JP4956777B2 - Bipolar battery, battery pack and vehicle equipped with these batteries - Google Patents
Bipolar battery, battery pack and vehicle equipped with these batteries Download PDFInfo
- Publication number
- JP4956777B2 JP4956777B2 JP2005309086A JP2005309086A JP4956777B2 JP 4956777 B2 JP4956777 B2 JP 4956777B2 JP 2005309086 A JP2005309086 A JP 2005309086A JP 2005309086 A JP2005309086 A JP 2005309086A JP 4956777 B2 JP4956777 B2 JP 4956777B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- bipolar
- bipolar battery
- battery according
- seal member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Description
本発明は、バイポーラ電極の周辺部に電解質の液漏れを防止する熱融着シール部材を有するバイポーラ電池、組電池及びそれらの電池を搭載した車両に関する。 The present invention relates to a bipolar battery having a heat-sealing seal member for preventing electrolyte leakage at the periphery of a bipolar electrode, an assembled battery, and a vehicle equipped with these batteries.
バイポーラ電池は、集電体の一方の面に正極層を形成し、他方の面に負極層を形成したバイポーラ電極と、該バイポーラ電極相互間でイオン交換を行う電解質層と、を交互に複数積層してなる。この種のバイポーラ電池の端部において電極間同士が接触すると短絡してしまい、また電解質層が層間同士接触すると液絡してしまう。 A bipolar battery is formed by alternately laminating a bipolar electrode having a positive electrode layer formed on one surface of a current collector and a negative electrode layer formed on the other surface, and an electrolyte layer for performing ion exchange between the bipolar electrodes. Do it. When the electrodes are in contact with each other at the end of this type of bipolar battery, they are short-circuited, and when the electrolyte layers are in contact with each other, a liquid junction occurs.
その対策として、特公平11−204136号公報(特許文献1)には、正極、負極およびこれらの電極間に電解質を含浸させたセパレータを挟んで構成される単位電池の周囲を絶縁物で被覆し、集電体を挟んで積層することにより、各電極間の液絡や短絡を防止することが開示されている。
ところで、バイポーラ電池では、電解質の染み出しを防止するために各単位電池の周辺部を熱融着シール部材により封止している。このシール部材は、電極の周辺部、すなわち集電体のエッジ部付近に熱融着され、電解質の漏れを防止することに加えて、集電体同士の接触による内部短絡を防止している。 By the way, in the bipolar battery, the peripheral part of each unit battery is sealed with a heat-sealing seal member in order to prevent the electrolyte from seeping out. This sealing member is heat-sealed to the peripheral part of the electrode, that is, near the edge part of the current collector, and prevents internal leakage due to contact between the current collectors in addition to preventing leakage of the electrolyte.
しかし、シール部材の構成材料には各種樹脂材料やゴムなどの柔軟性を有する材料を用いており、さらに電極の層間という非常に薄い間隔(1μm〜100μm)をシールしている。したがって、シール部材を熱融着するために加熱プレスを行うと、集電体のエッジ部がシール部材を突き破り、電極間が接触して短絡が生じるという問題があった。 However, a material having flexibility such as various resin materials and rubber is used as a constituent material of the seal member, and a very thin space (1 μm to 100 μm) between the electrodes is sealed. Therefore, when heat pressing is performed in order to heat-seal the sealing member, there is a problem that the edge portion of the current collector breaks through the sealing member and the electrodes are brought into contact with each other to cause a short circuit.
また、集電体のエッジ部におけるシール部材の破れを防止するため、熱融着シール材の加熱プレスの加熱温度や圧力を低減すると、加熱プレスによる熱が積層方向の中心部分まで届かず、シールが不完全になってしまうという問題があった。 In order to prevent tearing of the seal member at the edge portion of the current collector, if the heating temperature or pressure of the heat press of the heat-sealing seal material is reduced, the heat from the heat press does not reach the central part in the stacking direction, and the seal There was a problem that became incomplete.
本発明は、集電体のエッジ部におけるシール部材の破れを防止して、バイポーラ電極の周辺部を完全にシールすることができ、電解質の漏れおよび集電体同士の接触による短絡を防止することができるバイポーラ電池、組電池及びそれらの電池を搭載した車両を提供することを目的とする。 The present invention prevents tearing of the sealing member at the edge portion of the current collector, can completely seal the peripheral portion of the bipolar electrode, and prevents electrolyte leakage and short circuit due to contact between the current collectors It is an object of the present invention to provide a bipolar battery, an assembled battery, and a vehicle equipped with these batteries.
上記目的を達成するための本発明に係るバイポーラ電池は、集電体の一方の面に正極層が形成されその他方の面に負極層が形成されたバイポーラ電極と、当該バイポーラ電極相互間でイオン交換を行う電解質層と、を交互に複数積層して発電要素を形成し、前記電極の周辺部に電解質の液漏れを防止する熱融着シール部材を有するバイポーラ電池であって、前記熱融着シール部材は、前記集電体のエッジ部において非熱融着部を備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a bipolar battery according to the present invention comprises a bipolar electrode in which a positive electrode layer is formed on one surface of a current collector and a negative electrode layer is formed on the other surface, and an ion between the bipolar electrodes. A bipolar battery having a heat-sealing seal member for forming a power generation element by alternately laminating a plurality of electrolyte layers to be exchanged and preventing leakage of electrolyte at the periphery of the electrode, The sealing member includes a non-thermally fused portion at an edge portion of the current collector.
