融着する工程と、を有するバイポーラ電池の製造方法である。
【００２１】
ここで、本実施形態のバイポーラ電池では、絶縁部材に複数の具体的な態様が考えられる。したがって、以下では、絶縁部材の態様例を、態様１〜３として順に示す。
【００２２】
（態様１）
図１は本発明を適用したバイポーラ電池の構造を説明するための断面図、図２はこのバイポーラ電池を構成する単電池の部分拡大断面図である。
【００２３】
バイポーラ電池１は、両端部以外の集電体２の両面中央に正極活物質層３と負極活物質層４が形成されており、この集電体２の正極活物質層３と負極活物質層４との間に電解質層５を挟んで単電池層６を構成し、この単電池層６が複数積層された構造を持つ。両端部にある集電体（端部集電体７と称する）は、このバイポーラ電池全体の電極と接続される。
【００２４】
そして、集電体２を挟んで正極活物質層３と負極活物質層４を設けた構成をバイポーラ電極という。
【００２５】
ここで、電解質層５は、たとえば、ポリマー骨格中に、数重量％〜９８重量％程度電解液を保持させたゲル電解質で、特に本実施の形態においては、７０重量％以上電解液を保持したゲル電解質を使用することができる。
【００２６】
このバイポーラ電池１では、単電池層６からの液漏れを防止するために、一つひとつの単電池層６の周囲を取り囲み、集電体２間、または、集電体２および端部集電体７の間に配置されるシール部材９を設けている。
【００２７】
シール部材９は、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのような絶縁性を有する熱融着樹脂により形成されている。シール部材９は、後述するように、上下に積層されている集電体２、端部集電体７に熱融着される。これにより、シール部材９によって、各単電池層６が密閉される。したがって、単電池層６からの液漏れを防止することができる。
【００２８】
さらに、バイポーラ電池１は、単電池層６およびシール部材９間に、絶縁部材が配置されている。図１および図２に示す態様１では、絶縁部材は、絶縁性を有する絶縁粉末１０である。絶縁粉末１０は、高分子、セラミックス、またはこれらの混合物を含んで構成され、前記ゲル電解質層および前記シール部材間に充填されている。
【００２９】
次に、本発明のバイポーラ電池１の製造手順について説明する。
【００３０】
図３〜図７は本発明のバイポーラ電池の製造手順を説明するための図である。
【００３１】
図３はバイポーラ電極、ゲル電解質層、およびシール部材を積層する様子を示す断面図、図４はバイポーラ電極に、ゲル電解質層およびシール部材を積層する様子を示す平面図、図５は単電池層およびシール部材間に絶縁粉末を配置する様子を示す断面図、図６は単電池層およびシール部材間の隙間を示す平面図、図７はゲル電解質層およびシール部材上にさらにバイポーラ電極を積層する様子を示す断面図である。
【００３２】
本発明のバイポーラ電池１の製造手順としては、図３に示すように、まず、端部集電体７上に電極層（正極活物質層３または負極活物質層４、例えば、正極活物質層３）を積層し、その上にさらにゲル電解質層５を積層する。さらに、正極活物質層３およびゲル電解質層５を囲むように、シール部材９を端部集電体７上に積層する。ここで、シール部材９は、図４に示すように、中央に孔が設けられており、この中に正極活物質層３およびゲル電解質層５を含む単電池層６が通る。
【００３３】
次に、図５に示すように、図３で積層してできた積層物のゲル電解質層５およびシール部材９間に、絶縁粉末１０を充填する。ここで、絶縁粉末１０は、図６に示すゲル電解質層５およびシール部材９間の隙間８をめがけて振りかけられることによって、該隙間に充填される。
【００３４】
隙間を絶縁粉末１０で充填した後、図７に示すように、バイポーラ電極を積層する。ここで、図３では、端部集電体７上に、正極活物質層３を積層しているので、負極活物質層４、集電体２、正極活物質層３の順に積層されるように、バイポーラ電極を積層する。これにより、端部集電体７および集電体２間に、単電池層６が形成される。
【００３５】
そして、所望の積層数になるまで、同様に積層を繰り返し、最後に、負極活物質層４のみが取り付けられた端部集電体７、すなわち、正極活物質層３を含まないバイポーラ電極を積層する。
【００３６】
積層が終わったら、集電体２、７およびシール部材９を積層の上下から加熱プレスする。
【００３７】
以上の手順によって、図１に示すバイポーラ電池１が製造される。
【００３８】
態様１の絶縁部材を有するバイポーラ電池１の奏する効果は、以下の通りである。
【００３９】
ゲル電解質層およびシール部材間に隙間があっても、該隙間におけるバイポーラ電極同士の接触を絶縁部材が防止するので、短絡を防止でき、電池性能の低下を防止することができる。
【００４０】
具体的には、絶縁部材として絶縁粉末１０が供給される。絶縁粉末１０は、細かい粉末なので、バイポーラ電池１の積層段階において、上方からまぶすことによって、容易に、ゲル電解質層５およびシール部材９間を充填することができる。絶縁粉末１０が隙間に充填されるので、集電体２、７間に絶縁部材が配置されることとなり、バイポーラ電池１に力が加えられても、短絡を防止できる。
【００４１】
さらに、絶縁粉末１０は、高分子、セラミックス、またはこれらの混合物を含んで構成されるので、これらの物質がバイポーラ電池の電池特性を低下させることがない。
【００４２】
（態様２）
次に、絶縁部材の他の態様について説明する。
【００４３】
態様２の絶縁部材は、絶縁性を有する板状体であり、前記単電池層の下端または上端の略外周から前記シール部材の略内周まで延びるように配置されているものである。
【００４４】
ここで、本発明の第３は、集電体上に、板状のシールテープを貼り付ける工程と、前記集電体上に、ゲル電解質層、正極活物質層および負極活物質層からなる単電池層を積層する工程と、前記単電池層の周囲を取り囲むシール部材を前記集電体上に配置する工程と、前記単電池層および前記シール部材上に、さらに集電体を積層する工程と、前記シール部材をその上下に積層される集電体と熱融着する工程と、を有し、前記シールテープは、板状の基材と、粘着性を有する粘着剤とからなり、前記単電池層の略外周から前記シール部材の略内周まで延びるバイポーラ電池の製造方法である。
【００４５】
図８は、態様２の絶縁部材を示すための単電池の部分拡大断面図である。
【００４６】
図８に示すように、態様２の絶縁部材１１は、絶縁性を有する薄板状体であり、単電池層６の略外周からシール部材９の略内周まで延びるように配置されているものである。より具体的には、絶縁部材は、薄板状の基材と、粘着性を有する粘着剤とからなるシールテープ１１である
シールテープ１１は、基材に、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド系合成繊維からなる群から選択された樹脂が用いられ、粘着剤に、合成ゴム、ブチルゴム、合成樹脂、アクリルからなる群から選択された耐溶融性を有する材料が用いられる。シールテープ１１は、粘着剤により集電体２または集電体７に固定される。
【００４７】
次に、バイポーラ電池１の製造手法について説明する。
【００４８】
図９〜図１１は、図８に示す絶縁部材を含むバイポーラ電池１の製造手順を説明するための図である。図９はバイポーラ電極および絶縁部材を積層する様子を示す断面図、図１０はさらにゲル電解質層およびシール部材を積層する様子を示す断面図、図１１はさらにバイポーラ電極を積層する様子を示す断面図である。
【００４９】
最初に、図９に示すように、端部集電体７上に電極層（正極活物質層３または負極活物質層４、例えば、正極活物質層３）を積層する。続けて、端部集電体７の外周と当接するように、シールテープ１１を端部充電体７上に貼る。ここで、先にシールテープ１１を貼って、その後に、正極活物質層３を積層してもよい。この場合、正極活物質層３とシールテープ１１との間に隙間ができないように、若干シールテープ１１上に被せて、正極活物質層３を積層することが好ましい。
【００５０】
次に、図１０に示すように、正極活物質層３上に、ゲル電解質層５を積層し、シールテープ１１の外周で端部集電体７上にシール部材９を積層する。ここでも、シールテープ１１とシール部材９との間に隙間ができないように、若干、シール部材９がシールテープ１１に被せられることが好ましい。このように、正極活物質層３およびシール部材９が若干シールテープ１１に被せられることによって、正極活物質層３およびシール部材９間の隙間をなくすことができる。
【００５１】
そして、所望の積層数になるまで、同様に積層を繰り返し、最後に、負極活物質層４のみが取り付けられた端部集電体７、すなわち、正極活物質層３を含まないバイポーラ電極を積層する。
【００５２】
積層が終わったら、集電体２、７およびシール部材９を積層の上下から加熱プレスする。
【００５３】
なお、シールテープ１１は、単電池層６とシール部材９との間の隙間を全てなくすために集電体２、７に貼り付けられる。したがって、例えば、集電体２が長方形で、単電池層６の各層も長方形であれば、該長方形の４辺に出来る隙間をなくすべく、辺の数だけシールテープ１１が貼られることになる。
【００５４】
また、上記手順では、最初にシールテープ１１を貼り付けしていたが、先に単電池層６を形成してから、その周りにシールテープ１１を貼り付けてもよい。
【００５５】
以上の手順によって、図８に示す態様２の絶縁部材を有するバイポーラ電池１が製造される。
【００５６】
態様２の絶縁部材を有するバイポーラ電池１の奏する効果は、以下の通りである。
【００５７】
バイポーラ電池１の各層を積層する際に、シールテープ１１を貼るだけなので、製造が容易であり、かつ、確実にバイポーラ電極同士の接触を防止できる。
【００５８】
シールテープ１１の基材に、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド系合成繊維からなる群から選択された樹脂が用いられる。したがって、上記樹脂は、絶縁体なので、両側から集電体２、７が接触したとしても、電気的に集電体２，７同士が接続されることがなく、短絡を防止できる。
【００５９】
また、粘着剤に、合成ゴム、ブチルゴム、合成樹脂、アクリルからなる群から選択された耐溶融性を有する材料が用いられる。したがって、バイポーラ電池１の製造の最終工程で行う加熱プレスの際にも溶融することなく、シールテープ１１の位置を固定することができる。
【００６０】
（態様３）
次に、絶縁部材のさらに他の態様について説明する。
【００６１】
態様３の絶縁部材は、前記単電池層と略同じ厚さを有し、前記ゲル電解質層および前記シール部材間に配置されるものである。
【００６２】
図１２は、態様３の絶縁部材を示すための単電池の部分拡大断面図である。
【００６３】
図１２に示すように、態様３の絶縁部材１２は、絶縁性を有し、単電池層と略同じ厚さを有する部材である。絶縁部材１２は、バイポーラ電池１の積層段階において、単電池層６とシール部材９との間に挿入される。絶縁部材１２は、例えば、棒状であって単電池層６の四辺に沿わせて４つが挿入されるものであってもよく、また、単電池層６と略同じ形状の孔が中央に設けられたものであってもよい。
【００６４】
態様３の絶縁部材を用いる効果は、バイポーラ電池１の積層段階において、絶縁部材１２を挿入するので、容易に、単電池層６およびシール部材９間の隙間を埋めることができることである。
【００６５】
上記第１実施形態のバイポーラ電池１では、単電池層６、集電体２、シール部材９の積層数を増減することによって、出力を異ならせることができる。
【００６６】
上記バイポーラ電池１および電池２０について、絶縁部材以外の電池を構成する部材は、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられているものと同じでよい。
【００６７】
以下に、このバイポーラ電池１に使用することのできる集電体、正極、負極、ゲル電解質等について説明する。
【００６８】
［集電体］
集電体は、製法上、スプレーコートなどの薄膜製造技術により、いかような形状を有するものにも製膜積層して形成し得る必要上、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）、これらの合金などの金属粉末を主成分として、これにバインダー（樹脂）、溶剤を含む集電体金属ペーストを加熱して成形してなるものであり、上記金属粉末およびバインダーにより形成されてなるものである。また、これら金属粉末を１種単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよいし、さらに、製法上の特徴を生かして金属粉末の種類の異なるものを多層に積層したものであってもよい。
【００６９】
上記バインダーとしては、特に制限されるべきものではなく、たとえば、エポキシ樹脂など、従来公知の樹脂バインダー材料を用いることができるほか、導電性高分子材料を用いても良い。
【００７０】
集電体の厚さは、特に限定されないが、通常は１〜１００μｍ程度である。
【００７１】
［正極活物質層］
正極は、正極活物質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるために電解質、リチウム塩などが含まれ得る。また、電子伝導性を高めるために導電助剤、スラリー粘度の調整溶媒としてＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、重合開始材としてＡＩＢＮ（アゾビスイソブチロニトリル）などが含まれ得る。特に、正極または負極の少なくとも一方に電解質、好ましくは固体高分子電解質が含まれていることが望ましいが、バイポーラ電池の電池特性をより向上させるためには、双方に含まれることが好適である。
【００７２】
上記正極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される、遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用できる。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系複合酸化物などが挙げられる。この他、ＬｉＦｅＰＯ₄などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＳ₂、ＭｏＳ₂、ＭｏＯ₃などの遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ₂、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨなどが挙げられる。
【００７３】