以上のように構成されたバイポーラ電池によれば、熱融着シール部材が、集電体のエッジ部において非熱融着部を備えているので、上記シール部材を熱融着するために加熱プレスを行う際に集電体のエッジ部におけるシール部材が破れることなく、バイポーラ電極の周辺部を完全にシールすることができる。したがって、電解質の漏れや集電体同士の接触による短絡を防止することができる。 According to the bipolar battery configured as described above, since the heat-sealing seal member has the non-heat-sealing portion at the edge portion of the current collector, a heat press is used to heat-seal the sealing member. The peripheral portion of the bipolar electrode can be completely sealed without breaking the sealing member at the edge portion of the current collector. Therefore, it is possible to prevent a short circuit due to leakage of the electrolyte or contact between the current collectors.
以下に、本発明に係るバイポーラ電池、組電池及びそれらの電池を搭載した車両の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態で引用する図面では、バイポーラ電池を構成する各層の厚みや形状を誇張して描いているが、これは発明の内容の理解を容易にするために行っているものであり、実際のバイポーラ電池の各層の厚みや形状と整合しているものではない。 Embodiments of a bipolar battery, an assembled battery, and a vehicle equipped with these batteries according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the drawings cited in the following embodiments, the thickness and shape of each layer constituting the bipolar battery are exaggerated, but this is done to facilitate understanding of the contents of the invention. Yes, it is not consistent with the thickness and shape of each layer of an actual bipolar battery.
図1は、本実施の形態に係るバイポーラ電池の外観図である。バイポーラ電池100は、図1に示すように長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ120A、負極タブ120Bが引き出されている。発電要素160はバイポーラ電池100の外装材(たとえばラミネートフィルム)180によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素160は正極タブ120A及び負極タブ120Bを引き出した状態で密封されている。
FIG. 1 is an external view of a bipolar battery according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
図2は、本実施の形態に係るバイポーラ電池の内部の概略構成図である。図3は、熱融着シール部材に加熱プレスを施している状況の概略図である。図4乃至図8は、本実施の形態におけるシール構造を説明する図である。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the inside of the bipolar battery according to the present embodiment. FIG. 3 is a schematic view of a situation in which a heat press is applied to the heat-sealing seal member. 4 to 8 are views for explaining a seal structure in the present embodiment.
本実施の形態に係るバイポーラ電池100は、たとえば、スラリー塗布法や印刷法など種々の積層法を用いて形成することができるが、本実施の形態では、スラリー塗布法を用いて発電要素160を形成する。
The
まず、集電体200であるステンレス鋼箔(SUS箔)の片面に正極スラリーを塗布し、乾燥させて正極層210を形成する。正極スラリーには、たとえば、LiMn2O4等の正極活物質に、アセチレンブラック等の導電助剤、PVDF等のバインダー、およびNMP等のスラリー粘度調整溶媒を混合したものを用いる。
First, the positive electrode slurry is applied to one surface of a stainless steel foil (SUS foil) that is the
次に、正極層210を塗布した集電体(SUS箔)200の反対面に負極スラリーを塗布し、乾燥させて負極層220を形成する。負極スラリーには、ハードカーボン等の負極活物質、PCDF等のバインダー、およびNMP等のスラリー粘度調整溶媒を混合したものを用いる。
Next, a negative electrode slurry is applied to the opposite surface of the current collector (SUS foil) 200 to which the
このようにして、集電体(SUS箔)200の両面に正極層210と負極層220とがそれぞれ形成されることにより、バイポーラ電極230が形成される。そして、バイポーラ電極230を所定の大きさに切り取り、電極230の周辺部の正極層210および負極層220を削り取り、シール層を形成するためにSUS箔を露出させる。
In this manner, the
単電池は、正極と負極とを電解質層240を挟んで対向するように積層して形成した。上記のような積層を繰り返して、図2に示すような7層の単電池が積層された発電要素160が形成される。なお、正極末端極および負極末端極には、片面のみに正極層210または負極層220を塗布したものを作製する。
The unit cell was formed by laminating the positive electrode and the negative electrode so as to face each other with the
上記電解質層240は、ゲル溶解質により形成されていることが好ましい。電解質層240としてゲル電解質を用いることにより、漏液を防止することが可能となり、また双電極型二次電池に特有の問題である液絡を防ぎ、信頼性の高い積層型電池を実現することができる。
The
ここで、全固体高分子電解質と高分子ゲル電解質との違いについて説明する。PEO(ポリエチレンオキシド)などの全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が高分子ゲル電解質である。また、PVDF、PANおよびPMMAなどのように、リチウムイオン伝導性をもたない高分子の骨格中に、電解液を保持させたものも高分子ゲル電解質に該当する。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は幅広く、ポリマー100%を全固体高分子電解質とし、電解液100%を液体電解質とすると、その中間体はすべて高分子ゲル電解質にあたる。他方、全固体型電解質は、高分子あるいは無機固体などのLiイオン伝導性をもつ電解質のすべてが該当する。本発明において、固体型電解質という場合は、高分子ゲル電解質と全固体高分子電解質、無機固体電解質のすべてを含むものとする。 Here, the difference between the all solid polymer electrolyte and the polymer gel electrolyte will be described. A polymer gel electrolyte is an all-solid polymer electrolyte such as PEO (polyethylene oxide) containing an electrolyte solution usually used in a lithium ion battery. Moreover, what hold | maintained electrolyte solution in polymer frame | skeleton which does not have lithium ion conductivity like PVDF, PAN, and PMMA also corresponds to a polymer gel electrolyte. The ratio of the polymer constituting the polymer gel electrolyte to the electrolyte solution is wide. When 100% of the polymer is an all solid polymer electrolyte and 100% of the electrolyte solution is a liquid electrolyte, all of the intermediates correspond to the polymer gel electrolyte. On the other hand, the all solid electrolytes include all electrolytes having Li ion conductivity such as polymers or inorganic solids. In the present invention, the solid electrolyte includes all of polymer gel electrolyte, all solid polymer electrolyte, and inorganic solid electrolyte.