正極活物質の粒径は、製法上、正極材料をペースト化してスプレーコートなどにより製膜し得るものであればよい。さらにバイポーラ電池の電極抵抗を低減するために、電解質が固体でない溶液タイプのリチウムイオン電池で用いられ一般に用いられる粒径よりも小さいものを使用するとよい。具体的には、正極活物質の平均粒径が１０〜０．１μｍであるとよい。
【００７４】
上記正極に含まれる電解質としては、固体高分子電解質、高分子ゲル電解質、およびこれらを積層したものなどが利用できる。すなわち、正極を多層構造とすることもでき、集電体側と電解質側とで、正極を構成する電解質の種類や活物質の種類や粒径、さらにはこれらの配合比を変えた層を形成することもできる。
【００７５】
高分子ゲル電解質は、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる。
【００７６】
ここで、高分子ゲル電解質に含まれる電解液（電解質塩および可塑剤）としては、通常リチウムイオン電池で用いられるものであればよく、たとえば、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＴａＦ₆、ＬｉＡｌＣｌ₄、Ｌｉ₂Ｂ₁₀Ｃｌ₁₀等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ、Ｌｉ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂Ｎ等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも１種類のリチウム塩（電解質塩）を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類；ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類；テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジブトキシエタン等のエーテル類；γ−ブチロラクトン等のラクトン類；アセトニトリル等のニトリル類；プロピオン酸メチル等のエステル類；ジメチルホルムアミド等のアミド類；酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから１種類または２種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒（可塑剤）を用いたものなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００７７】
高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、ＰＡＮ、ＰＭＭＡなどは、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子として例示したものである。
【００７８】
上記リチウム塩としては、たとえば、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＴａＦ₆、ＬｉＡｌＣｌ₄、Ｌｉ₂Ｂ₁₀Ｃｌ₁₀等の無機酸陰イオン塩、Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ、Ｌｉ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂Ｎ等の有機酸陰イオン塩、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００７９】
導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００８０】
正極における、正極活物質、電解質（好ましくは固体高分子電解質）、リチウム塩、導電助剤の配合量は、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視など）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。たとえば、正極内における電解質、特に固体高分子電解質の配合量が少なすぎると、活物質層内でのイオン伝導抵抗やイオン拡散抵抗が大きくなり、電池性能が低下してしまう。一方、正極内における電解質、特に固体高分子電解質の配合量が多すぎると、電池のエネルギー密度が低下してしまう。従って、これらの要因を考慮して、目的に合致した固体高分子電解質量を決定する。
【００８１】
正極の厚さは、特に限定するものではなく、配合量について述べたように、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視など）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。一般的な正極活物質層の厚さは１０〜５００μｍ程度である。
【００８２】
［負極活物質層］
負極は、負極活物質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるために電解質、リチウム塩や導電助剤などが含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極活物質層」の項で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００８３】
負極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される負極活物質を用いることができる。たとえば、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物金属、ハードカーボンなどが好ましい。より好ましくは、カーボン、遷移金属酸化物、リチウム−遷移金属複合酸化物である。さらに好ましくは、チタン酸化物、リチウム−チタン複合酸化物、カーボンである。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００８４】
［電解質］
電解質としては、高分子ゲル電解質である。この電解質は多層構造とすることもでき、正極側と負極側とで、電解質の種類や成分配合比を変えた層を形成することもできる。高分子ゲル電解質を用いる場合、該高分子ゲル電解質を構成するポリマーと電解液との比率（質量比）が、２０：８０〜２：９８と比較的電解液の比率が大きい範囲である。
【００８５】
このような高分子ゲル電解質としては、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれるものも含まれる。これらについては、［正極］に含まれる電解質の１種として説明した高分子ゲル電解質と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００８６】
これら固体高分子電解質もしくは高分子ゲル電解質は、電池を構成する高分子電解質のほか、上記したように正極および／または負極にも含まれ得るが、電池を構成する高分子電解質、正極、負極によって異なる高分子電解質を用いてもよいし、同一の高分子電解質を使用してもよいし、層によって異なる高分子電解質を用いてもよい。
【００８７】
電池を構成する電解質の厚さは、特に限定するものではない。しかしながら、コンパクトなバイポーラ電池を得るためには、電解質としての機能が確保できる範囲で極力薄くすることが好ましい。一般的な固体高分子電解質層の厚さは１０〜１００μｍ程度である。ただし、電解質の形状は、製法上の特徴を生かして、電極（正極または負極）の上面ならびに側面外周部も被覆するように形成することも容易であり、機能、性能面からも部位によらず常に略一定の厚さにする必要はない。
【００８８】
［外装体（電池ケース）］
外装体には、軽量化の観点からは、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等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムやアルミラミネートパックなど、従来公知の材料を用いて、バイポーラ電池を収納し密封した構成とする。
【００８９】
この場合、上記正極および負極リードは、上記熱融着部に挟まれて上記電池外装体の外部に露出される構造とすればよい。また、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートフィルムやアルミラミネートパックなどを用いることが、自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を電池動作温度まですばやく加熱することができる点で好ましい。
【００９０】
［正極および負極端子板］
正極および負極端子板は、端子としての機能を有するほか、薄型化の観点からは極力薄い方がよいが、製膜により積層されてなる電極、電解質および集電体はいずれも機械的強度が弱いため、これらを両側から挟示し支持するだけの強度を持たせることが望ましい。さらに、端子部での内部抵抗を抑える観点から、正極および負極端子板の厚さは、通常０．１〜２ｍｍ程度が望ましいといえる。
【００９１】
正極および負極端子板の材質は、通常リチウムイオン電池で用いられる材質を用いることができる。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）、これらの合金などを利用することができる。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウムを用いることが好ましい。
【００９２】
正極端子板と負極端子板との材質は、同一の材質を用いてもよいし、異なる材質のものを用いてもよい。さらに、これら正極および負極端子板は、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。
【００９３】
正極および負極端子板の形状は、型板と兼用する場合には、自動車の熱源外面等をトレースした形状に、また、型板と対極する位置に設けられる端子板では、該端子板を設置する集電体外面をトレースした形状であればよく、プレス成形等によりトレースして形成すればよい。なお、型板と対極する位置に設けられる端子板では、集電体と同様にスプレーコートにより形成してもよい。
【００９４】
［正極および負極リード］
正極および負極リードに関しては、通常リチウムイオン電池で用いられる公知のリードを用いることができる。なお、電池外装材（電池ケース）から取り出された部分は、自動車の熱源との距離がないことから、これらに接触して漏電したりして自動車部品（特に電子機器）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しておくのが好ましい。
【００９５】
図１３は、バイポーラ電池１にアルミラミネートパックを用いてなる電池２０の外観を示す斜視図である。この電池２０は、内包するバイポーラ電池１の端部集電体７に上記の正極および負極端子板を設け、さらにリードを取り付けて、電極２３および２４としている。
【００９６】
次に、実際上記バイポーラ電池１を製作して評価を行った実験例について説明する。
【００９７】
実験例
＜耐振動評価１＞
上述した実施形態（態様１）と同様にして電池２０を製作し、電圧の評価を行った。
【００９８】
（サンプル作製）
実施例１として実際に作製した電池２０は、下記の通りである。
【００９９】
集電体２、７は、厚さ２０μｍのステンレス（ＳＵＳ）箔を使用し、端部集電体７には正極活物質層３または負極活物質層４を形成し、集電体２には正極活物質層３および負極活物質層４を形成した。
【０１００】
正極活物質層３は、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄（８５重量％）に、導電助剤としてアセチレンブラック（５重量％）、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（１０重量％）、粘度調整溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を適量混合して正極スラリーを作製し、これを正極活物質として、集電体であるステンレス箔（厚さ２０μｍ）の片面に塗布し、乾燥させて膜厚４０μｍの正極活物質層３としている。
【０１０１】
負極活物質層４は、Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂（８５重量％）に、導電助剤としてアセチレンブラック（５重量％）、バインダーとしてＰＶＤＦ（１０重量％）、粘度調整溶媒としてＮＭＰ（適量）を、混合して負極スラリーを作製し、この負極スラリーを正極活物質層３を塗布したステンレス箔の反対面に塗布し、乾燥させて膜厚４０μｍの負極活物質層４としている。
【０１０２】
高分子ゲル電解質層５は、厚さ５０μｍのポリプロピレン（ＰＰ）不識布に、イオン伝導性高分子マトリックスの前駆体である平均分子量７５００〜９０００のモノマー溶液（ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体）５重量％、電解液として混合比１：３のエチレンカーボネート（ＥＣ）＋ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）に１．０ｍｏｌ／ｌのＬｉＢＥＴＩを溶解させたもの９５重量％、および重合開始剤からなるプレゲル溶液を浸透させて、石英ガラス基板に挟み込み紫外線を１５分照射して前駆体を架橋させて、ゲルポリマー電解質層を得た。
【０１０３】
端部集電体７上に、正極活物質層３およびゲル電解質層５を積層し、ゲル電解質層５の周囲を取り囲むシール部材９を積層した。この後、ゲル電解質層５とシール部材９との間に、絶縁部材としてシリコーン粉末を微量充填し、ゲル電解質層５上に負極活物質層４および集電体２を積層した。単電池層６が５層形成されるまで、同じ工程を繰り返し、シール部材９を上下から加熱プレスして融着し、各層をシールした。最後に、積層体をラミネートパックで封止して、電池２０を形成した。
【０１０４】
また、この評価の比較例１として、上記実施例１と略同一の構成で、シリコーン粉末を充填していないものを用意した。
【０１０５】
上記実施例１の電池２０、比較例１の電池は、それぞれ５個ずつ用意した。
【０１０６】
液絡の評価は、電池に振動を与える前後の電圧を比較して、電圧維持率を算出することにより評価した。電池は、０．５Ｃの電流で１３．５Ｖまで定電流充電（ＣＣ）し、その後、定電圧で充電（ＣＶ）することを併せて５時間行って充電した。充電した電池に、しっかり固定した状態で、垂直方向に振幅が３ｍｍで５０Ｈｚの単調な振動を２００時間加えた。この振動試験を実施例１および比較例１の５個ずつの電池にそれぞれ行い、電圧の平均値を求めた。振動試験の結果は、次の表１に示す通りである。
【０１０７】
【表１】

【０１０８】
実施例１の電池２０では、振動試験前の電圧が平均１３．４７Ｖであり、試験後の電圧が平均１３．３３Ｖであった。したがって、平均電圧維持率は、９８．９６％であった。
【０１０９】
一方、比較例１の電池では、振動試験前の電圧が平均１３．４６Ｖであり、試験後の電圧が平均１２．２３Ｖであった。したがって、平均電圧維持率は、９０．８６％であった。
【０１１０】
この結果から、実施例１のように、単電池層６とシール部材９との間に、絶縁部材としてシリコーン粉末を充填した方が、衝撃に強く、非常に剛性の高い電池であることが分かる。すなわち、振動しても、シリコーン粉末により、集電体２、７同士が接触せず、短絡が起こらないことが分かる。
【０１１１】
＜耐振動評価２＞
上述した実施形態（態様２）と同様にして電池２０を製作し、電圧の評価を行った。
【０１１２】
（サンプル作製）
実施例２として実際に作製した電池２０は、下記の通りである。
【０１１３】
集電体２、７、正極活物質層３、負極活物質層４、および高分子ゲル電解質層５は、実施例１と同様なので説明を省略する。
【０１１４】
端部集電体７上に、正極活物質層３を積層し、その周囲に、基材にポリプロピレン、粘着剤に合成ゴムを用いたシールテープ１１を貼り付けた。この後、正極活物質層３上に、ゲル電解質層５および負極活物質層４を積層し、シールテープ１１の周りにシール部材９を積層した。さらに、負極活物質層４上に集電体２を積層した。単電池層６が５層形成されるまで、同じ工程を繰り返し、シール部材９を上下から加熱プレスして融着し、各層をシールした。最後に、積層体をラミネートパックで封止して、電池２０を形成した。
【０１１５】
また、この評価の比較例２として、上記実施例１と略同一の構成で、シールテープ１１が貼られていないものを用意した。
【０１１６】
上記実施例２の電池２０、比較例２の電池は、それぞれ５個ずつ用意した。
【０１１７】
液絡の評価は、電池に振動を与える前後の電圧を比較して、電圧維持率を算出することにより評価した。電池は、０．５Ｃの電流で１３．５Ｖまで定電流充電（ＣＣ）し、その後、定電圧で充電（ＣＶ）することを併せて５時間行って充電した。充電した電池に、しっかり固定した状態で、垂直方向に振幅が３ｍｍで５０Ｈｚの単調な振動を２００時間加えた。この振動試験を実施例１および比較例１の５個ずつの電池にそれぞれ行い、電圧の平均値を求めた。振動試験の結果は、次の表１に示す通りである。
【０１１８】
【表２】