また、上記正極活物質にはリチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極活物質にはカーボンもしくはリチウム−遷移金属複合酸化物を用いることが好ましく、これにより容量および出力特性に優れたバイポーラ電池を実現することができる。 In addition, it is preferable to use a lithium-transition metal composite oxide for the positive electrode active material and a carbon or lithium-transition metal composite oxide for the negative electrode active material, so that a bipolar battery excellent in capacity and output characteristics can be obtained. Can be realized.
7層の単電池が積層されるように電池要素160を形成した後、各電極230の周辺部を熱融着シール部材260で覆い、図3に示すように、上下から加熱プレス(熱と圧力)270を行い、まず3方熱融着し、その後最後の一辺を真空密封することで電池要素160を真空シールして、電解質層240を封止する。
After the
熱融着シール部材260は、ポリオレフィン(ポリプロピレン、ポリエチレン)、ポリエステル(PET、PEN)、ポリイミド、またはポリアミドからなる樹脂材料であることが好ましい。これらの材料を用いることにより、電池に悪影響を与えず、かつ絶縁することが可能となる。また、これらの材料は電池の動作電位の中でも電気化学的に安定な材料であり、電池に悪影響を与えず確実な絶縁が可能となる。
The heat-sealing
本実施形態のバイポーラ電池100は、特に熱融着シール部材260が、集電体200のエッジ部280において非熱融着部290を備えている。これにより、上記シール部材260を熱融着するために加熱プレスを行っても、集電体200のエッジ部280におけるシール部材260は加熱されず、該エッジ部280におけるシール部分が破れることはない。したがって、バイポーラ電極230の周辺部を完全にシールすることができるので、バイポーラ電池100を構成するときに問題となっていた電解質の漏れや集電体同士の接触による短絡を防止することができる。
In the
具体的には、熱融着シール部材260の加熱プレス270を行う際、図4に示すように、プレスを掛ける位置が集電体200のエッジ部280にかからないようにヒートバー330の長さと幅を設定し、集電体200のエッジ部280には熱融着がなされないようなシール構造を採用することにより、非熱融着部290を形成する。なお、図4において、340は熱融着部である。
Specifically, when performing the
あるいは、図5に示すようなシール構造を採用することができる。すなわち、熱融着シール部材260の端部が集電体200よりも外方に延出されるように、熱融着シール部材260を集電体200よりも大きく形成する。そして、集電体200のエッジ部280を外して、バイポーラ電極230の正極側または負極側の少なくとも一方に上記シール部材を熱溶着する。さらに、集電体200よりも外部に延出させたシール部分を集電体200のエッジ部280にかからないように、該エッジ部280を越えた位置で熱溶着する。このようなシール構造を採用することにより、集電体200のエッジ部280には非熱融着部290が存在し、該エッジ部280におけるシール部分が破れることはない。また、各バイポーラ電極230に一枚ずつシール部材260を融着することが可能となり、シールの信頼性を向上させることができる。
Alternatively, a seal structure as shown in FIG. 5 can be employed. That is, the heat-sealing
さらに、図6に示すように、熱融着シール部材260が、融点の低い熱融着層360の間に融点の高い非熱融着層370を挟む多層構造を有していてもよい。この非熱融着層370を集電体200のエッジ部280に相当する位置に配することにより、該エッジ部280に非熱融着部290を形成することが可能となり、加熱プレス270を行っても、非熱融着層370が溶融しないので、集電体200のエッジ部280におけるシール部材260は加熱されず、該エッジ部280におけるシール部分が破れることはなく、電解質の漏れや集電体同士の接触による短絡を防止することができる。
Further, as shown in FIG. 6, the heat-sealing
また、図7に示すように、上記集電体200のエッジ部280に非熱融着の絶縁体380を設けることにより、非熱融着部290を形成することができる。すなわち、集電体200のエッジ部280に非熱融着の絶縁体380を設けることにより、電極間が絶縁され、加熱プレス270を行っても、集電体200のエッジ部280におけるシール部材260は加熱されず、非熱融着部290が形成され、該エッジ部280におけるシール部分が破れることはなく、電解質の漏れや集電体同士の接触による短絡を防止することができる。
Further, as shown in FIG. 7, a non-thermally fused
この絶縁体380としては、たとえば、熱融着シール部材260とは異なる絶縁材料、熱融着シール部材よりも剛性の高い樹脂材料、セラミック材料、または絶縁材料により表面処理を施した金属箔などを採用することができる。特に、バイポーラ電極の周辺部に熱融着シール部材よりも剛性の高い材料を用いることにより、絶縁体に骨格(枠体)の機能をもたせることができ、バイポーラ電池の剛性が向上する。
As this
さらに、集電体200のエッジ部280に相当する位置に絶縁体380を配置するだけでなく、図8に示すように、熱融着シール部材260が、融点の低い熱融着層360の間に融点の高い非熱融着層370を挟む多層構造を有していてもよい。このように集電体200のエッジ部280に相当する位置に絶縁体380を配置し、かつ多層構造の熱融着シール部材260を用いることにより、該エッジ部280に非熱融着部290を形成することが容易となる。したがって、加熱プレス270を行っても、集電体200のエッジ部280におけるシール部材260は加熱されず、該エッジ部280におけるシール部分が破れることはなく、電解質の漏れや集電体同士の接触による短絡を防止することができる。
Furthermore, not only the
上記発電要素160の最下層の負極末端極は上記負極タブ120Bに接続され、その最上層の正極末端極は上記正極タブ120Aに接続される。図2に示す発電要素160は、7個の単電池が直列に接続されたものとなるので、正極タブ120Aと負極タブ120Bとの間には単電池の7倍の電圧が現れる。
The lowermost negative electrode terminal pole of the
なお、本実施の形態では、7個の単電池を一組として発電要素160を構成しているが、発電要素160を構成する単電池の積層数は本実施の形態に限るものではない。
In the present embodiment, the
図1に示したように、本実施の形態では、発電要素160が柔軟性を有する外装材(外装ケース)180によって覆われ、その周囲は熱融着されており、上述したように、発電要素160は正極タブ120A及び負極タブ120Bを引き出した状態で密封されている。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the
外装材180の構成材料として柔軟性を有する材料を用いることにより、内部と外部の圧力差により該外装材180が破壊することなく、容易に変形しうる。外装材180を構成する材料は、電解液や気体を透過させないで電気絶縁性を示し、電解液などが内部に存在しても化学的に安定なものであればどのような材料を採用しても良いが、たとえば、その材料の一例としては、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリカーボネートなどの合成樹脂が挙げられる。特に、外装材180の熱封止性や電解質の空気接触可能性の低減を考慮すると、アルミニウム等の金属箔を合成樹脂でコートしたラミネートフィルムを選択することが望ましい。
By using a flexible material as the constituent material of the
これは、外装材180として金属箔と合成樹脂膜とからなるラミネートフィルムを用いれば、樹脂フィルムが容易に変形しうるので静水圧をかけることが可能になり、さらに、金属箔が存在するため気体透過性を低下させて、外装材180の内部と外部の圧力差を長時間維持できるからである。
This is because, if a laminate film made of a metal foil and a synthetic resin film is used as the
以上説明してきたバイポーラ電池は、複数、直列に又は並列に接続して組電池モジュール250(図9参照)を形成し、この組電池モジュール250をさらに複数、直列に又は並列に接続して組電池300を形成することもできる。図9は、組電池300の平面図(図A)、正面図(図B)、側面図(図C)を示しているが、作成した組電池モジュール250は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、組電池モジュール250は接続治具310を用いて複数段積層される。何個のバイポーラ電池100を接続して組電池モジュール250を作成するか、また、何段の組電池モジュール250を積層して組電池300を作成するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。
The bipolar batteries described above are connected in series or in parallel to form an assembled battery module 250 (see FIG. 9), and a plurality of assembled
このように、組電池モジュール250を複数直並列接続されてなる組電池300は、高容量、高出力を得ることができ、一つ一つの組電池モジュール250の信頼性が高いことから、組電池300としての長期的な信頼性の維持が可能である。また一部の組電池モジュール250が故障しても、その故障部分を交換するだけで修理が可能になる。
Thus, the assembled
組電池300を、電気自動車400に搭載するには、図10に示すように、電気自動車400の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池300を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池300を用いた電気自動車400は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。
In order to mount the assembled
なお、本発明では、組電池300だけではなく、使用用途によっては、組電池モジュール250のみを搭載するようにしてもよいし、これら組電池300と組電池モジュール250を組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明の組電池または組電池モジュールを搭載することのできる車両としては、上記の電気自動車やハイブリッドカーが好ましいが、これらに制限されるものではない。たとえば、電車のような他の車両であっても適用は可能である。
In the present invention, not only the assembled
以下に、本発明に係るバイポーラ電池の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Examples of the bipolar battery according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
最初に、実施例1〜4および比較例に共通する上記発電要素160の作製について説明する。上述したように、発電要素160は、集電体200の一方の面には正極層210が形成されその他方の面には負極層220が形成されたバイポーラ電極230と、当該バイポーラ電極相互間でイオン交換を行う電解質層240と、を交互に複数積層してなり、複数個の単電池を積層している。
<電極の形成>
まず、厚さ20μmの集電体であるステンレス鋼箔(SUS箔)の片面に正極スラリーを塗布し、乾燥させて正極層を形成する。正極スラリーは、正極活物質としてLiMn2O4を85wt%、導電助剤としてアセチレンブラックを5wt%、バインダーとしてPVDFを10wt%、およびスラリー粘度調整溶媒としてNMPを混合したものである。
次に、正極層を塗布した集電体(SUS箔)の反対面に負極スラリーを塗布し、乾燥させて負極層を形成する。負極スラリーは、負極活物質としてハードカーボンを90wt%、バインダーとしてPCDFを10wt%、およびスラリー粘度調整溶媒としてNMPを混合したものである。
First, the production of the
<Formation of electrode>
First, a positive electrode slurry is applied to one side of a stainless steel foil (SUS foil), which is a current collector having a thickness of 20 μm, and dried to form a positive electrode layer. The positive electrode slurry is a mixture of 85 wt% LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, 5 wt% acetylene black as a conductive additive, 10 wt% PVDF as a binder, and NMP as a slurry viscosity adjusting solvent.