【０１１９】
実施例２の電池２０では、振動試験前の電圧が平均１３．４７Ｖであり、試験後の電圧が平均１３．３５Ｖであった。したがって、平均電圧維持率は、９９．１０％であった。
【０１２０】
一方、比較例２の電池では、振動試験前の電圧が平均１３．４６Ｖであり、試験後の電圧が平均１２．２３Ｖであった。したがって、平均電圧維持率は、９０．８６％であった。
【０１２１】
この結果から、実施例２のように、正極活物質層３とシール部材９との間に、絶縁部材としてシールテープ１１を貼り付けた方が、衝撃に強く、非常に剛性の高い電池であることが分かる。すなわち、振動しても、シールテープ１１により、集電体２、７同士が接触せず、短絡が起こらないことが分かる。
【０１２２】
（第２の実施の形態）
本発明の第４は、上記第１の実施の形態のバイポーラ電池１または電池２０を複数個、並列および／または直列に接続してなる組電池である。
【０１２３】
図１４は、第２の実施の形態による組電池の斜視図であり、図１５は、内部構成を上方から見た図面である。
【０１２４】
図１４および図１５に示すように組電池５０は、上述した第１の実施の形態によるバイポーラ電池１をラミネートパックによりパッケージした電池２０（図１３参照）複数個直接に接続したものをさらに並列に接続したものである。電池２０同士は、導電バー５３により各電池の電極２３および２４が接続されている。この組電池５０には電極ターミナル５１および５２が、この組電池５０の電極として組電池５０の一側面に設けられている。
【０１２５】
この組電池５０においては、電池２０を直接に接続しさらに並列に接続する際の接続方法として、超音波溶接、熱溶接、レーザー溶接、リベット、かしめ、電子ビームなどを用いることができる。このような接続方法をとることで、長期的信頼性のある組電池を製造することができる。
【０１２６】
本第２の実施の形態による組電池５０によれば、前述した第１の実施の形態による電池を用いて組電池化することで、高容量、高出力と得ることができ、しかも一つひとつの電池の信頼性が高いため、組電池としての長期的信頼性を向上させることができる。
【０１２７】
なお、組電池としての電池２０の接続は、電池２０を複数個全て並列に接続してもよいし、また、電池２０を複数個全て直列に接続してもよい。
【０１２８】
（第３の実施の形態）
本発明の第５は、上記第１実施形態のバイポーラ電池１、電池２０、または第２実施形態の組電池５０を駆動用電源として搭載してなる車両である。バイポーラ電池１または組電池５０をモータ用電源として用いる車両としては、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車など、車輪をモータによって駆動している自動車である。
【０１２９】
参考までに、図１６に、組電池５０を搭載する自動車１００の概略図を示す。自動車に搭載される組電池５０は、上記説明した特性を有する。このため、組電池５０を搭載してなる自動車は高い耐久性を有し、長期間に渡って使用した後であっても充分な出力を提供しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したバイポーラ電池の構造を説明するための断面図である。
【図２】このバイポーラ電池を構成する単電池の部分拡大断面図である。
【図３】バイポーラ電極、ゲル電解質層、およびシール部材を積層する様子を示す断面図である。
【図４】バイポーラ電極に、ゲル電解質層およびシール部材を積層する様子を示す平面図である。
【図５】単電池層およびシール部材間に絶縁粉末を配置する様子を示す断面図である。
【図６】単電池層およびシール部材間の隙間を示す平面図である。
【図７】ゲル電解質層およびシール部材上にさらにバイポーラ電極を積層する様子を示す断面図である。
【図８】態様２の絶縁部材を示すための単電池の部分拡大断面図である。
【図９】バイポーラ電極および絶縁部材を積層する様子を示す断面図である。
【図１０】さらにゲル電解質層およびシール部材を積層する様子を示す断面図である。
【図１１】さらにバイポーラ電極を積層する様子を示す断面図である。
【図１２】態様３の絶縁部材を示すための単電池の部分拡大断面図である。
【図１３】外装体にアルミラミネートパックを用いてなる電池の外観を示す斜視図である。
【図１４】組電池の斜視図である。
【図１５】組電池の内部構成を上方から見た図面である。
【図１６】組電池を搭載する自動車の概略図である。
【符号の説明】
１…バイポーラ電池、
２（７）…集電体（端部集電体）、
３…正極活物質層、
４…負極活物質層、
５…ゲル電解質層、
６…単電池層、
９…シール部材、
１０…絶縁粉末（絶縁部材）、
１１…シールテープ（絶縁部材）、
１２…絶縁部材、
２０…電池、
５０…組電池、
１００…自動車。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bipolar battery, and more particularly to a bipolar battery using a polymer gel electrolyte as an electrolyte, a method for manufacturing the bipolar battery, a battery pack, and a vehicle equipped with the bipolar battery.
[0002]
[Prior art]
Lithium secondary batteries include those using a solid electrolyte, those using a liquid electrolyte, and those using a polymer gel electrolyte as the electrolyte enclosed therein.
[0003]
For the solid electrolyte, for example, an all solid polymer electrolyte such as polyethylene oxide is used, while for the liquid electrolyte, a 100% electrolytic solution is used. The polymer gel electrolyte should be said to be an intermediate between them. For example, a solid polymer electrolyte having ion conductivity and an electrolyte solution usually used in a lithium ion battery are used. A polymer skeleton that does not have conductivity is also included in which a similar electrolyte is held (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
When a liquid electrolyte or a polymer gel electrolyte is used as the electrolyte, a seal member surrounding the single battery layer is provided between the current collectors (for example, Patent Document 2). If there is no sealing member, the electrolyte oozes out between the respective unit cell layers, and contacts with the electrolytes of the other unit cell layers, causing a short circuit between the unit cell layers called a liquid junction. Here, the single battery layer includes a positive electrode active material layer, a gel electrolyte layer, and a negative electrode active material layer.
[0005]
In order to provide the seal member, a single cell layer is sandwiched between the current collectors, and a heat-sealing resin for sealing is sandwiched between the outer peripheral parts, and the heat-sealing resin part is heated and pressed to heat-fuse the current collector. There is a method of heat-sealing resin. The heat sealing resin serves as a seal member.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-204136
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 08-007926 (see paragraph “0012”, FIG. 2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, if the single cell layer is disposed in the central portion between the current collectors and the seal member is sandwiched between the outer peripheral portions, a gap is formed between the single cell layer and the seal member. When such a gap is formed, for example, when the current collector is bent due to vibration or the like, the current collectors may come into contact with each other in the gap to cause a short circuit. A short circuit leads to a decrease in battery performance.
[0008]
Further, in order to eliminate a gap between the single cell layer and the seal member, it is considered that the outer periphery of the single cell layer and the inner periphery of the seal member are in close contact with each other. However, both the single cell layer and the seal member are very soft. In particular, the gel electrolyte layer of the single cell layer is difficult to keep in a certain shape and deforms immediately. It is very difficult to bring these very soft materials into contact with each other. Executing this causes a reduction in work efficiency.
[0009]
Even if the single cell layer and the sealing member can be brought into contact with each other, a gap may be generated due to vibration applied to the completed bipolar battery, which may eventually cause a short circuit.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and uses a bipolar battery capable of preventing a short circuit due to a gap between the single battery layer and the sealing member, a method for manufacturing the bipolar battery, and the bipolar battery. The purpose is to provide assembled batteries and vehicles.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The above object of the present invention is achieved by the following means.
[0012]
A bipolar battery in which a positive electrode active material layer is formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer is formed on the other surface is a bipolar battery formed by laminating a gel electrolyte layer,
A seal member disposed between the current collectors so as to surround a single cell layer including the positive electrode active material layer, the gel electrolyte layer, and the negative electrode active material layer adjacent to each other; and the gel An insulating member for preventing contact between the bipolar electrodes laminated via the gel electrolyte layer between the electrolyte layer and the sealing member; The insulating member is a plate-like body having insulating properties, and is arranged so as to extend from a substantially outer periphery of the lower end or upper end of the unit cell layer to a substantially inner periphery of the seal member. It is a sealing tape comprising a plate-like base material and an adhesive having adhesiveness Bipolar battery.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, a step of laminating a single battery layer comprising a gel electrolyte layer, a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer on a current collector, and a sealing member surrounding the periphery of the single battery layer; A step of filling an insulating powder between the single cell layer and the seal member; a step of further stacking a current collector on the single cell layer and the seal member; and And a step of heat-sealing with a current collector laminated on the substrate.
[0014]
The third aspect of the present invention is a step of attaching a plate-like sealing tape on the current collector,
A step of laminating a single battery layer comprising a gel electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a negative electrode active material layer on the current collector, and a sealing member surrounding the periphery of the single cell layer are disposed on the current collector. And a step of further laminating a current collector on the unit cell layer and the seal member, and a step of heat-sealing the seal member with a current collector laminated on the top and bottom thereof, The seal tape is a bipolar battery manufacturing method that includes a plate-like base material and an adhesive having adhesiveness, and extends from a substantially outer periphery of the unit cell layer to a substantially inner periphery of the seal member.
[0015]
【The invention's effect】
According to the first invention, even if there is a gap between the gel electrolyte layer and the seal member, the insulating member prevents contact between the bipolar electrodes in the gap, so that a short circuit can be prevented and a decrease in battery performance can be prevented. can do.
[0016]
According to the second aspect, since the insulating powder is filled between the single cell layer and the sealing member, the insulating member can be easily supplied to the gap between the single cell layer and the sealing member. Thereby, the short circuit by the contact of collectors can be prevented.
[0017]
According to the third aspect of the invention, since the seal tape extending from the substantially outer periphery of the single cell layer to the substantially inner periphery of the seal member is attached onto the current collector, the insulating member is easily interposed between the single cell layer and the seal member. Can supply. Thereby, the contact between the current collectors between the single cell layer and the seal member can be prevented, and a short circuit can be prevented.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, each component is exaggerated for clarity of explanation.
[0019]
(First embodiment)
In the first aspect of the present invention, a bipolar electrode in which a positive electrode active material layer is formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer is formed on the other surface is laminated with a gel electrolyte layer interposed therebetween. A battery is a seal disposed between the current collectors so as to surround a single battery layer including the positive electrode active material layer, the gel electrolyte layer, and the negative electrode active material layer adjacent to each other. A bipolar battery comprising: a member; and an insulating member that prevents contact between the bipolar electrodes stacked via the gel electrolyte layer between the gel electrolyte layer and the seal member.
[0020]
The second aspect of the present invention is a step of laminating a single battery layer comprising a gel electrolyte layer, a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer on a current collector, and a seal member surrounding the single cell layer. A step of filling an insulating powder between the unit cell layer and the seal member, a step of further stacking a current collector on the unit cell layer and the seal member, and the seal member And a step of heat-sealing with current collectors stacked above and below.
[0021]
Here, in the bipolar battery of this embodiment, a plurality of specific modes can be considered for the insulating member. Therefore, below, the aspect example of an insulating member is shown in order as the aspects 1-3.
[0022]
(Aspect 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the structure of a bipolar battery to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of a unit cell constituting the bipolar battery.
[0023]
In the bipolar battery 1, a positive electrode active material layer 3 and a negative electrode active material layer 4 are formed in the center of both surfaces of the current collector 2 except for both ends, and the positive electrode active material layer 3 and the negative electrode active material layer of the current collector 2 are formed. 4 has a structure in which a single battery layer 6 is formed with an electrolyte layer 5 interposed therebetween, and a plurality of single battery layers 6 are laminated. Current collectors at both ends (referred to as end current collectors 7) are connected to the electrodes of the entire bipolar battery.
[0024]
And the structure which provided the positive electrode active material layer 3 and the negative electrode active material layer 4 on both sides of the electrical power collector 2 is called a bipolar electrode.
[0025]
Here, the electrolyte layer 5 is, for example, a gel electrolyte in which about several to 98% by weight of an electrolytic solution is held in a polymer skeleton, and in this embodiment, in particular, 70% by weight or more of the electrolytic solution is held. A gel electrolyte can be used.
[0026]
In this bipolar battery 1, in order to prevent liquid leakage from the unit cell layer 6, the periphery of each unit cell layer 6 is surrounded, and between the current collectors 2, or between the current collectors 2 and the end current collectors 7. A seal member 9 disposed between the two is provided.
[0027]
The seal member 9 is formed of a heat sealing resin having insulating properties such as polyethylene and polypropylene. As will be described later, the seal member 9 is heat-sealed to the current collector 2 and the end current collector 7 that are stacked one above the other. Thereby, each cell layer 6 is sealed by the sealing member 9. Therefore, liquid leakage from the unit cell layer 6 can be prevented.
[0028]
Further, in the bipolar battery 1, an insulating member is disposed between the single battery layer 6 and the seal member 9. In Embodiment 1 shown in FIGS. 1 and 2, the insulating member is an insulating powder 10 having insulating properties. The insulating powder 10 includes a polymer, ceramics, or a mixture thereof, and is filled between the gel electrolyte layer and the seal member.
[0029]
Next, the manufacturing procedure of the bipolar battery 1 of the present invention will be described.
[0030]
3-7 is a figure for demonstrating the manufacturing procedure of the bipolar battery of this invention.
[0031]
3 is a cross-sectional view showing a state in which the bipolar electrode, the gel electrolyte layer, and the seal member are laminated, FIG. 4 is a plan view showing a state in which the gel electrolyte layer and the seal member are laminated on the bipolar electrode, and FIG. FIG. 6 is a plan view showing the gap between the single cell layer and the seal member, and FIG. 7 is a diagram further showing a bipolar electrode laminated on the gel electrolyte layer and the seal member. It is sectional drawing which shows a mode.
[0032]
As a manufacturing procedure of the bipolar battery 1 of the present invention, as shown in FIG. 3, first, an electrode layer (positive electrode active material layer 3 or negative electrode active material layer 4, for example, positive electrode active material layer) is formed on the end current collector 7. 3) is laminated, and a gel electrolyte layer 5 is further laminated thereon. Further, a seal member 9 is laminated on the end current collector 7 so as to surround the positive electrode active material layer 3 and the gel electrolyte layer 5. Here, as shown in FIG. 4, the seal member 9 is provided with a hole in the center, through which the single battery layer 6 including the positive electrode active material layer 3 and the gel electrolyte layer 5 passes.
[0033]
Next, as shown in FIG. 5, insulating powder 10 is filled between the gel electrolyte layer 5 and the seal member 9 of the laminate obtained by stacking in FIG. 3. Here, the insulating powder 10 is filled in the gap by being sprinkled over the gap 8 between the gel electrolyte layer 5 and the seal member 9 shown in FIG.
[0034]
After the gap is filled with the insulating powder 10, bipolar electrodes are stacked as shown in FIG. Here, in FIG. 3, since the positive electrode active material layer 3 is laminated on the end current collector 7, the negative electrode active material layer 4, the current collector 2, and the positive electrode active material layer 3 are laminated in this order. In addition, a bipolar electrode is laminated. Thereby, the single battery layer 6 is formed between the end current collector 7 and the current collector 2.
[0035]
Then, the lamination is repeated in the same manner until the desired number of layers is reached, and finally, the end current collector 7 to which only the negative electrode active material layer 4 is attached, that is, the bipolar electrode not including the positive electrode active material layer 3 is laminated. To do.
[0036]
When the lamination is finished, the