Next, a negative electrode slurry is apply | coated to the opposite surface of the electrical power collector (SUS foil) which apply | coated the positive electrode layer, and it is made to dry, and a negative electrode layer is formed. The negative electrode slurry is a mixture of 90 wt% hard carbon as a negative electrode active material, 10 wt% PCDF as a binder, and NMP as a slurry viscosity adjusting solvent.
集電体(SUS箔)の両面に正極層と負極層がそれぞれ形成されることにより、バイポーラ電極を形成した。完成したバイポーラ電極を140mm×90mmの大きさに切り取った。また、電極の周辺部10mmの部分にはシール層を形成するため、正極層および負極層を削り取り、SUS箔を露出させた。これにより、120mm×70mmの電極部と周辺部に10mmのシール代を有するバイポーラ電極を作製した。
A bipolar electrode was formed by forming a positive electrode layer and a negative electrode layer on both sides of the current collector (SUS foil). The completed bipolar electrode was cut into a size of 140 mm × 90 mm. Further, in order to form a seal layer in the peripheral portion of the
なお、正極末端極および負極末端極には片面のみに正極層または負極層を塗布したものを作製した。
<ゲル電解質の形成>
ポリプロピレン製の不織布50μmに、イオン伝導性高分子マトリ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)10wt%、電解液としてPC+EC(1:1)90wt%、および1.0M LiPF6、重合開始剤(BDK)からなるプレゲル溶液を浸漬させて、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、ゲルポリマー電解質層を得た。
<発電要素の形成>
正極と負極とがゲル電解質を挟んで対向するように積層して、単電池を形成した。これを繰り返し、たとえば、5層の単電池が積層されるように電池要素を形成した。
In addition, what applied the positive electrode layer or the negative electrode layer only to the single side | surface was produced for the positive electrode terminal electrode and the negative electrode terminal electrode.
<Formation of gel electrolyte>
Polypropylene non-woven fabric 50 μm, ion conductive polymer matrix precursor with an average molecular weight of 7500-9000 monomer solution (copolymer of polyethylene oxide and polypropylene oxide) 10 wt%, electrolyte solution PC + EC (1: 1) 90 wt %, 1.0M LiPF 6 , and a pregel solution composed of a polymerization initiator (BDK) were immersed, sandwiched between quartz glass substrates, irradiated with ultraviolet rays for 15 minutes to crosslink the precursor, and a gel polymer electrolyte layer was obtained. .
<Formation of power generation elements>
The positive electrode and the negative electrode were stacked so as to face each other with the gel electrolyte interposed therebetween, thereby forming a unit cell. This was repeated to form a battery element such that, for example, five cell units were stacked.
以下、実施例1〜4および比較例について説明する。
(実施例1)
実施例1では、5層の単電池が積層されるように電池要素を形成した後、各電極の周辺部を熱融着シール部材で覆い、上下から加熱プレス(熱と圧力)を行い、電池要素を真空シールして電解質層を封止した。
Hereinafter, Examples 1 to 4 and a comparative example will be described.
Example 1
In Example 1, after forming a battery element so that five layers of single cells are stacked, the peripheral part of each electrode is covered with a heat-sealing seal member, and heat pressing (heat and pressure) is performed from above and below to form a battery. The element was vacuum sealed to seal the electrolyte layer.