current collectors

2 and 7 and the seal member 9 are heated and pressed from above and below the lamination.
[0037]
The bipolar battery 1 shown in FIG. 1 is manufactured by the above procedure.
[0038]
The effect which the bipolar battery 1 which has the insulating member of aspect 1 has is as follows.
[0039]
Even if there is a gap between the gel electrolyte layer and the seal member, the insulating member prevents the bipolar electrodes from contacting each other in the gap, so that a short circuit can be prevented and a decrease in battery performance can be prevented.
[0040]
Specifically, the insulating powder 10 is supplied as an insulating member. Since the insulating powder 10 is a fine powder, the gap between the gel electrolyte layer 5 and the seal member 9 can be easily filled by covering from the upper side in the lamination step of the bipolar battery 1. Since the insulating powder 10 is filled in the gap, an insulating member is disposed between the

current collectors

2 and 7, and even if a force is applied to the bipolar battery 1, a short circuit can be prevented.
[0041]
Furthermore, since the insulating powder 10 includes a polymer, ceramics, or a mixture thereof, these substances do not deteriorate the battery characteristics of the bipolar battery.
[0042]
(Aspect 2)
Next, another aspect of the insulating member will be described.
[0043]
The insulating member according to aspect 2 is a plate-like body having insulating properties, and is disposed so as to extend from a substantially outer periphery of the lower end or upper end of the unit cell layer to a substantially inner periphery of the seal member.
[0044]
Here, a third aspect of the present invention is a step of attaching a plate-shaped sealing tape on a current collector, and a single layer comprising a gel electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a negative electrode active material layer on the current collector. A step of laminating a battery layer, a step of disposing a seal member surrounding the unit cell layer on the current collector, and a step of further laminating a current collector on the unit cell layer and the seal member; And a step of heat-sealing the seal member with a current collector laminated on the upper and lower sides thereof, and the seal tape is composed of a plate-like base material and an adhesive having adhesiveness. This is a method for manufacturing a bipolar battery extending from a substantially outer periphery of the battery layer to a substantially inner periphery of the sealing member.
[0045]
FIG. 8 is a partially enlarged cross-sectional view of a unit cell for showing the insulating member of aspect 2.
[0046]
As shown in FIG. 8, the insulating member 11 of the aspect 2 is a thin plate-like body having insulating properties, and is arranged so as to extend from a substantially outer periphery of the unit cell layer 6 to a substantially inner periphery of the sealing member 9. is there. More specifically, the insulating member is a seal tape 11 composed of a thin plate-like base material and an adhesive having adhesiveness.
The seal tape 11 uses a resin selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyamide-based synthetic fibers as the base material, and has a pressure-resistant adhesive selected from the group consisting of synthetic rubber, butyl rubber, synthetic resin, and acrylic. A material having meltability is used. The seal tape 11 is fixed to the current collector 2 or the current collector 7 with an adhesive.
[0047]
Next, a method for manufacturing the bipolar battery 1 will be described.
[0048]
9-11 is a figure for demonstrating the manufacturing procedure of the bipolar battery 1 containing the insulating member shown in FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which a bipolar electrode and an insulating member are laminated, FIG. 10 is a cross-sectional view in which a gel electrolyte layer and a seal member are further laminated, and FIG. 11 is a cross-sectional view in which a bipolar electrode is further laminated. It is.
[0049]
First, as shown in FIG. 9, an electrode layer (positive electrode active material layer 3 or negative electrode active material layer 4, for example, positive electrode active material layer 3) is laminated on the end current collector 7. Subsequently, the seal tape 11 is pasted on the end charger 7 so as to contact the outer periphery of the end collector 7. Here, the sealing tape 11 may be pasted first, and then the positive electrode active material layer 3 may be laminated. In this case, it is preferable that the positive electrode active material layer 3 is laminated on the seal tape 11 so that a gap is not formed between the positive electrode active material layer 3 and the seal tape 11.
[0050]
Next, as shown in FIG. 10, the gel electrolyte layer 5 is laminated on the positive electrode active material layer 3, and the seal member 9 is laminated on the end current collector 7 on the outer periphery of the seal tape 11. Also here, it is preferable that the seal member 9 is slightly covered with the seal tape 11 so that there is no gap between the seal tape 11 and the seal member 9. Thus, the gap between the positive electrode active material layer 3 and the seal member 9 can be eliminated by slightly covering the positive electrode active material layer 3 and the seal member 9 on the seal tape 11.
[0051]
Then, the lamination is repeated in the same manner until the desired number of layers is reached, and finally, the end current collector 7 to which only the negative electrode active material layer 4 is attached, that is, the bipolar electrode not including the positive electrode active material layer 3 is laminated. To do.
[0052]
When the lamination is finished, the

current collectors

2 and 7 and the seal member 9 are heated and pressed from above and below the lamination.
[0053]
The seal tape 11 is affixed to the

current collectors

2 and 7 in order to eliminate all the gaps between the unit cell layer 6 and the seal member 9. Therefore, for example, if the current collector 2 is rectangular and each layer of the unit cell layer 6 is also rectangular, the seal tapes 11 are applied as many as the number of sides in order to eliminate gaps that can be formed on the four sides of the rectangle.
[0054]
Moreover, in the said procedure, although the sealing tape 11 was affixed initially, after forming the cell layer 6 previously, you may affix the sealing tape 11 around it.
[0055]
The bipolar battery 1 having the insulating member of the mode 2 shown in FIG. 8 is manufactured by the above procedure.
[0056]
The effect which the bipolar battery 1 which has the insulating member of aspect 2 has is as follows.
[0057]
When the layers of the bipolar battery 1 are laminated, only the sealing tape 11 is applied, so that the manufacture is easy and the contact between the bipolar electrodes can be reliably prevented.
[0058]
A resin selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyamide-based synthetic fibers is used for the base material of the seal tape 11. Therefore, since the resin is an insulator, even if the

current collectors

2 and 7 come in contact from both sides, the

current collectors

2 and 7 are not electrically connected to each other, and a short circuit can be prevented.
[0059]
In addition, a material having melt resistance selected from the group consisting of synthetic rubber, butyl rubber, synthetic resin, and acrylic is used for the adhesive. Therefore, the position of the seal tape 11 can be fixed without being melted even at the time of the heating press performed in the final process of manufacturing the bipolar battery 1.
[0060]
(Aspect 3)
Next, still another aspect of the insulating member will be described.
[0061]
The insulating member of aspect 3 has substantially the same thickness as the unit cell layer, and is disposed between the gel electrolyte layer and the sealing member.
[0062]
FIG. 12 is a partially enlarged cross-sectional view of a unit cell for showing the insulating member of aspect 3.
[0063]
As shown in FIG. 12, the insulating member 12 of the aspect 3 is a member which has insulation and has substantially the same thickness as the unit cell layer. The insulating member 12 is inserted between the unit cell layer 6 and the seal member 9 in the step of laminating the bipolar battery 1. The insulating member 12 may be, for example, a rod-shaped member in which four members are inserted along the four sides of the unit cell layer 6, and a hole having substantially the same shape as the unit cell layer 6 is provided in the center. It may be.
[0064]
The effect of using the insulating member of the aspect 3 is that the insulating member 12 is inserted in the step of laminating the bipolar battery 1, so that the gap between the single cell layer 6 and the seal member 9 can be easily filled.
[0065]
In the bipolar battery 1 of the first embodiment, the output can be varied by increasing / decreasing the number of stacks of the single battery layer 6, the current collector 2, and the seal member 9.
[0066]
Regarding the bipolar battery 1 and the battery 20, members constituting the battery other than the insulating member may be the same as those used in a general lithium ion secondary battery.
[0067]
The current collector, positive electrode, negative electrode, gel electrolyte, etc. that can be used for the bipolar battery 1 will be described below.
[0068]
[Current collector]
The current collector needs to be formed by laminating and stacking whatever shape it has, such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (for example, by a thin film manufacturing technique such as spray coating). SUS), a metal powder such as an alloy thereof as a main component, and a current collector metal paste containing a binder (resin) and a solvent is heated and molded, and is formed by the metal powder and the binder. It will be. In addition, these metal powders may be used alone or in combination of two or more, and moreover, different types of metal powders are laminated in multiple layers taking advantage of the characteristics of the manufacturing method. It may be a thing.
[0069]
The binder is not particularly limited. For example, a conventionally known resin binder material such as an epoxy resin can be used, and a conductive polymer material may be used.
[0070]
Although the thickness of a collector is not specifically limited, Usually, it is about 1-100 micrometers.
[0071]
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode includes a positive electrode active material. In addition to this, an electrolyte, a lithium salt, or the like may be included in order to increase ion conductivity. Moreover, in order to improve electronic conductivity, a conductive support agent, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) as a solvent for adjusting slurry viscosity, AIBN (azobisisobutyronitrile) as a polymerization initiator, and the like may be included. In particular, it is desirable that at least one of the positive electrode and the negative electrode contains an electrolyte, preferably a solid polymer electrolyte. However, in order to further improve the battery characteristics of the bipolar battery, it is preferable to contain them in both.
[0072]
As the positive electrode active material, a composite oxide of transition metal and lithium, which is also used in a solution-type lithium ion battery, can be used. Specifically, LiCoO ₂ Li / Co complex oxides such as LiNiO ₂ Li / Ni based complex oxide such as spinel LiMn ₂ O _Four Li · Mn based complex oxide such as LiFeO ₂ And Li / Fe-based composite oxides. In addition, LiFePO _Four Transition metal and lithium phosphate compounds and sulfuric acid compounds; V ₂ O _Five , MnO ₂ TiS ₂ , MoS ₂ , MoO _Three Transition metal oxides and sulfides such as PbO ₂ , AgO, NiOOH and the like.
[0073]
The positive electrode active material may have any particle diameter as long as the positive electrode material can be formed into a paste by spray coating or the like. Further, in order to reduce the electrode resistance of the bipolar battery, it is preferable to use a battery whose electrolyte is smaller than a particle diameter generally used in a solution type lithium ion battery which is not solid. Specifically, the average particle diameter of the positive electrode active material is preferably 10 to 0.1 μm.
[0074]
As the electrolyte contained in the positive electrode, a solid polymer electrolyte, a polymer gel electrolyte, a laminate of these, and the like can be used. That is, the positive electrode can have a multi-layer structure, and on the collector side and the electrolyte side, a layer in which the type of electrolyte constituting the positive electrode, the type and particle size of the active material, and the mixing ratio thereof are changed is formed. You can also.
[0075]
The polymer gel electrolyte is a solid polymer electrolyte having ion conductivity containing an electrolyte solution usually used in a lithium ion battery. Further, in the polymer skeleton having no lithium ion conductivity, In addition, those holding the same electrolytic solution are also included.
[0076]
Here, as the electrolyte solution (electrolyte salt and plasticizer) contained in the polymer gel electrolyte, any electrolyte solution that is usually used in a lithium ion battery may be used. For example, LiPF ₆ , LiBF _Four LiClO _Four , LiAsF ₆ , LiTaF ₆ LiAlCl _Four , Li ₂ B _Ten Cl _Ten Inorganic acid anion salt such as LiCF _Three SO _Three , Li (CF _Three SO ₂ ) ₂ N, Li (C ₂ F _Five SO ₂ ) ₂ Including at least one lithium salt (electrolyte salt) selected from organic acid anion salts such as N; cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate; chains such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate Carbonates; ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; Esters such as methyl propionate; Amides such as dimethylformamide; Organic solvents (plasticizers) such as aprotic solvents mixed with at least one selected from methyl acetate and methyl formate We can use what we used However, it is not necessarily limited to these.
[0077]
For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), etc. are used as the polymer having no lithium ion conductivity used in the polymer gel electrolyte. it can. However, it is not necessarily limited to these. Note that PAN, PMMA, etc. are in a class that has almost no ionic conductivity, and thus can be a polymer having the above ionic conductivity, but here, they are used for a polymer gel electrolyte. This is exemplified as a polymer having no lithium ion conductivity.
[0078]
Examples of the lithium salt include LiPF. ₆ , LiBF _Four LiClO _Four , LiAsF ₆ , LiTaF ₆ LiAlCl _Four , Li ₂ B _Ten Cl _Ten Inorganic acid anion salts such as Li (CF _Three SO ₂ ) ₂ N, Li (C ₂ F _Five SO ₂ ) ₂ An organic acid anion salt such as N or a mixture thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these.
[0079]
Examples of the conductive assistant include acetylene black, carbon black, and graphite. However, it is not necessarily limited to these.
[0080]
The amount of the positive electrode active material, electrolyte (preferably solid polymer electrolyte), lithium salt, and conductive additive in the positive electrode is determined in consideration of the intended use of the battery (output priority, energy priority, etc.) and ion conductivity. Should. For example, if the amount of the electrolyte in the positive electrode, particularly the solid polymer electrolyte, is too small, the ionic conduction resistance and the ionic diffusion resistance in the active material layer will increase, and the battery performance will deteriorate. On the other hand, when the amount of the electrolyte in the positive electrode, particularly the solid polymer electrolyte, is too large, the energy density of the battery decreases. Therefore, in consideration of these factors, the solid polymer electrolysis mass suitable for the purpose is determined.
[0081]
The thickness of the positive electrode is not particularly limited, and should be determined in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, emphasis on energy, etc.) and ion conductivity, as described for the blending amount. A typical positive electrode active material layer has a thickness of about 10 to 500 μm.
[0082]
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode includes a negative electrode active material. In addition to this, an electrolyte, a lithium salt, a conductive auxiliary agent, and the like may be included to enhance ion conductivity. Except for the type of the negative electrode active material, the contents are basically the same as those described in the section “Positive electrode active material layer”, and thus the description thereof is omitted here.
[0083]
As the negative electrode active material, a negative electrode active material that is also used in a solution-type lithium ion battery can be used. For example, metal oxide, lithium-metal composite oxide metal, hard carbon and the like are preferable. More preferred are carbon, transition metal oxide, and lithium-transition metal composite oxide. More preferred are titanium oxide, lithium-titanium composite oxide, and carbon. These may be used alone or in combination of two or more.
[0084]
[Electrolytes]
The electrolyte is a polymer gel electrolyte. This electrolyte can also have a multilayer structure, and a layer in which the type of electrolyte and the component blending ratio are changed can be formed on the positive electrode side and the negative electrode side. When the polymer gel electrolyte is used, the ratio (mass ratio) between the polymer constituting the polymer gel electrolyte and the electrolytic solution is 20:80 to 2:98, which is a range in which the ratio of the electrolytic solution is relatively large.
[0085]
As such a polymer gel electrolyte, a solid polymer electrolyte having ion conductivity includes an electrolytic solution usually used in a lithium ion battery. Those in which the same electrolyte solution is held in the molecular skeleton are also included. Since these are the same as the polymer gel electrolyte described as one of the electrolytes included in the [positive electrode], description thereof is omitted here.
[0086]
These solid polymer electrolytes or polymer gel electrolytes can be included in the positive electrode and / or the negative electrode as described above in addition to the polymer electrolyte constituting the battery, but depending on the polymer electrolyte, positive electrode, and negative electrode constituting the battery. Different polymer electrolytes may be used, the same polymer electrolyte may be used, or different polymer electrolytes may be used depending on the layer.
[0087]
The thickness of the electrolyte constituting the battery is not particularly limited. However, in order to obtain a compact bipolar battery, it is preferable to make it as thin as possible as long as the function as an electrolyte can be secured. The thickness of a general solid polymer electrolyte layer is about 10 to 100 μm. However, the shape of the electrolyte can be easily formed so as to cover the upper surface of the electrode (positive electrode or negative electrode) as well as the outer periphery of the side surface, taking advantage of the characteristics of the manufacturing method. It is not always necessary to have a substantially constant thickness.
[0088]
[Exterior body (battery case)]
From the viewpoint of weight reduction, the exterior body has a polymer-metal composite laminate film or aluminum laminate pack in which a metal (including an alloy) such as aluminum, stainless steel, nickel, or copper is covered with an insulator such as a polypropylene film. A bipolar battery is housed and sealed using a conventionally known material.
[0089]
In this case, the positive electrode and the negative electrode lead may be structured so as to be sandwiched between the heat-sealed portions and exposed to the outside of the battery outer package. In addition, the use of polymer-metal composite laminate films and aluminum laminate packs with excellent thermal conductivity allows heat to be efficiently transferred from the heat source of the automobile and the inside of the battery to be quickly heated to the battery operating temperature. preferable.
[0090]
[Positive electrode and negative electrode terminal plate]
The positive electrode and the negative electrode terminal plate have functions as terminals and are preferably as thin as possible from the viewpoint of thinning, but the electrodes, electrolytes, and current collectors that are laminated by film formation have low mechanical strength. For this reason, it is desirable to have sufficient strength to sandwich and support them from both sides. Furthermore, it can be said that the thickness of the positive electrode and the negative electrode terminal plate is usually preferably about 0.1 to 2 mm from the viewpoint of suppressing the internal resistance at the terminal portion.
[0091]
As the material of the positive electrode and the negative electrode terminal plate, materials usually used in lithium ion batteries can be used. For example, aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof can be used. Aluminum is preferably used from the viewpoints of corrosion resistance, ease of production, economy, and the like.
[0092]
The material of the positive electrode terminal plate and the negative electrode terminal plate may be the same material or different materials. Furthermore, the positive electrode and the negative electrode terminal plate may be a laminate of different materials.
[0093]
The shape of the positive electrode and the negative electrode terminal plate is a shape obtained by tracing the outer surface of a heat source of an automobile when used also as a template, and the terminal plate is installed in a terminal plate provided at a position opposite to the template. Any shape that traces the outer surface of the current collector may be used, and it may be formed by tracing by press molding or the like. Note that the terminal plate provided at a position opposite to the template may be formed by spray coating in the same manner as the current collector.
[0094]
[Positive electrode and negative electrode lead]
As for the positive electrode and the negative electrode lead, known leads usually used in lithium ion batteries can be used. In addition, since the part taken out from the battery exterior material (battery case) does not have a distance from the heat source of the automobile, it does not affect the automobile parts (particularly electronic equipment) by contacting with them and causing electric leakage. In addition, it is preferable to coat with a heat-resistant insulating heat-shrinkable tube or the like.
[0095]
FIG. 13 is a perspective view showing an external appearance of a battery 20 using an aluminum laminate pack for the bipolar battery 1. In this battery 20, the above-described positive electrode and negative electrode terminal plates are provided on the end current collector 7 of the enclosing bipolar battery 1, and leads are further attached to form