この加熱プレスを行う際、プレスを掛ける位置が集電体のエッジ部にかからないようにヒートバーの長さと幅を設定し、エッジ部には熱融着がなされないようなシール構造を形成した。プレス条件は、圧力が0.2MPa、加熱温度が160℃で、5秒間行った。この発電要素の正極末端極および負極末端極にNiタブを溶接し、ラミネートパックで封止して、バイポーラ電池を形成した。 When performing this heat press, the length and width of the heat bar were set so that the position where the press was applied did not reach the edge portion of the current collector, and a seal structure was formed so that the edge portion was not thermally fused. The pressing conditions were a pressure of 0.2 MPa and a heating temperature of 160 ° C. for 5 seconds. Ni tabs were welded to the positive electrode end electrode and the negative electrode end electrode of this power generation element, and sealed with a laminate pack to form a bipolar battery.
このようなバイポーラ電池を10個作製した。
(実施例2)
実施例2では、熱融着シール部材が電極投影面よりも10mm外側にはみ出すように設定した。その後、上下から加熱プレス(熱と圧力)を行い、シール部材と正極側の周辺部を熱融着した。
Ten such bipolar batteries were produced.
(Example 2)
In Example 2, the heat sealing member was set to protrude 10 mm outside the electrode projection surface. Thereafter, heat pressing (heat and pressure) was performed from above and below, and the sealing member and the peripheral part on the positive electrode side were heat-sealed.
この加熱プレスを行う際、プレスを掛ける位置が集電体のエッジ部にかからないようにヒートバーの長さと幅を設定し、エッジ部には熱融着がなされないようなシール構造を形成した。そのプレス条件は、圧力が0.2MPa、加熱温度が160℃で、5秒間行った。このようにして作製したシール部材付きバイポーラ電極を5層積層した。 When performing this heat press, the length and width of the heat bar were set so that the position where the press was applied did not reach the edge portion of the current collector, and a seal structure was formed so that the edge portion was not thermally fused. The pressing conditions were a pressure of 0.2 MPa and a heating temperature of 160 ° C. for 5 seconds. Five layers of bipolar electrodes with seal members thus produced were laminated.
その後、集電体からはみ出したシール部分が集電体のエッジ部にかからないように熱融着することでシール構造を形成し、積層体を完成させた。そのプレス条件は、圧力が0.2MPa、加熱温度が160℃で、5秒間行った。この発電要素の正極末端極および負極末端極にNiタブを溶接し、ラミネートパックで封止して、バイポーラ電池を形成した。 After that, a seal structure was formed by heat-sealing so that the seal portion protruding from the current collector did not reach the edge portion of the current collector, and the laminate was completed. The pressing conditions were a pressure of 0.2 MPa and a heating temperature of 160 ° C. for 5 seconds. Ni tabs were welded to the positive electrode end electrode and the negative electrode end electrode of this power generation element, and sealed with a laminate pack to form a bipolar battery.
このようなバイポーラ電池を10個作製した。
(実施例3)
実施例3では、シール部材としてPE(融点:98℃)/変性PP(融点:180℃)/PE(融点:98℃)の3層フィルムを用いた以外は、実施例1と同様にしてバイポーラ電池を作製した。
Ten such bipolar batteries were produced.
(Example 3)
In Example 3, bipolar was used in the same manner as in Example 1 except that a three-layer film of PE (melting point: 98 ° C.) / Modified PP (melting point: 180 ° C.) / PE (melting point: 98 ° C.) was used as the sealing member. A battery was produced.
このようなバイポーラ電池を10個作製した。
(実施例4)
実施例4では、シール部材としてPE(融点:98℃)/変性PP(融点:180℃)/PE(融点:98℃)の3層フィルムを用いた以外は、実施例2と同様にしてバイポーラ電池を作製した。
Ten such bipolar batteries were produced.
Example 4
In Example 4, bipolar was used in the same manner as in Example 2 except that a three-layer film of PE (melting point: 98 ° C.) / Modified PP (melting point: 180 ° C.) / PE (melting point: 98 ° C.) was used as the sealing member. A battery was produced.
このようなバイポーラ電池を10個作製した。
(参考例)
参考例では、集電体のエッジ部において、熱融着シール部材に熱を加えていること以外は、実施例1と同様にしてバイポーラ電池を作製した。
このようなバイポーラ電池を10個作製した。
<評価>
上記実施例1〜4および参考例について、各10個の電池を充電し、評価を試みた。充電条件は、0.5Cの電流で21Vまで定電流充電(CC)し、その後、定電圧で充電(CV)し、合わせて5時間充電した。
Ten such bipolar batteries were produced.
(Reference example)
In the reference example, a bipolar battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that heat was applied to the heat-sealing seal member at the edge portion of the current collector.
Ten such bipolar batteries were produced.
<Evaluation>
About the said Examples 1-4 and the reference example, each 10 batteries were charged and evaluation was tried. The charging conditions were constant current charging (CC) up to 21 V with a current of 0.5 C, then charging (CV) with a constant voltage, and charging for a total of 5 hours.