electrodes

23 and 24.
[0096]
Next, an experimental example in which the bipolar battery 1 is actually manufactured and evaluated will be described.
[0097]
Experimental example
<Vibration resistance evaluation 1>
The battery 20 was manufactured in the same manner as in the above-described embodiment (Aspect 1), and the voltage was evaluated.
[0098]
(Sample preparation)
The battery 20 actually manufactured as Example 1 is as follows.
[0099]
The

current collectors

2 and 7 are made of stainless steel (SUS) foil having a thickness of 20 μm, and the positive electrode active material layer 3 or the negative electrode active material layer 4 is formed on the end current collector 7. A positive electrode active material layer 3 and a negative electrode active material layer 4 were formed.
[0100]
The positive electrode active material layer 3 is made of LiMn ₂ O _Four (85% by weight), acetylene black (5% by weight) as a conductive additive, polyvinylidene fluoride (PVDF) (10% by weight) as a binder, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a viscosity adjusting solvent are mixed in appropriate amounts. Thus, a positive electrode slurry was prepared, applied as a positive electrode active material to one surface of a stainless steel foil (thickness 20 μm) as a current collector, and dried to form a positive electrode active material layer 3 having a thickness of 40 μm.
[0101]
The negative electrode active material layer 4 is made of Li _Four Ti _Five O ₁₂ (85 wt%) is mixed with acetylene black (5 wt%) as a conductive additive, PVDF (10 wt%) as a binder, and NMP (appropriate amount) as a viscosity adjusting solvent to prepare a negative electrode slurry. Is applied to the opposite surface of the stainless steel foil coated with the positive electrode active material layer 3 and dried to form the negative electrode active material layer 4 having a thickness of 40 μm.
[0102]
The polymer gel electrolyte layer 5 is made of a 50 μm thick polypropylene (PP) unknown cloth and a monomer solution (polymer of polyethylene oxide and polypropylene oxide) having an average molecular weight of 7500 to 9000 which is a precursor of an ion conductive polymer matrix. ) 5% by weight, 95% by weight of 1.0 mol / l LiBETI dissolved in ethylene carbonate (EC) + dimethyl carbonate (DMC) in a mixing ratio of 1: 3 as an electrolytic solution, and a pregel solution comprising a polymerization initiator The gel polymer electrolyte layer was obtained by sandwiching the precursor and cross-linking the precursor by irradiating the quartz glass substrate with ultraviolet rays for 15 minutes.
[0103]
On the end current collector 7, the positive electrode active material layer 3 and the gel electrolyte layer 5 were stacked, and a seal member 9 surrounding the periphery of the gel electrolyte layer 5 was stacked. Thereafter, a small amount of silicone powder was filled as an insulating member between the gel electrolyte layer 5 and the seal member 9, and the negative electrode active material layer 4 and the current collector 2 were laminated on the gel electrolyte layer 5. The same process was repeated until five single cell layers 6 were formed, and the sealing member 9 was heated and pressed from above and below to seal each layer. Finally, the laminate was sealed with a laminate pack to form a battery 20.
[0104]
Moreover, as Comparative Example 1 for this evaluation, a structure having substantially the same configuration as that of Example 1 and not filled with silicone powder was prepared.
[0105]
Five batteries 20 of Example 1 and Comparative Example 1 were prepared.
[0106]
The liquid junction was evaluated by comparing the voltages before and after applying vibration to the battery and calculating the voltage maintenance rate. The battery was charged by constant current charging (CC) to 13.5 V at a current of 0.5 C, and then charging (CV) at a constant voltage for 5 hours. A monotonous vibration with an amplitude of 3 mm and 50 Hz in the vertical direction was applied to the charged battery for 200 hours in a firmly fixed state. This vibration test was performed on each of the five batteries of Example 1 and Comparative Example 1, and the average value of the voltage was determined. The results of the vibration test are as shown in Table 1 below.
[0107]
[Table 1]

[0108]
In the battery 20 of Example 1, the average voltage before the vibration test was 13.47V, and the average voltage after the test was 13.33V. Therefore, the average voltage maintenance rate was 98.96%.
[0109]
On the other hand, in the battery of Comparative Example 1, the average voltage before the vibration test was 13.46V, and the average voltage after the test was 12.23V. Therefore, the average voltage maintenance ratio was 90.86%.
[0110]
From this result, it can be seen that, as in Example 1, it is a battery having a high resistance against impact and having a very high rigidity when silicone powder is filled between the single cell layer 6 and the seal member 9 as an insulating member. . That is, even if it vibrates, it turns out that the

collectors

2 and 7 do not contact with silicone powder, and a short circuit does not occur.
[0111]
<Vibration resistance evaluation 2>
The battery 20 was manufactured in the same manner as in the above-described embodiment (Aspect 2), and the voltage was evaluated.
[0112]
(Sample preparation)
The battery 20 actually produced as Example 2 is as follows.
[0113]
Since the

current collectors

2 and 7, the positive electrode active material layer 3, the negative electrode active material layer 4, and the polymer gel electrolyte layer 5 are the same as those in Example 1, the description thereof is omitted.
[0114]
The positive electrode active material layer 3 was laminated on the end current collector 7, and a seal tape 11 using polypropylene as a base material and synthetic rubber as an adhesive was attached around the positive electrode active material layer 3. Thereafter, the gel electrolyte layer 5 and the negative electrode active material layer 4 were laminated on the positive electrode active material layer 3, and the seal member 9 was laminated around the seal tape 11. Further, the current collector 2 was laminated on the negative electrode active material layer 4. The same process was repeated until five single cell layers 6 were formed, and the sealing member 9 was heated and pressed from above and below to seal each layer. Finally, the laminate was sealed with a laminate pack to form a battery 20.
[0115]
Further, as Comparative Example 2 for this evaluation, a structure having substantially the same configuration as that of Example 1 and having no seal tape 11 attached thereto was prepared.
[0116]
Five batteries 20 of Example 2 and Comparative Example 2 were prepared.
[0117]
The liquid junction was evaluated by comparing the voltages before and after applying vibration to the battery and calculating the voltage maintenance rate. The battery was charged by constant current charging (CC) to 13.5 V at a current of 0.5 C, and then charging (CV) at a constant voltage for 5 hours. A monotonous vibration with an amplitude of 3 mm and 50 Hz in the vertical direction was applied to the charged battery for 200 hours in a firmly fixed state. This vibration test was performed on each of the five batteries of Example 1 and Comparative Example 1, and the average value of the voltage was determined. The results of the vibration test are as shown in Table 1 below.
[0118]
[Table 2]

[0119]
In the battery 20 of Example 2, the average voltage before the vibration test was 13.47V, and the average voltage after the test was 13.35V. Therefore, the average voltage maintenance rate was 99.10%.
[0120]
On the other hand, in the battery of Comparative Example 2, the average voltage before the vibration test was 13.46V, and the average voltage after the test was 12.23V. Therefore, the average voltage maintenance ratio was 90.86%.
[0121]
From this result, as in Example 2, it is a battery that is more resistant to impact and very rigid when the sealing tape 11 is applied as an insulating member between the positive electrode active material layer 3 and the sealing member 9. I understand that. That is, even if it vibrates, it turns out that the

current collectors

2 and 7 do not contact each other by the seal tape 11, and a short circuit does not occur.
[0122]
(Second Embodiment)
A fourth aspect of the present invention is an assembled battery formed by connecting a plurality of bipolar batteries 1 or batteries 20 of the first embodiment in parallel and / or in series.
[0123]
FIG. 14 is a perspective view of the assembled battery according to the second embodiment, and FIG. 15 is a view of the internal configuration as viewed from above.
[0124]
As shown in FIGS. 14 and 15, the assembled battery 50 includes a battery 20 (see FIG. 13) in which the bipolar battery 1 according to the first embodiment is packaged by a laminate pack, and a plurality of directly connected batteries 20 (see FIG. 13). Connected. Between the batteries 20, the

electrodes

23 and 24 of each battery are connected by a conductive bar 53. The assembled battery 50 is provided with

electrode terminals

51 and 52 on one side of the assembled battery 50 as electrodes of the assembled battery 50.
[0125]
In this assembled battery 50, ultrasonic welding, heat welding, laser welding, rivets, caulking, electron beam, or the like can be used as a connection method when the batteries 20 are directly connected and connected in parallel. By adopting such a connection method, a long-term reliable assembled battery can be manufactured.
[0126]
According to the assembled battery 50 according to the second embodiment, high capacity and high output can be obtained by using the battery according to the first embodiment described above to obtain an assembled battery. Therefore, long-term reliability as an assembled battery can be improved.
[0127]
In addition, connection of the battery 20 as an assembled battery may connect all the batteries 20 in parallel, and may connect all the batteries 20 in series.
[0128]
(Third embodiment)
A fifth aspect of the present invention is a vehicle on which the bipolar battery 1, the battery 20, or the assembled battery 50 of the second embodiment is mounted as a driving power source. A vehicle using the bipolar battery 1 or the assembled battery 50 as a power source for a motor is an automobile in which wheels are driven by a motor, such as an electric vehicle and a hybrid vehicle.
[0129]
For reference, FIG. 16 shows a schematic diagram of an automobile 100 on which the assembled battery 50 is mounted. The assembled battery 50 mounted on the automobile has the characteristics described above. For this reason, an automobile equipped with the assembled battery 50 has high durability and can provide sufficient output even after being used for a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the structure of a bipolar battery to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view of a unit cell constituting the bipolar battery.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a bipolar electrode, a gel electrolyte layer, and a seal member are stacked.
FIG. 4 is a plan view showing a state in which a gel electrolyte layer and a seal member are laminated on a bipolar electrode.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which insulating powder is disposed between a single cell layer and a seal member.
FIG. 6 is a plan view showing a gap between a single cell layer and a seal member.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which a bipolar electrode is further laminated on the gel electrolyte layer and the seal member.
FIG. 8 is a partial enlarged cross-sectional view of a unit cell for showing an insulating member according to a second embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which a bipolar electrode and an insulating member are stacked.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state where a gel electrolyte layer and a seal member are further laminated.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which bipolar electrodes are further laminated.
12 is a partially enlarged cross-sectional view of a unit cell for showing an insulating member of embodiment 3. FIG.
FIG. 13 is a perspective view showing an external appearance of a battery using an aluminum laminate pack as an exterior body.
FIG. 14 is a perspective view of an assembled battery.
FIG. 15 is a view of the internal configuration of the assembled battery as viewed from above.
FIG. 16 is a schematic view of an automobile equipped with an assembled battery.
[Explanation of symbols]
1 ... Bipolar battery,
2 (7) ... current collector (end current collector),
3 ... positive electrode active material layer,
4 ... negative electrode active material layer,
5 ... Gel electrolyte layer,
6 ... cell layer,
9: Seal member,
10: Insulating powder (insulating member),
11: Seal tape (insulating member),
12 ... Insulating member,
20 ... Battery,
50 ... assembled battery,
100 ... an automobile.

Claims

A bipolar battery in which a positive electrode active material layer is formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer is formed on the other surface is a bipolar battery formed by laminating a gel electrolyte layer,
A seal member disposed between the current collectors so as to surround the periphery of a unit cell layer including the adjacent positive electrode active material layer, the gel electrolyte layer, and the negative electrode active material layer;
Between the gel electrolyte layer and the seal member, an insulating member for preventing contact between the bipolar electrodes laminated via the gel electrolyte layer;
Have
The insulating member is an insulating plate-like body, and is disposed so as to extend from a substantially outer periphery of a lower end or an upper end of the unit cell layer to a substantially inner periphery of the seal member,
The said insulating member is a bipolar battery which is a sealing tape which consists of a plate-shaped base material and the adhesive which has adhesiveness .

The base material is a resin selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyamide-based synthetic fibers,
The bipolar battery according to claim 1, wherein the pressure-sensitive adhesive is made of a solvent-resistant material selected from the group consisting of synthetic rubber, butyl rubber, synthetic resin, and acrylic .

The bipolar battery according to claim 1, wherein the insulating member has substantially the same thickness as the single cell layer and is disposed between the gel electrolyte layer and the seal member .

The positive electrode active material layer includes a composite oxide of lithium and a transition metal,
The bipolar battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the negative electrode active material layer includes a composite oxide of carbon or lithium and a transition metal .

Laminating a single cell layer comprising a gel electrolyte layer, a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer on a current collector, and a sealing member surrounding the periphery of the single cell layer;
Filling the insulating cell between the unit cell layer and the sealing member;
A step of further laminating a current collector on the unit cell layer and the sealing member;
A step of heat-sealing the sealing member with a current collector laminated on the top and bottom thereof;
A method of manufacturing a bipolar battery having

A step of attaching a plate-like sealing tape on the current collector;
Laminating a single battery layer comprising a gel electrolyte layer, a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer on the current collector;
Arranging a seal member surrounding the unit cell layer on the current collector;
A step of further laminating a current collector on the unit cell layer and the sealing member;
A step of heat-sealing the sealing member with a current collector laminated on the top and bottom thereof;
Have
The said sealing tape consists of a plate-shaped base material and the adhesive which has adhesiveness, The manufacturing method of the bipolar battery extended from the substantially outer periphery of the said cell layer to the substantially inner periphery of the said sealing member.

A bipolar battery according to any one of claims 1 to 4 or a plurality of bipolar batteries manufactured by the manufacturing method according to claim 5 or claim 6 are connected in parallel and / or in series. Assembled battery.

The bipolar battery according to any one of claims 1 to 4, the bipolar battery manufactured by the manufacturing method according to claim 5 or claim 6, or the assembled battery according to claim 7 as a driving power source. Vehicle that is installed.