参考例のバイポーラ電池は10個の電池のうち8個が電圧の低下を起こし、満充電である21Vを維持することができなかった。 As for the bipolar battery of the reference example, eight of the ten batteries caused a voltage drop, and could not maintain the fully charged voltage of 21V.
しかし、実施例1〜4のバイポーラ電池では、全ての電池が1ヶ月以上電圧を維持し続けた。したがって、集電体のエッジ部において、熱融着シール部材に熱をかけないシール構造を採用した場合、短絡を起こし難いことが分かった。 However, in the bipolar batteries of Examples 1 to 4, all the batteries continued to maintain the voltage for one month or longer. Therefore, it has been found that when the seal structure that does not apply heat to the heat-sealing seal member is employed at the edge portion of the current collector, it is difficult to cause a short circuit.
次に、実施例1〜4のバイポーラ電池に長時間振動を加え、その後に電圧測定を行って電圧維持率を確認した。この振動試験は、70℃の温度下において、強固に固定した電池に対し垂直方向に、振幅が3mmで50Hzの単調な振動を200時間加えて行った。実施例1〜4の各10個の電池について振動試験後の電圧を測定し、電圧維持率を確認した。 Next, the bipolar batteries of Examples 1 to 4 were vibrated for a long time, and then voltage measurement was performed to confirm the voltage maintenance rate. This vibration test was performed at a temperature of 70 ° C. by applying a monotonous vibration with an amplitude of 3 mm and 50 Hz for 200 hours in a direction perpendicular to a firmly fixed battery. The voltage after the vibration test was measured for each of the ten batteries of Examples 1 to 4, and the voltage maintenance rate was confirmed.
実施例1では、電池10個の試験前の電圧の平均は20.6Vであり、試験後の平均は18.8Vであった。したがって、平均電圧維持率は91.26%であった。 In Example 1, the average voltage before the test of 10 batteries was 20.6V, and the average after the test was 18.8V. Therefore, the average voltage maintenance ratio was 91.26%.
実施例2では、電池10個の試験前の電圧の平均は20.5Vであり、試験後の平均は19.9Vであった。したがって、平均電圧維持率は97.07%であった。 In Example 2, the average voltage before the test of 10 batteries was 20.5V, and the average after the test was 19.9V. Therefore, the average voltage maintenance ratio was 97.07%.
実施例3では、電池10個の試験前の電圧の平均は20.6Vであり、試験後の平均は20.1Vであった。したがって、平均電圧維持率は97.57%であった。 In Example 3, the average voltage before the test of 10 batteries was 20.6V, and the average after the test was 20.1V. Therefore, the average voltage maintenance ratio was 97.57%.
実施例4では、電池10個の試験前の電圧の平均は20.6Vであり、試験後の平均は20.4Vであった。したがって、平均電圧維持率は99.03%であった。 In Example 4, the average voltage before the test of 10 batteries was 20.6V, and the average after the test was 20.4V. Therefore, the average voltage maintenance ratio was 99.03%.
以上の結果から、実施例4、実施例3、実施例2、実施例1の順に電圧維持率が高い結果を示した。この結果について詳細な理由は明らかでないが、シール強度と電池剛性が良いためであると考えられる。 From the above result, the result with a high voltage maintenance factor was shown in order of Example 4, Example 3, Example 2, and Example 1. Although the detailed reason for this result is not clear, it is considered that the sealing strength and battery rigidity are good.
本発明に係るバイポーラ電池および組電池を、たとえば、電気自動車やハイブリッド電気自動車の駆動源として用いることにより、高寿命で信頼性の高い自動車を実現できる。また、他の車両、たとえば、電車であっても適用は可能である。 By using the bipolar battery and the assembled battery according to the present invention as, for example, a drive source for an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, a long-life and highly reliable vehicle can be realized. Also, the present invention can be applied to other vehicles such as trains.
100 バイポーラ電池、
120A 正極タブ、
120B 負極タブ、
160 発電要素、
180 外装材、
200 集電体、
210 正極層、
220 負極層、
230 バイポーラ電極、
240 電解質層、
250 組電池モジュール、
260 熱融着シール部材、
270 加熱プレス、
280 エッジ部、
290 非熱融着部、
300 組電池、
310 接続治具、
330 ヒートバー、
340 熱融着部、
360 熱融着層、
370 非熱融着層、
380 絶縁体、
400 電気自動車。
100 bipolar battery,
120A positive electrode tab,
120B negative electrode tab,
160 power generation elements,
180 exterior material,
200 current collector,
210 positive electrode layer,
220 negative electrode layer,
230 bipolar electrodes,
240 electrolyte layer,
250 battery module,
260 heat-sealing seal member,
270 heating press,
280 edge part,
290 non-thermal fusion part,
300 battery packs,
310 connection jig,
330 heat bar,
340 heat fusion part,
360 heat sealing layer,
370 non-thermal fusion layer,
380 insulator,
400 Electric car.
Claims (14)
前記熱融着シール部材は、前記集電体のエッジ部において非熱融着部を備えていることを特徴とするバイポーラ電池。 A bipolar electrode having a positive electrode layer formed on one side of the current collector and a negative electrode layer formed on the other side, and an electrolyte layer that performs ion exchange between the bipolar electrodes are alternately stacked to generate power. A bipolar battery having a heat-sealing seal member that forms an element and prevents electrolyte leakage in the periphery of the electrode,
The bipolar battery, wherein the heat-sealing seal member includes a non-heat-sealing portion at an edge portion of the current collector.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005309086A JP4956777B2 (en) | 2005-10-24 | 2005-10-24 | Bipolar battery, battery pack and vehicle equipped with these batteries |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005309086A JP4956777B2 (en) | 2005-10-24 | 2005-10-24 | Bipolar battery, battery pack and vehicle equipped with these batteries |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007122881A JP2007122881A (en) | 2007-05-17 |
JP4956777B2 true JP4956777B2 (en) | 2012-06-20 |
Family
ID=38146521
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005309086A Active JP4956777B2 (en) | 2005-10-24 | 2005-10-24 | Bipolar battery, battery pack and vehicle equipped with these batteries |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4956777B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010010717A1 (en) | 2008-07-25 | 2010-01-28 | パナソニック株式会社 | Bipolar cell |
JP5533137B2 (en) * | 2010-03-30 | 2014-06-25 | 日産自動車株式会社 | Bipolar battery sealing structure manufacturing method, bipolar battery manufacturing method, bipolar battery sealing structure, and bipolar battery |
JP5754002B2 (en) * | 2011-03-25 | 2015-07-22 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Heat-resistant flexible battery and method for manufacturing heat-resistant flexible battery |
KR101491060B1 (en) | 2011-06-28 | 2015-02-10 | 주식회사 엘지화학 | Secondary battery and battery pack including the same |
JP6870914B2 (en) * | 2016-03-15 | 2021-05-12 | 株式会社東芝 | Non-aqueous electrolyte batteries, battery packs and vehicles |
JP2018106962A (en) * | 2016-12-27 | 2018-07-05 | 株式会社豊田自動織機 | Power storage module and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2993069B2 (en) * | 1990-07-31 | 1999-12-20 | 新神戸電機株式会社 | Sealed battery pack |
JPH0982353A (en) * | 1995-09-14 | 1997-03-28 | Yuasa Corp | Laminating lead-acid battery |
JP3819785B2 (en) * | 2002-02-26 | 2006-09-13 | 三洋電機株式会社 | Battery |
JP4135473B2 (en) * | 2002-11-07 | 2008-08-20 | 日産自動車株式会社 | Bipolar battery |
JP4155054B2 (en) * | 2003-02-18 | 2008-09-24 | 日産自動車株式会社 | Bipolar battery |
JP4218400B2 (en) * | 2003-04-15 | 2009-02-04 | 日産自動車株式会社 | Bipolar battery, bipolar battery manufacturing method, battery pack and vehicle |
JP2005129456A (en) * | 2003-10-27 | 2005-05-19 | Nissan Motor Co Ltd | Gel electrolyte bipolar battery and its manufacturing method |
-
2005
- 2005-10-24 JP JP2005309086A patent/JP4956777B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007122881A (en) | 2007-05-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4736580B2 (en) | Bipolar battery, battery pack and vehicle equipped with these batteries | |
JP5124953B2 (en) | Bipolar battery, battery pack and vehicle equipped with these | |
JP5017843B2 (en) | Battery module and battery pack | |
KR101419572B1 (en) | Bipolar electrode/separator assembly, bipolar battery comprising the same and method of manufacturing the same | |
JP5114950B2 (en) | Battery module, assembled battery, and vehicle equipped with these batteries | |
JP5028812B2 (en) | Battery module | |
JP5401756B2 (en) | Secondary battery | |
JP5070703B2 (en) | Bipolar battery | |
JP2004253168A (en) | Bipolar battery | |
JP2005276486A (en) | Laminated battery, battery pack, and vehicle | |
JP4661020B2 (en) | Bipolar lithium ion secondary battery | |
CN102089921A (en) | Flat rechargeable battery and production method of same | |
JP2007188746A (en) | Bipolar battery, battery pack, and vehicle mounting their batteries | |
KR101170881B1 (en) | High Power Secondary Battery of Series Connection Structure | |
JP4956777B2 (en) | Bipolar battery, battery pack and vehicle equipped with these batteries | |
JP5186730B2 (en) | Battery electrode | |
JP4042613B2 (en) | Bipolar battery | |
JP2006202680A (en) | Polymer battery | |
JP2004253155A (en) | Bipolar battery | |
JP4670275B2 (en) | Bipolar battery and battery pack | |
KR101115382B1 (en) | High Power Secondary Battery of Series Connection Structure | |
CN111868966A (en) | Secondary battery | |
JP4483489B2 (en) | Assembled battery | |
JP4617704B2 (en) | Bipolar battery, battery pack, and vehicle equipped with these | |
JP5205749B2 (en) | Bipolar battery manufacturing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080827 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111017 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120214 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120227 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150330 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4956777 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |