JP5329018B2 - Battery separator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator preventing contraction at the time of abnormal heat generation. <P>SOLUTION: As for the separator for a battery, the separator is constructed of a fiber assembly such as a woven fabric, a non-woven fabric, and a mesh fabric, and the fiber assembly includes a fiber having a melting point of 150&deg;C or more such as, for example, aramide and polyimide. Thereby, by using the fiber having a melting point of 150&deg;C or more, the contraction of the separator can be prevented effectively even if the temperatures inside the battery reach around 200&deg;C and as a result, short circuit between the electrodes can be prevented effectively. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&amp;NCIPI

Description

本発明は、異常発熱時であっても高い安全性が求められる各種用途に好適に利用される電池のセパレータおよびこれを用いてなる電池に関するものである。   The present invention relates to a battery separator suitably used for various applications requiring high safety even during abnormal heat generation, and a battery using the same.

従来の電池では、低コストで捲回可能なポリエチレン、ポリプロピレン微多孔膜がセパレータとして用いられている。これらのセパレータは、異常発熱時に150℃ぐらいで収縮するという特性があり、電極周縁部が剥き出しになり、これが電極間ショートを誘発するとう問題があった。   In conventional batteries, polyethylene and polypropylene microporous membranes that can be wound at low cost are used as separators. These separators have a characteristic that they contract at about 150 ° C. when abnormal heat is generated, and the peripheral edge of the electrode is exposed, which causes a problem of inducing a short circuit between the electrodes.

また、従来の捲回型電池では、セパレータに対して捲回時に破れない強度が必要とされており、引っ張り強度の弱い不織布を用いる事は出来なかった。そこで、非水系二次電池用セパレータとして、不織布状シートと多孔性無機フィラーを含み、電解液に膨潤しこれを保持することができる有機高分子からなる多孔膜が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2003−7279号公報
Moreover, in the conventional wound type battery, the separator is required to have a strength that does not break during winding, and a nonwoven fabric having low tensile strength cannot be used. Therefore, as a separator for a non-aqueous secondary battery, a porous membrane made of an organic polymer that includes a nonwoven fabric sheet and a porous inorganic filler and can swell and retain in an electrolytic solution has been proposed (for example, a patent) Reference 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-7279

しかしながら、上記特許文献1に開示されている多孔膜などの従来のセパレータにおいては、電解液の保持性能、短絡防止性、機械物性などが考慮されているものの、異常発熱時に収縮してしまう恐れがあった。なお、従来のPEやPP微多孔膜セパレータを、これまでのものよりも収縮することを想定して大きくすることは可能であるが、これらのセパレータの収縮率が20%程度と大きいため、これまでのものよりも収縮することを想定して大きいものを用いると電池のエネルギー密度が格段に低下するため採用することはできないものとなる。すなわち、セパレータ増加分は、通常の電池の充放電時には何ら有用な働きはなく、ただ単に重量及び容積効率を低下させるだけであり、エネルギー密度が格段に低下をする。こうした不利益を、異常発熱時にのみ有用な働きを示すためだけの代償として失うことは、得策でなく利用されていないのが現状である。   However, in the conventional separator such as the porous film disclosed in Patent Document 1 described above, there is a possibility that the separator may contract during abnormal heat generation, although the electrolytic solution holding performance, short-circuit prevention property, mechanical properties, and the like are considered. there were. Although it is possible to enlarge conventional PE or PP microporous membrane separators assuming that they contract more than those of the conventional ones, the contraction rate of these separators is as large as about 20%. If it is assumed that the battery shrinks more than the above, the energy density of the battery will be drastically lowered, so that it cannot be adopted. That is, the increased amount of the separator does not have any useful function at the time of charging / discharging of a normal battery, it merely decreases the weight and volume efficiency, and the energy density is significantly decreased. The current situation is that losing these disadvantages as a price only to show useful work only during abnormal heat generation is not a good idea and is not used.

そこで、本発明は、上記課題を鑑みて、異常発熱時の収縮を防止するセパレータを提供するものである。   In view of the above problems, the present invention provides a separator that prevents shrinkage during abnormal heat generation.

さらに、本発明は、よりセパレータを薄膜化して電池出力の向上に寄与することを第二の目的としている。   Furthermore, a second object of the present invention is to contribute to the improvement of battery output by making the separator thinner.

本発明は、電池のセパレータにおいて、セパレータが繊維集合体により構成されており、該繊維集合体は、融点が150℃以上である繊維を含むことを特徴とするセパレータにより達成される。   The present invention is achieved by a separator of a battery, wherein the separator is constituted by a fiber assembly, and the fiber assembly includes fibers having a melting point of 150 ° C. or higher.

本発明のセパレータは、融点が150℃以上の繊維を用いて形成された繊維集合体で構成されている。そのため、電池の異常発熱時(200℃前後に達する)においても、該セパレータを構成する繊維集合体に、融点が150℃以上の繊維を用いることで、電池内部温度が200℃前後に達してもセパレータの収縮を有効に防止することができる。その結果、該セパレータを適用した電池の電極間ショートの誘発を効果的に防ぐことができる。   The separator of this invention is comprised with the fiber assembly formed using the fiber whose melting | fusing point is 150 degreeC or more. Therefore, even when the battery is abnormally heated (approx. 200 ° C.), by using a fiber having a melting point of 150 ° C. or higher for the fiber assembly constituting the separator, the battery internal temperature reaches about 200 ° C. Shrinkage of the separator can be effectively prevented. As a result, it is possible to effectively prevent short-circuiting between electrodes of a battery to which the separator is applied.

本発明は、電池のセパレータにおいて、セパレータが繊維集合体により構成されており、該繊維集合体は、融点が150℃以上である繊維を含むことを特徴とするものである。本発明では、電池の異常発熱時に収縮しない繊維集合体のみで電池のセパレータを構成することができる。   The present invention is characterized in that, in a battery separator, the separator is constituted by a fiber assembly, and the fiber assembly includes fibers having a melting point of 150 ° C. or higher. In the present invention, a battery separator can be constituted only by a fiber assembly that does not shrink when the battery is abnormally heated.

本発明のセパレータに用いることのできる繊維集合体としては、特に制限されるものではなく、不織布、織布、編布、さらにこれらを組み合わせたものなどが挙げられる。   The fiber aggregate that can be used in the separator of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include nonwoven fabrics, woven fabrics, knitted fabrics, and combinations thereof.

上記繊維集合体の形態(形状)としては、電池用セパレータとして利用できる形態(形状)であれば、特に制限されるものではなく、例えば、シート状、袋状などが挙げられる。すなわち、不織布シート、織布シート、編布シート、袋状不織布(不織布袋)、袋状織布(織布袋)、袋状編布(編布袋)などの繊維集合体が利用できる。とりわけ、生産性が良く、安価で大量に生産できる点で、不織布シート、袋状不織布(不織布袋)が有利である。袋状不織布(不織布袋)では、実施例にあるように、ハンドリング性が向上するほか、電池要素の電極、セパレータ間のずれ防止効果の面でも優れている。   The form (shape) of the fiber assembly is not particularly limited as long as it is a form (shape) that can be used as a battery separator, and examples thereof include a sheet shape and a bag shape. That is, a fiber assembly such as a nonwoven fabric sheet, a woven fabric sheet, a knitted fabric sheet, a bag-shaped nonwoven fabric (nonwoven fabric bag), a bag-shaped woven fabric (woven fabric bag), or a bag-shaped knitted fabric (knitted fabric bag) can be used. In particular, a nonwoven fabric sheet and a bag-like nonwoven fabric (nonwoven fabric bag) are advantageous in that the productivity is good and the mass production is possible at a low cost. In the bag-like nonwoven fabric (nonwoven fabric bag), as described in the examples, handling properties are improved and the effect of preventing the displacement between the electrode of the battery element and the separator is also excellent.

本発明では、繊維集合体を構成する繊維の材質としては、融点が150℃以上、好ましくは240℃以上である、耐熱性の高いものを用いる。特に繊維の材質として融点が好ましくは150℃以上、より好ましくは240℃以上の耐熱性が高い熱硬化性樹脂を用いる事で、異常時信頼性が高い電池となる。繊維の材質の融点が150℃未満だけで繊維集合体が構成されている場合には、繊維の融解によってセパレータの機能を果たせないほか、従来のセパレータと同様に、電池の異常発熱時に収縮するおそれがある。なお、電池の種類によって、異常発熱時の温度が異なることから、繊維の材質の融点については、好ましい範囲に規定した240℃以上のものを用いた方がよいような場合もある。なお、繊維の材質によっては、150℃以上、好ましくは240℃以上の温度(例えば、実施例1、3に示すポリイミドのように500℃以上)で炭化し、融点がないものも、本発明の融点が150℃以上である繊維に含まれるものとする(実施例1、3参照のこと。)。   In the present invention, as the material of the fibers constituting the fiber assembly, a material having a high heat resistance having a melting point of 150 ° C. or higher, preferably 240 ° C. or higher is used. In particular, by using a thermosetting resin having a high melting point with a melting point of preferably 150 ° C. or higher, more preferably 240 ° C. or higher as the material of the fiber, a battery with high reliability at the time of abnormality is obtained. When the fiber assembly is composed only of the melting point of the fiber material less than 150 ° C., the function of the separator cannot be performed by melting the fiber, and, similarly to the conventional separator, there is a risk of contraction when the battery is abnormally heated. There is. In addition, since the temperature at the time of abnormal heat generation differs depending on the type of battery, it may be better to use a fiber material having a melting point of 240 ° C. or higher as defined in a preferred range. Depending on the material of the fiber, carbonized at a temperature of 150 ° C. or higher, preferably 240 ° C. or higher (for example, 500 ° C. or higher as in the polyimides shown in Examples 1 and 3) and having no melting point can be used in the present invention. It shall be contained in the fiber whose melting | fusing point is 150 degreeC or more (refer Example 1 and 3).

上記融点が150℃以上である繊維の材質としては、特に制限されるものではないが、好ましくは、例えば、アラミド、ポリイミド、これらの関連ポリマー(アラミドやポリイミドとの共重合体など)などのより耐熱性が高い樹脂を用いることが望ましい。これらアラミド及びポリイミド樹脂の特徴としては、温度上昇しても収縮せず、炭化するため、電池内部温度が200℃前後、さらにはガス噴出が発生した場合のように400〜500℃の高温ガスに晒されても、収縮せずに炭化されるため、極めて高いセパレータの形状保持機能を発揮し、セパレータが収縮するのを効果的に抑えることができる点で極めて有用である。また、これらアラミド及びポリイミド繊維は、セパレータに求められる、耐薬品性、電位をかけた時の耐性、機械的特性、電解液の保持性能、短絡防止性などの点でも従来のセパレータの材質と同等以上の優れた特性を有するものである。   The material of the fiber having a melting point of 150 ° C. or higher is not particularly limited, but is preferably a material such as aramid, polyimide, or a related polymer thereof (such as a copolymer with aramid or polyimide). It is desirable to use a resin having high heat resistance. The characteristics of these aramids and polyimide resins are that they do not shrink even when the temperature rises, and carbonize, so the temperature inside the battery is around 200 ° C., and further, a high temperature gas of 400 to 500 ° C. is generated as in the case of gas ejection. Even if it is exposed, it is carbonized without contraction, so that it is extremely useful in that it exhibits a very high separator shape retention function and can effectively suppress contraction of the separator. In addition, these aramids and polyimide fibers are the same as conventional separator materials in terms of chemical resistance, resistance to electrical potential, mechanical properties, electrolyte retention performance, and short circuit prevention required for separators. It has the above excellent characteristics.

繊維集合体を構成する繊維として、繊維の材質の融点が150℃以上である繊維のみを用いる必要はなく、繊維の材質の融点が150℃以上の繊維を、異常発熱時の高温下でも繊維集合体の形状を維持できる最低限だけ含んでいればよく、10質量%以上含むものであればよい。繊維の材質の融点が150℃以上である繊維が10質量%未満の場合には、異常発熱時の高温下で繊維集合体の形状を維持するのが困難となる。
上記繊維集合体を構成することのできる、融点が150℃未満の繊維の材質としては、セパレータの材質に求められる化学的な反応安定性(反応不活性)、耐薬品性、電位をかけた時の耐性、機械的特性、電解液の保持性能、短絡防止性などを有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリアミド(ナイロン)などの従来公知のセパレータ用の樹脂原料を用いることができるが、好ましくは、PE、PP等の安価な樹脂を用いることができる。
It is not necessary to use only fibers having a melting point of the fiber material of 150 ° C. or higher as the fibers constituting the fiber assembly. What is necessary is just to include the minimum which can maintain the shape of a body, and what is necessary is just to contain 10 mass% or more. If the fiber material having a melting point of 150 ° C. or higher is less than 10% by mass, it is difficult to maintain the shape of the fiber assembly at a high temperature during abnormal heat generation.
As the material of the fiber having a melting point of less than 150 ° C. that can constitute the fiber assembly, the chemical reaction stability (reaction inertness), chemical resistance, and potential required for the separator material are applied. Is not particularly limited as long as it has resistance, mechanical properties, electrolytic solution retention performance, short circuit prevention properties, etc., for example, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyamide (nylon), etc. A known resin material for a separator can be used, but preferably an inexpensive resin such as PE or PP can be used.

上記繊維集合体を構成する繊維の太さ(繊維径)としては、電池の異常発熱時におけるセパレータの収縮を防止するという本発明の効果に影響を及ぼさない範囲内であれば特に制限されるものではなく、通常5〜10μm程度であれば使用可能であるが、本発明の第二の目的である、よりセパレータを薄膜化して電池出力の向上に寄与するためには、繊維径(φ)が5μm以下、好ましくは1〜5μmの極細繊維を用いることが望ましい。すなわち、φ5μm以下の極細繊維を用いる事によって、従来繊維(φ5μm程度)で作成した不織布(厚さ20μm〜30μm)よりも薄い不織布(φ1μmで厚さ5μm程度)などの繊維集合体を作製する事が出来、電池の出力が大幅に向上する。また、太さの異なる、φ5μm以下の極細繊維(例えば、ポリイミド繊維)と、φ5μm以上の従来繊維(PE、PP系繊維)とを適当な配合比率で用いてとなるように繊維集合体を作製してもよい。   The thickness (fiber diameter) of the fibers constituting the fiber assembly is particularly limited as long as it is within a range that does not affect the effect of the present invention to prevent the separator from contracting during abnormal heat generation of the battery. However, in order to contribute to the improvement of battery output by reducing the thickness of the separator, which is the second object of the present invention, the fiber diameter (φ) is usually 5 to 10 μm. It is desirable to use ultrafine fibers of 5 μm or less, preferably 1 to 5 μm. That is, by using ultrafine fibers of φ5 μm or less, a fiber assembly such as a nonwoven fabric (φ1 μm and thickness of about 5 μm) thinner than a nonwoven fabric (thickness of 20 μm to 30 μm) made of conventional fibers (φ5 μm) is produced. Battery output is greatly improved. Also, a fiber assembly is prepared using ultrafine fibers (for example, polyimide fibers) with different thicknesses of φ5 μm or less and conventional fibers (PE, PP fibers) with φ5 μm or more in an appropriate blending ratio. May be.

上記繊維集合体により構成されるセパレータの厚さとしては、電池の種類や用途などに応じて適宜決定されるものであり、特に制限されるべきものではなく、通常5〜200μm程度であれば使用可能である。また、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)や燃料電池自動車などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、5〜200μm、好ましくは20μm以下であることが望ましい。セパレータの厚さが、かかる範囲にあることで、保持性、抵抗が増大するのを抑制することができる。また、セパレータに微粒が食い込むことによって発生する短絡の防止と、高出力のために電極間を狭くすることが望ましいという理由から、厚さ方向の機械的強度と高出力性の確保という効果がある。また電池を複数接続する場合には、電極面積が増大することから、電池の信頼性を高めるために上記範囲のなかでも厚形のセパレータを用いることが望ましい。一方、本発明の第二の目的である、よりセパレータを薄膜化し、電極間距離を狭めることで、この間の抵抗をより小さくすることができ、ひいては電池出力の向上に寄与するようにするためには、セパレータの厚さは、20μm以下、好ましくは10〜20μmである。こうした薄膜化セパレータでは、電極にゴミとかバリがあるとショートを誘発し易いことが分かったが、これらは、電極表面をブラシすることで簡単かつ確実に予防することができることできることがわかった。すなわち、薄膜化セパレータを用いても、ゴミやバリによるショートなどの問題なく使用することができる。なお、セパレータの厚さの下限値は、特に規定されないが、ハンドリングの観点から、上記したように10μm程度であることが望ましい。一方、セパレータの厚さが20μmを超える場合には、電池出力が低下する。ただし、20μmを超える場合でも、上記したように電池の用途によっては利用できる場合もある。   The thickness of the separator constituted by the fiber assembly is appropriately determined according to the type and application of the battery, and is not particularly limited, and is usually 5 to 200 μm. Is possible. In addition, in applications such as secondary batteries for driving motors such as electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and fuel cell vehicles, it is desired to be 5 to 200 μm, preferably 20 μm or less. When the thickness of the separator is within such a range, it is possible to suppress increase in retention and resistance. In addition, there is an effect of securing mechanical strength in the thickness direction and ensuring high output performance because it is desirable to prevent a short circuit caused by fine particles entering the separator and to narrow the space between the electrodes for high output. . In addition, when a plurality of batteries are connected, the electrode area increases, so that it is desirable to use a thick separator in the above range in order to increase the reliability of the battery. On the other hand, the second object of the present invention is to make the separator thinner and reduce the distance between the electrodes, so that the resistance between them can be further reduced, thereby contributing to the improvement of the battery output. The thickness of the separator is 20 μm or less, preferably 10 to 20 μm. In such a thin film separator, it has been found that if there is dust or burrs on the electrode, it is easy to induce a short circuit, but it has been found that these can be easily and reliably prevented by brushing the electrode surface. That is, even if a thin film separator is used, it can be used without problems such as a short circuit due to dust or burrs. The lower limit of the thickness of the separator is not particularly defined, but is preferably about 10 μm as described above from the viewpoint of handling. On the other hand, when the thickness of the separator exceeds 20 μm, the battery output decreases. However, even when it exceeds 20 μm, it may be used depending on the use of the battery as described above.

ここで、繊維集合体により構成されるセパレータとしては、以下に例示するような、シート状などの各種形態(形状)に加工された繊維集合体により、シート状、袋状などの各種形態(形状)に構成されたセパレータが挙げられるが、これらに何ら制限されるものではない。(1)シート状の繊維集合体をそのままセパレータとして用いる形態、(2)シート状の繊維集合体を2枚以上積層ないし貼り合せてセパレータとして用いる形態、(3)図1A〜Cに示すように、2枚の方形のシート状の繊維集合体101a、101bを周縁部の一部、例えば、その4辺の内のコーナー部のみを熱溶着ないし熱融着(アラミド繊維やポリイミド繊維が熱融着可能なように400〜600℃程度とするのがよい。)するなどして熱溶着点103にて接合して袋状のセパレートとして用いる形態、(4)2枚の方形のシート状の繊維集合体の周縁部同士の4辺の内の3辺の周縁部全体を貼り合せたり、熱溶着ないし熱融着するなどして接合して袋状のセパレートとして用いる形態、(5)袋状に加工した繊維集合体をそのまま袋状のセパレータとして用いる形態、などが挙げられる。なお、図1A〜Gに示すように、セパレータ101を袋状にして(図1B、C参照)、電極(非バイポーラ電極の正極若しくは負極、またはバイポーラ電極;図1Dは、集電体105の両面に正極活物質層107を形成した正極109を例示した。)を収納している場合には、当該袋状のセパレータ101は、電極(非バイポーラ電極の正極若しくは負極、またはバイポーラ電極)109を挟んで両面に位置するため、こうした場合のセパレータ101の厚さや目付けは、電極の片面側のセパレータ部分101a、101bごとに適用するものとする(図1g参照のこと)。   Here, as a separator constituted by a fiber assembly, various forms (shapes) such as a sheet shape and a bag shape by a fiber assembly processed into various forms (shapes) such as a sheet shape as exemplified below. However, the separator is not limited to these. (1) A form in which a sheet-like fiber aggregate is used as a separator as it is, (2) a form in which two or more sheet-like fiber aggregates are laminated or bonded, and used as a separator, (3) as shown in FIGS. Two rectangular sheet-like fiber assemblies 101a and 101b are heat-welded or heat-sealed (for example, aramid fibers or polyimide fibers are heat-sealed) at only a part of the peripheral edge, for example, the corners of the four sides. It is preferable that the temperature is set to about 400 to 600 ° C. so that it is possible to join at the heat welding point 103 and use it as a bag-like separate. (4) Two rectangular sheet-like fiber assemblies A form that is used as a bag-like separate by bonding the whole of the three peripheral edges of the four peripheral edges of the body, or by heat-sealing or heat-sealing, and (5) processed into a bag shape The fiber assembly Form used as Jo separator, and the like. As shown in FIGS. 1A to 1G, the separator 101 is formed into a bag shape (see FIGS. 1B and C), and an electrode (a positive or negative electrode of a non-bipolar electrode, or a bipolar electrode; FIG. 1D shows both surfaces of the current collector 105 In the case where the positive electrode 109 having the positive electrode active material layer 107 formed thereon is housed, the bag-shaped separator 101 sandwiches the electrode 109 (a positive electrode or a negative electrode of a non-bipolar electrode or a bipolar electrode). In this case, the thickness and basis weight of the separator 101 are applied to the separator portions 101a and 101b on one side of the electrode (see FIG. 1g).

繊維集合体により構成されるセパレータの目付けは、セパレータの単位面積あたりの重さで表される物性値の1つである。かかるセパレータの目付けとしては、電池の異常発熱時におけるセパレータの収縮を防止するという本発明の効果に影響を及ぼさない範囲内であれば特に制限されるものではなく、通常10g/m以下あることが望ましい。セパレータの目付けが10g/mを超える場合には、電解液、ゲル電解質ないし固体電解質の保持性能が低下するおそれがある。なお、ここで目付けに関してはセパレータ厚さ及び後述する空孔率を満たしていれば必ずしも上記数値を満たす必要はなく、目安としての数値である。 The basis weight of the separator constituted by the fiber assembly is one of physical property values represented by the weight per unit area of the separator. The basis weight of the separator is not particularly limited as long as it is within a range that does not affect the effect of the present invention to prevent the separator from contracting when the battery is abnormally heated, and is usually 10 g / m 2 or less. Is desirable. When the basis weight of the separator exceeds 10 g / m 2 , the retention performance of the electrolytic solution, gel electrolyte, or solid electrolyte may be reduced. Here, the basis weight is not necessarily required to satisfy the above numerical value as long as the separator thickness and the porosity described later are satisfied, and is a numerical value as a guide.

繊維集合体により構成されるセパレータの空孔率は、セパレータにどれだけ孔が空いているかを示す物性値の1つである。かかるセパレータの空孔率としては、電池の異常発熱時におけるセパレータの収縮を防止するという本発明の効果に影響を及ぼさない範囲内であれば特に制限されるものではないが、イオン伝導性の観点から、好ましくは40%以上である。空孔率が大きく透気度が非常に小さい(≒0)不織布などの繊維集合体をセパレータとして用いる事で、電池の出力が向上する。また、空孔率が上記範囲内であれば、電解質(電解液)の抵抗による出力低下の防止と、微粒がセパレータの空孔(微細孔)を貫くことによる短絡の防止という理由から出力と信頼性の両方を確保するという効果がある。セパレータの空孔率が40%未満の場合には、電解質の保持性が悪化し、電解液、ゲル電解質ないし固体電解質の保持性能や電池の出力が低下するおそれがある。また、セパレータの空孔率の上限は、短絡防止性、機械物性などの観点から、60%以下であることが望ましい。ただし、セパレータの空孔率が上記範囲を外れる場合であっても、電池の用途等によっては十分な電池の出力が得られるため利用できる場合もある。なお、セパレータの空孔率は、原材料レジンの密度と最終製品のセパレータの密度から体積比として求められる値である。   The porosity of the separator constituted by the fiber assembly is one of physical property values indicating how many holes are formed in the separator. The porosity of the separator is not particularly limited as long as it is within a range that does not affect the effect of the present invention to prevent the separator from contracting during abnormal heat generation of the battery, but from the viewpoint of ion conductivity. Therefore, it is preferably 40% or more. By using a fiber assembly such as a nonwoven fabric having a high porosity and a very low air permeability (≈0) as a separator, the output of the battery is improved. Also, if the porosity is within the above range, the output and reliability can be prevented because of the prevention of output decrease due to the resistance of the electrolyte (electrolyte) and the prevention of short-circuiting due to fine particles penetrating the separator pores (micropores). It has the effect of securing both sexes. When the porosity of the separator is less than 40%, the retention of the electrolyte is deteriorated, and the retention performance of the electrolytic solution, gel electrolyte or solid electrolyte and the output of the battery may be reduced. In addition, the upper limit of the porosity of the separator is desirably 60% or less from the viewpoint of short circuit prevention properties, mechanical properties, and the like. However, even if the porosity of the separator is out of the above range, it may be used because sufficient battery output is obtained depending on the use of the battery. The separator porosity is a value obtained as a volume ratio from the density of the raw material resin and the density of the separator of the final product.

上記繊維集合体により構成されるセパレータのガーレー値は、セパレータの透過度を示す物性値の1つである。かかるセパレータのガーレー値としては、電池の異常発熱時におけるセパレータの収縮を防止するという本発明の効果に影響を及ぼさない範囲内であれば特に制限されるものではなく、通常10秒以下であることが望ましい。セパレータのガーレー値が高い場合、前述の空孔率が40%以上であっても、例えば空孔の形状が複雑な為イオンの移動が阻害されている恐れがある、前述の空孔率60%以下で機械強度が十分保たれていれば、下限値に制限はない。ただし、セパレータのガーレー値が上記範囲を外れる場合であっても、電池の用途によっては利用できる場合もある。すなわち、現行のPEないしPP多孔膜製セパレータは、機械的特性や短絡防止の観点から、ガーレー値が通常200〜300秒程度(但し、多孔膜セパレータの孔の大きさによっても異なる)であり、透過度が低くなっている。なお、セパレータのガーレー値は、透気度のことであり、JIS P8117に準拠し、0.879g/mm圧で100ccの空気が膜を透過する秒数を示す。 The Gurley value of the separator constituted by the fiber assembly is one of physical property values indicating the permeability of the separator. The Gurley value of such a separator is not particularly limited as long as it does not affect the effect of the present invention to prevent the separator from contracting during abnormal heat generation of the battery, and is usually 10 seconds or less. Is desirable. When the Gurley value of the separator is high, even if the porosity is 40% or more, the movement of ions may be hindered due to, for example, the complexity of the pores. The porosity is 60%. If the mechanical strength is sufficiently maintained below, the lower limit is not limited. However, even if the Gurley value of the separator is out of the above range, it may be used depending on the use of the battery. That is, the current PE or PP porous membrane separator has a Gurley value of usually about 200 to 300 seconds (however, depending on the pore size of the porous membrane separator) from the viewpoint of mechanical properties and short circuit prevention, The permeability is low. The Gurley value of the separator is the air permeability, and indicates the number of seconds that 100 cc of air passes through the membrane at 0.879 g / mm 2 pressure in accordance with JIS P8117.

上記繊維集合体により構成されるセパレータ(特に不織布セパレータ)のかさ密度は、含浸させる電解質(液体電解液、ゲル電解質、固体電解質)により十分な電池特性を得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。すなわち、あまり不織布セパレータ等のかさ密度が大きすぎると、電解質層中の非電解質材料が占める割合が大きくなりすぎ、電解質層におけるイオン伝導度などを損なうおそれがあるためである。   The bulk density of the separator (particularly the nonwoven fabric separator) constituted by the fiber assembly is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the electrolyte to be impregnated (liquid electrolyte, gel electrolyte, solid electrolyte). It shouldn't be. That is, if the bulk density of the nonwoven fabric separator or the like is too large, the proportion of the non-electrolyte material in the electrolyte layer becomes too large, which may impair the ionic conductivity in the electrolyte layer.

本発明の上記セパレータを構成する繊維集合体の製造方法としては、公知の不織布、織布、編布の製造方法により製造可能であり、織布、編布では、織機・編み機にかけて織ったり、編んだりする方法が広く適用できる。織り方により、平織・綾織・模沙織、編物はジャガード・トリコットなどにすることができる。また、不織布では、例えば、湿式(例えば、湿式の抄紙方式)、乾式、スパンボンド法、ウオーターニードル法などで製造できる。かかる不織布は、紡口から押し出された糸が数万本幅広く並べ、重ねられ、強度を出すためと繊維の固定に熱プレス・高圧水流法などにより、シート状に出来上がったものであり、基本的には長繊維不織布の場合、繊維はほぼ縦方向に並んでおり、横糸に相当する糸はない。短繊維の不織布の場合も繊維を色々な製法によりほぼ縦方向に繊維は並べられ、貼布剤用など一部にはクロスレイヤー方式で縦と横糸を混ぜ合わせたものも製造可能である。このように、不織布とは正に生産性が良く、安価で大量に生産できるもの点で有利であるといえる。また、短繊維不織布の場合は接着剤が不織布の強度を上げるのに有用である。   The fiber assembly constituting the separator of the present invention can be produced by a known nonwoven fabric, woven fabric, or knitted fabric production method. The woven fabric or knitted fabric is woven or knitted on a loom / knitting machine. The method of dripping is widely applicable. Depending on the weaving method, plain weave, twill, misa weave, and knitted fabric can be jacquard or tricot. In addition, the non-woven fabric can be manufactured by, for example, a wet method (for example, a wet papermaking method), a dry method, a spun bond method, a water needle method, or the like. This non-woven fabric is made into a sheet by tens of thousands of yarns extruded from the spinneret, stacked and stacked, to give strength and to fix the fibers by hot pressing, high-pressure water flow method, etc. In the case of a long-fiber non-woven fabric, the fibers are arranged substantially in the longitudinal direction, and there is no yarn corresponding to the weft. In the case of a short-fiber non-woven fabric, the fibers are arranged in the vertical direction by various production methods, and some of them can be manufactured by mixing the vertical and weft yarns by a cross-layer method for a patch or the like. Thus, it can be said that non-woven fabrics are advantageous in that they are highly productive and can be produced in large quantities at low cost. In the case of a short fiber nonwoven fabric, an adhesive is useful for increasing the strength of the nonwoven fabric.

次に、本発明に係る上記電池用セパレータは、異常発熱時であっても高い安全性が求められる各種用途に好適に利用される電池のセパレータであり、異常発熱時であっても高い安全性が求められる各種電池に幅広く利用できるものである。   Next, the battery separator according to the present invention is a battery separator suitably used for various applications that require high safety even during abnormal heat generation, and has high safety even during abnormal heat generation. It can be used widely for various batteries that require

よって、本発明に係る電池は、上述したセパレータを用いてなることを特徴とする電池であればよく、他の構成要件に関しては、何ら制限されるべきものではない。本発明のセパレータを用いることで、電池が異常発熱した際に、該セパレータの収縮が効果的に抑えられるため、かかるセパレータ収縮による電極間ショートを防止することができる。さらに、本発明の係る電池では、セパレータの収縮が効果的に抑えた上で、尚且つよりセパレータを薄膜化することができるので、電池出力の向上にも大いに寄与し得るものである。   Therefore, the battery according to the present invention may be any battery characterized by using the separator described above, and the other constituent elements should not be limited at all. By using the separator of the present invention, when the battery abnormally generates heat, the shrinkage of the separator is effectively suppressed, so that the short circuit between the electrodes due to the separator shrinkage can be prevented. Furthermore, in the battery according to the present invention, the separator shrinkage can be effectively suppressed, and the separator can be made thinner, which can greatly contribute to the improvement of the battery output.

かかる電池としては、例えば、電池を使用形態で区別する場合には、1次電池および2次電池のいずれの使用形態にも適用し得るものである。例えば、車両搭載用電源として用いるような場合には、2次電池が適している。   As such a battery, for example, when a battery is distinguished by a usage pattern, it can be applied to any usage pattern of a primary battery and a secondary battery. For example, a secondary battery is suitable for use as a vehicle-mounted power source.

例えば、上記電池を形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、捲回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。積層型(扁平型)電池構造を採用することで簡単な熱圧着などのシール技術により長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。本発明では、従来、引っ張り強度の問題や異常発熱時の収縮の問題で使用できなかった不織布セパレータを電池用セパレータとして適用することができる。積層型電池では、捲回型電池のような引っ張り強度が必要とされないため、耐熱性が高い熱硬化性樹脂繊維による繊維集合体で構成された不織布セパレータを積層型電池用セパレータとして用いることで、製造段階でセパレータが引っ張られて避ける恐れもなく、生産性(歩留まり)が高く、異常時信頼性が高い電池となる。   For example, when the above batteries are distinguished by form / structure, they can be applied to any conventionally known form / structure such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery. By adopting a stacked (flat) battery structure, long-term reliability can be secured by a sealing technique such as simple thermocompression bonding, which is advantageous in terms of cost and workability. In the present invention, a nonwoven fabric separator that could not be used conventionally due to a problem of tensile strength or a problem of shrinkage during abnormal heat generation can be applied as a battery separator. In a laminated battery, since tensile strength like a wound battery is not required, by using a nonwoven fabric separator composed of a fiber assembly of thermosetting resin fibers having high heat resistance as a laminated battery separator, There is no fear of the separator being pulled during the manufacturing stage, and the battery has high productivity (yield) and high reliability in abnormal conditions.

電池外装材で区別した場合、使用用途や上記形態・構造などに応じて、捲回型によく使われる円筒缶(外装)電池、積層型電池によく使われる高分子−金属を複合したラミネートフィルム(例えば、アルミラミネートフィルム外装材)に代表されるラミネート外装電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。特に、電池の薄型、軽量化などの観点からは、ラミネート外装電池が望ましい。一方、電池強度の観点からは、円筒缶(外装)電池が優れているが、ラミネート外装電池でも、例えば、車両に搭載した場合に受ける振動や衝撃に対して十分な耐振動・衝撃性を備えることができるようになっている。   When distinguished by battery exterior materials, depending on the intended use and the above-mentioned form / structure, etc., a cylindrical film (exterior) battery often used for wound type, and a polymer-metal laminated film often used for laminated battery The present invention can be applied to any conventionally known form / structure such as a laminate-clad battery represented by (for example, an aluminum laminate film-clad material). In particular, a laminated battery is desirable from the viewpoint of thinning and lightening the battery. On the other hand, from the viewpoint of battery strength, a cylindrical can (exterior) battery is excellent, but even a laminated external battery has, for example, sufficient vibration resistance and impact resistance against vibrations and impacts when mounted on a vehicle. Be able to.

また、電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、バイポーラ型ではない(内部並列接続タイプ)電池およびバイポーラ型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用し得るものである。バイポーラ型電池では、通常の電池に比べて単電池の電圧が高く、容量、出力特性に優れた電池を構成できる。   In addition, when viewed in terms of electrical connection form (electrode structure) in the battery, it can be applied to both non-bipolar (internal parallel connection type) batteries and bipolar (internal series connection type) batteries. . In the bipolar battery, a single cell voltage is higher than that of a normal battery, and a battery having excellent capacity and output characteristics can be configured.

また、電池内の電解質層で区別した場合、電解液(液体電解質)型電池、ゲル電解質型電池、固体(固体高分子)電解質型電池のいずれにも適用し得るものである。本発明では、上述した本発明のセパレータに、こうした各種電解質ないし電解質溶液(架橋前の前駆体溶液を含む)を含浸、塗布、スプレー(吹き付け)などの手法を用いて、セパレータに保持、積層等させることができる。ゲル電解質型電池及び固体電解質型電池を称してポリマー電池というが、こうしたポリマー電池では、液漏れが生じにくいので、液絡の問題が無く信頼性が高く、かつ簡易な構成で出力特性に優れた電池を形成することができる点では有利である。この点は、ポリマー電池の中でも、特に固体電解質型電池で顕著である。   Moreover, when it distinguishes with the electrolyte layer in a battery, it can apply to all of an electrolyte solution (liquid electrolyte) type battery, a gel electrolyte type battery, and a solid (solid polymer) electrolyte type battery. In the present invention, the above-described separator of the present invention is impregnated with such various electrolytes or electrolyte solutions (including a precursor solution before cross-linking), applied, sprayed (sprayed), etc., and held on the separator, laminated, etc. Can be made. The polymer electrolyte battery is referred to as a gel electrolyte type battery and a solid electrolyte type battery. However, in such a polymer battery, liquid leakage is unlikely to occur, so there is no problem of liquid junction, high reliability, and excellent output characteristics with a simple configuration. This is advantageous in that a battery can be formed. This point is remarkable especially in the solid electrolyte type battery among the polymer batteries.

電池の電極材料ないし電極間を移動する金属イオンで見た場合には、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、カリウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ラニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素電池など特に制限されるべきものではなく、従来公知のいずれの電極材料等にも適用し得るものである。好ましくは、リチウムイオン二次電池である。これは、リチウムイオン二次電池では、セル(単電池層)の電圧が大きく、高エネルギー密度、高出力密度が達成でき、車両の駆動電源用や補助電源用等として好適に利用できるほか、携帯電話などの携帯機器向けのリチウムイオン電池にも十分に適用可能なためである。更に、正極活物質としてリチウム−遷移金属複合酸化物を用いた電池では、反応性、サイクル耐久性に優れ、低コストな材料であるから、これらの材料を正極電極に用いることにより、出力特性により優れた電池を形成することができる点では有利である。   When viewed from the electrode material of the battery or metal ions moving between the electrodes, lithium ion secondary battery, sodium ion secondary battery, potassium ion secondary battery, nickel metal hydride secondary battery, ranickel cadmium secondary battery, The nickel-metal hydride battery is not particularly limited, and can be applied to any conventionally known electrode material. A lithium ion secondary battery is preferable. This is because in lithium ion secondary batteries, the cell (single cell layer) voltage is large, high energy density and high output density can be achieved, and it can be suitably used as a driving power source or auxiliary power source for vehicles. This is because it can be sufficiently applied to lithium ion batteries for portable devices such as telephones. Furthermore, since batteries using lithium-transition metal composite oxide as the positive electrode active material are excellent in reactivity, cycle durability, and low cost, these materials can be used in the positive electrode to improve output characteristics. This is advantageous in that an excellent battery can be formed.

したがって、以下の説明では、本発明のセパレータを用いてなるバイポーラ型でない積層型ラミネート外装のリチウムイオン二次電池(以下、単に非バイポーラ電池とも略記する)及びバイポーラ型の積層型ラミネート外装リチウムイオン二次電池(以下、単にバイポーラ電池とも略記する)につき図面を用いてごく簡単に説明するが、決してこれらに制限されるべきものではない。すなわち、上述したセパレータ以外の構成要件に関しては何ら制限されるべきものではない。   Therefore, in the following description, a non-bipolar laminated laminate-type lithium ion secondary battery using the separator of the present invention (hereinafter also simply referred to as a non-bipolar battery) and a bipolar-type laminated laminate-coated lithium ion battery The secondary battery (hereinafter simply abbreviated as a bipolar battery) will be briefly described with reference to the drawings, but should not be limited to these. That is, there is no limitation on the constituent elements other than the separator described above.

まず、図2に示すように、非バイポーラ電池及びバイポーラ電池18では、共に、正極(正極集電体アルミ箔12+正極活物質層の塗膜13)と負極(負極集電体銅箔15+負極活物質層の塗膜16)とを、本発明のセパレータを用いて形成した電解質層14を介して対峙するように積層した発電要素(積層型)11を、図3に示すように、ラミネート外装(例えば、アルミラミネートフィルムパック)17に収納し封止した電池の形態が一般的である。ただし、これらに何ら制限されるものではなく、例えば、正極集電体アルミ箔及び負極集電体銅箔の正極及び負極タブ(図3の符号12、15)部分の取り出し方向は、図3のように同じ辺(方向)から取り出してもよいし、正極タブ12と負極タブ15とをそれぞれ対峙する辺(方向)から取り出してもよい。   First, as shown in FIG. 2, in the non-bipolar battery and the bipolar battery 18, both the positive electrode (positive electrode current collector aluminum foil 12 + the coating film 13 of the positive electrode active material layer) and the negative electrode (negative electrode current collector copper foil 15 + negative electrode active material). As shown in FIG. 3, a power generation element (laminated type) 11 in which a coating film 16) of a material layer is laminated so as to face each other through an electrolyte layer 14 formed using the separator of the present invention, For example, a battery that is housed and sealed in an aluminum laminate film pack) 17 is generally used. However, the present invention is not limited thereto. For example, the direction of taking out the positive electrode and negative electrode tabs (reference numerals 12 and 15 in FIG. 3) of the positive electrode current collector aluminum foil and the negative electrode current collector copper foil is as shown in FIG. In this manner, the positive electrode tab 12 and the negative electrode tab 15 may be taken out from the opposite sides (directions).

次に、図4に、本発明のセパレータを用いてなるバイポーラ型でない積層型ラミネート外装のリチウムイオン二次電池(非バイポーラ電池)の断面概略図を示す。図4に示す非バイポーラ電池31では、電池外装材32に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、正極集電体33の両面に正極活物質層34が形成された正極板(正極)、本発明のセパレータを用いて形成した電解質層35、および負極集電体36の両面(発電要素の最下層および最上層用は片面)に負極活物質層37が形成された負極板(負極)を積層した発電要素38を収納し密封した構成を有している。また、上記の各正極板及び負極板と導通される正極(端子)リード39および負極(端子)リード40が、各電極板の正極集電体33及び負極集電体36に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられ、上記熱融着部に挟まれて上記の電池外装材32の外部に露出される構造を有している。   Next, FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of a lithium-ion secondary battery (non-bipolar battery) having a non-bipolar laminated laminate exterior using the separator of the present invention. In the non-bipolar battery 31 shown in FIG. 4, by using a laminate film in which a polymer-metal composite is combined with the battery outer packaging material 32, the entire peripheral portion thereof is joined by thermal fusion, whereby the positive electrode current collector 33 is formed. The positive electrode plate (positive electrode) having the positive electrode active material layer 34 formed on both sides, the electrolyte layer 35 formed using the separator of the present invention, and both sides of the negative electrode current collector 36 (one side for the lowermost layer and the uppermost layer of the power generation element) ) Includes a power generation element 38 in which a negative electrode plate (negative electrode) on which a negative electrode active material layer 37 is formed is stacked and sealed. Further, the positive electrode (terminal) lead 39 and the negative electrode (terminal) lead 40 that are electrically connected to the positive electrode plate and the negative electrode plate described above are connected to the positive electrode current collector 33 and the negative electrode current collector 36 of each electrode plate by ultrasonic welding or resistance. It has a structure that is attached by welding or the like and is exposed to the outside of the battery outer packaging material 32 by being sandwiched between the heat fusion portions.

図5に、バイポーラ型の積層型ラミネート外装リチウムイオン二次電池(バイポーラ電池)の全体構造を模式的に表わした概略断面図を示す。図5に示したように、バイポーラ電池41では、1枚または2枚以上で構成される集電体42の片面に正極活物質層43を設け、もう一方の面に本発明の負極活物質層44を設けたバイポーラ電極45を、本発明のセパレータを用いて形成した電解質層46を挟み隣合うバイポーラ電極45の正極活物質43と負極活物質層44とが対向するようになっている。すなわち、バイポーラ電池41では、集電体42の片方の面上に正極活物質層43を有し、他方の面上に負極活物質層44を有するバイポーラ電極45を、電解質層46を介して複数枚積層した構造の電極積層体(バイポーラ電池本体)47からなるものである。また、こうしたバイポーラ電極45等を複数枚積層した電極積層体47の最上層と最下層の電極45a、45bは、バイポーラ電極構造でなくてもよく、集電体42(または端子板)に必要な片面のみの正極活物質層43または負極活物質層44を配置した構造としてもよい。また、バイポーラ電池41では、上下両端の集電体42にそれぞれ正極および負極リード48、49が接合されている。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a bipolar type laminated laminate exterior lithium ion secondary battery (bipolar battery). As shown in FIG. 5, in the bipolar battery 41, a positive electrode active material layer 43 is provided on one side of a current collector 42 composed of one or more sheets, and the negative electrode active material layer of the present invention is provided on the other side. The positive electrode active material 43 and the negative electrode active material layer 44 of the bipolar electrode 45 adjacent to each other with the electrolyte layer 46 formed by using the separator of the present invention between the bipolar electrode 45 provided with 44 are opposed to each other. That is, in the bipolar battery 41, a plurality of bipolar electrodes 45 having the positive electrode active material layer 43 on one surface of the current collector 42 and the negative electrode active material layer 44 on the other surface are disposed via the electrolyte layer 46. The electrode laminate (bipolar battery main body) 47 has a laminated structure. Further, the uppermost layer and the lowermost layer electrodes 45a and 45b of the electrode laminate 47 in which a plurality of such bipolar electrodes 45 and the like are laminated may not have a bipolar electrode structure, and are necessary for the current collector 42 (or terminal plate). A structure in which the positive electrode active material layer 43 or the negative electrode active material layer 44 only on one side may be arranged. In the bipolar battery 41, positive and negative electrode leads 48 and 49 are joined to current collectors 42 at both upper and lower ends, respectively.

なお、バイポーラ電極45(電極45a、45bを含む)の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、バイポーラ電池41では、よりセパレータを薄膜化して電池出力の向上に寄与することができることから、電池全体の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保でき易く、バイポーラ電極45の積層回数を少なくして、より薄型化を図ることができる点で有利である。また、本発明のバイポーラ電池41では、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、電極積層体47部分を電池外装材(好ましくは高分子−金属を複合したラミネートフィルム)50に減圧封入し、電極リード48、49を電池外装材50の外部に取り出した構造とするのがよい。このバイポーラ電池41の基本構成は、複数積層した単電池層(単セル)が直列に接続された構成ともいえるものである。このバイポーラ電池は、その電極構造が異なることを除いては、基本的には上述した非バイポーラ電池と同様であるため、各構成要素につき以下にまとめて説明する。   Note that the number of stacked bipolar electrodes 45 (including the electrodes 45a and 45b) is adjusted according to a desired voltage. In addition, since the bipolar battery 41 can contribute to the improvement of battery output by further reducing the thickness of the separator, it is easy to ensure a sufficient output even if the thickness of the entire battery is as thin as possible. This is advantageous in that it can be reduced and the thickness can be further reduced. Further, in the bipolar battery 41 of the present invention, in order to prevent external impact and environmental degradation during use, the electrode laminate 47 portion is made of a battery exterior material (preferably a polymer-metal composite laminate film) 50. The electrode leads 48 and 49 are preferably taken out of the battery exterior material 50 under reduced pressure. The basic configuration of the bipolar battery 41 can be said to be a configuration in which a plurality of stacked single battery layers (single cells) are connected in series. Since this bipolar battery is basically the same as the above-described non-bipolar battery except that the electrode structure is different, each component will be described together below.

[電極集電体]
本発明で用いることのできる電極集電体としては、特に制限されるものではなく、従来公知のものを利用することができる。例えば、アルミニウム箔、ステンレス(SUS)箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、SUSとアルミニウムのクラッド材あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく使える。また、金属表面に、アルミニウムを被覆させた集電体であってもよい。また、場合によっては、2つ以上の金属箔を張り合わせた集電体を用いてもよい。複合集電体を用いる場合、正極集電体の材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、SUS、チタンなどの導電性金属を用いることができるが、アルミニウムが特に好ましい。一方、負極集電体の材料としては、例えば、銅、ニッケル、銀、SUSなどの導電性金属を用いることができるが、SUS及びニッケル等が特に好ましい。また、複合集電体においては、正極集電体と負極集電体とは、互いに直接あるいは第三の材料からなる導電性を有する中間層を介して電気的に接続していれば良い。また、正極集電体及び負極集電体には、平板(箔)のほか、ラスプレート、すなわちプレートに切目を入れたものをエキスパンドすることにより網目空間が形成されるプレートにより構成されているものを用いることもできる。
[Electrode current collector]
The electrode current collector that can be used in the present invention is not particularly limited, and conventionally known ones can be used. For example, aluminum foil, stainless steel (SUS) foil, nickel-aluminum clad material, copper-aluminum clad material, SUS-aluminum clad material, or a plated material of a combination of these metals can be preferably used. Further, a current collector in which a metal surface is coated with aluminum may be used. Moreover, you may use the electrical power collector which bonded 2 or more metal foil depending on the case. When the composite current collector is used, as a material for the positive electrode current collector, for example, a conductive metal such as aluminum, an aluminum alloy, SUS, or titanium can be used, and aluminum is particularly preferable. On the other hand, as the material of the negative electrode current collector, for example, conductive metals such as copper, nickel, silver, and SUS can be used, and SUS and nickel are particularly preferable. Further, in the composite current collector, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector may be electrically connected to each other directly or via a conductive intermediate layer made of a third material. In addition to the flat plate (foil), the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are constituted by a lath plate, that is, a plate in which a mesh space is formed by expanding a plate with a cut. Can also be used.

集電体の厚さは共に、特に限定されないが、通常は5〜50μm程度である。集電体を薄くすると、同じ体積内にたくさんのセルを詰め込むことができるため、電池体積当たりの容量及び出力を高めることができる。このことから、集電体厚さを上記範囲内で薄くするのが、安全性と電池性能の双方に優れた電池を提供することができる。   The thickness of the current collector is not particularly limited, but is usually about 5 to 50 μm. When the current collector is thinned, many cells can be packed in the same volume, so that the capacity per battery volume and the output can be increased. For this reason, reducing the current collector thickness within the above range can provide a battery excellent in both safety and battery performance.

[正極活物質層]
正極活物質層の構成材料(正極材料ともいう)としては、正極活物質のほか、電子伝導性を有する導電材、バインダ等を含有するものであってもよい。通常、正極活物質として好適に使用される遷移金属とリチウムとの複合酸化物(リチウム−遷移金属複合酸化物)自体は電子伝導性を有するものでないことから、電子伝導性を有する導電材およびバインダが用いられる。
[Positive electrode active material layer]
As a constituent material (also referred to as a positive electrode material) of the positive electrode active material layer, in addition to the positive electrode active material, a conductive material having an electron conductivity, a binder, or the like may be included. Usually, a composite oxide of lithium and a transition metal (lithium-transition metal composite oxide) that is preferably used as a positive electrode active material itself does not have electronic conductivity. Therefore, a conductive material and binder having electronic conductivity. Is used.

上記正極活物質としては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のリチウムイオン電池で使用される正極活物質を用いることができる。具体的には、リチウム−遷移金属複合酸化物を好適に使用できる。例えば、スピネルLiMnなどのLi・Mn系複合酸化物、LiCoOなどのLi・Co系複合酸化物、LiNiOなどのLi・Ni系複合酸化物、LiCr、LiCrOなどのLi・Cr系複合酸化物など、LiFeOなどのLi・Fe系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したものなどが併用できるなど、Li金属酸化物から選択し使用できるが、これらの材料に限定されるものではない。これらリチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル耐久性に優れ、低コストな材料である。そのためこれらの材料を電極に用いることにより、出力特性に優れた電池を形成することができる。この他にも、LiFePO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;V、MnO、TiS、MoS、MoOなどの遷移金属酸化物や硫化物;PbO、AgO、NiOOHなどが併用できる。 The positive electrode active material is not particularly limited, and a positive electrode active material used in a conventionally known lithium ion battery can be used. Specifically, a lithium-transition metal composite oxide can be preferably used. For example, Li · Mn based composite oxides such as spinel LiMn 2 O 4 , Li · Co based composite oxides such as LiCoO 2 , Li · Ni based composite oxides such as LiNiO 2 , Li 2 Cr 2 O 7 , Li 2 Li metal oxides such as Li / Cr complex oxides such as CrO 4 , Li / Fe complex oxides such as LiFeO 2 and those obtained by substituting some of these transition metals with other elements can be used in combination. However, it is not limited to these materials. These lithium-transition metal composite oxides are excellent in reactivity and cycle durability and are low-cost materials. Therefore, a battery having excellent output characteristics can be formed by using these materials for the electrodes. In addition to these, transition metal and lithium phosphate compounds and sulfuric acid compounds such as LiFePO 4 ; transition metal oxides and sulfides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 ; PbO 2 , AgO, NiOOH, etc. can be used together.

上記正極活物質の平均粒径としては、その製造方法にもよるが、正極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、0.1〜20μmの範囲であるのが望ましいといえるが、必ずしもこれらの範囲に制限されるものではない。なお、該正極活物質が2次粒子である場合には該2次粒子を構成する1次粒子の平均粒径は、特に制限されるものではないが、通常0.1〜5μmの範囲であるのが望ましい。ただし、製造方法にもよるが、正極活物質が凝集、塊状などにより2次粒子化したものでなくても良いことはいうまでもない。かかる正極活物質の平均粒径および1次粒子の粒径は、例えば、(走査電子顕微鏡)観察、TEM(透過電子顕微鏡)により測定することができる。   The average particle diameter of the positive electrode active material is preferably in the range of 0.1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the capacity, reactivity, and cycle durability of the positive electrode active material, although it depends on the production method. However, it is not necessarily limited to these ranges. When the positive electrode active material is secondary particles, the average particle size of the primary particles constituting the secondary particles is not particularly limited, but is usually in the range of 0.1 to 5 μm. Is desirable. However, it goes without saying that, depending on the manufacturing method, the positive electrode active material may not be a secondary particle formed by aggregation, agglomeration, or the like. The average particle diameter of the positive electrode active material and the particle diameter of the primary particles can be measured by, for example, observation with a scanning electron microscope or TEM (transmission electron microscope).

また、正極活物質の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状(粉末状)、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。なお、上記でいう正極活物質の平均粒径を測定する際には、粒子の形状が一様でないこともあることから、絶対最大長で表すものとし、篩い分けする場合には篩い目(メッシュスルーサイズまたはメッシュパスサイズ)を用いてもよい。ここで、絶対最大長とは、図10に示すように、粒子91の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の長さLをとるものをいう。   Further, the shape of the positive electrode active material varies depending on the type and manufacturing method, and examples thereof include a spherical shape (powdered shape), a plate shape, a needle shape, a column shape, and a square shape, but are not limited thereto. Any shape can be used without any problems. Preferably, an optimal shape that can improve battery characteristics such as charge / discharge characteristics is appropriately selected. When measuring the average particle diameter of the positive electrode active material as described above, the shape of the particles may not be uniform, so it is expressed by the absolute maximum length. (Through size or mesh path size) may be used. Here, as shown in FIG. 10, the absolute maximum length refers to the one having the maximum length L among the distances between any two points on the contour line of the particle 91.

また、上記正極活物質の密度は、正極活物質の種類(組成)や形状(構造)等によって決定されるものであり、例えば、ピクノメータにより測定することができる。   The density of the positive electrode active material is determined by the type (composition) and shape (structure) of the positive electrode active material, and can be measured by, for example, a pycnometer.

上記正極活物質の正極材料全量に対する配合量としては、特に制限されるべきものではなく、使用用途(出力重視、エネルギー重視など)やイオン伝導性を考慮して適宜決定されるものである。   The blending amount of the positive electrode active material with respect to the total amount of the positive electrode material is not particularly limited, and is appropriately determined in consideration of usage (output-oriented, energy-oriented, etc.) and ion conductivity.

正極材料に用いることのできる導電材としては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のリチウムイオン電池で使用される導電材を用いることができる。具体的には、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、気相成長カーボンファイバー(VGCF)、金属粉末材料等が挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。   The conductive material that can be used for the positive electrode material is not particularly limited, and a conductive material used in a conventionally known lithium ion battery can be used. Specific examples include acetylene black, carbon black, graphite, vapor grown carbon fiber (VGCF), and metal powder material. However, it is not necessarily limited to these.

導電材の平均粒径は、特に制限されるべきものではない。高出力化、高容量化を達成するには、0.1μm以下とするのが望ましい。なお下限値に関しては特に規定されないが、製造容易性などの点から、1nm以上とするのがよい。取り扱い容易性の観点からは25〜50nm程度の範囲である。かかる導電材の平均粒径は、例えば、SEM観察、TEM観察により測定することができる。なお、上記でいう導電材の平均粒径を測定する際には、粒子の形状が一様でないこともあることから、絶対最大長で表すものとし、篩い分けする場合には篩い目(メッシュスルーサイズまたはメッシュパスサイズ)を用いてもよい。   The average particle diameter of the conductive material is not particularly limited. In order to achieve high output and high capacity, it is desirable that the thickness be 0.1 μm or less. The lower limit is not particularly defined, but is preferably 1 nm or more from the viewpoint of ease of production. From the viewpoint of ease of handling, the thickness is in the range of about 25 to 50 nm. The average particle diameter of the conductive material can be measured by, for example, SEM observation or TEM observation. Note that when measuring the average particle size of the conductive material described above, the shape of the particles may not be uniform, so the absolute maximum length is used. Size or mesh path size) may be used.

また、導電材の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状(粉末状)、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。   In addition, the shape of the conductive material varies depending on the type and manufacturing method, and examples thereof include a spherical shape (powdered shape), a plate shape, a needle shape, a column shape, and a square shape, but are not limited thereto. Rather, any shape can be used without problems. Preferably, an optimal shape that can improve battery characteristics such as charge / discharge characteristics is appropriately selected.

また、上記導電材の密度は、導電材の種類(組成)や形状(構造)等によって決定されるものであり、例えば、ピクノメータにより測定することができる。   The density of the conductive material is determined by the type (composition) and shape (structure) of the conductive material, and can be measured by, for example, a pycnometer.

上記導電材の正極材料全量に対する配合量は、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、最適比の活物質と導電材量となるように決定すべきである。   The blending amount of the conductive material with respect to the total amount of the positive electrode material should be determined so that the active material and the conductive material amount have the optimum ratio in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, energy, etc.) and ion conductivity. is there.

上記バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、SBR、ポリイミドなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。   As the binder, polyvinylidene fluoride (PVDF), SBR, polyimide, or the like can be used. However, it is not necessarily limited to these.

上記バインダの正極材料全量に対する配合量は、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。   The blending amount of the binder with respect to the total amount of the positive electrode material should be determined in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, emphasis on energy, etc.) and ion conductivity.

本発明のリチウムイオン二次電池に用いることのできる他の正極材料としては、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩(リチウム塩)、高分子ゲル電解質(ホストポリマー、電解液など)などが含まれ得る。   Other positive electrode materials that can be used in the lithium ion secondary battery of the present invention include electrolyte supporting salts (lithium salts), polymer gel electrolytes (host polymers, electrolytes, etc.) for increasing ion conductivity, etc. Can be.

上記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、従来公知の非水電解質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である。   The polymer gel electrolyte includes a solid polymer electrolyte having ion conductivity and an electrolyte used in a conventionally known non-aqueous electrolyte lithium ion battery, and further has lithium ion conductivity. A structure in which a similar electrolyte solution is held in a non-polymeric skeleton is also included.

ここで、高分子ゲル電解質に含まれる電解液(電解質支持塩および可塑剤)としては、特に制限されるべきものではなく、従来既知の各種電解液を適宜使用することができるものである。例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON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(電解質支持塩)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可塑剤(有機溶媒)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。 Here, the electrolytic solution (electrolyte supporting salt and plasticizer) contained in the polymer gel electrolyte is not particularly limited, and various conventionally known electrolytic solutions can be appropriately used. For example, inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) selected from organic acid anion salts such as 2 N, wherein at least one lithium salt (electrolyte support salt), propylene carbonate, cyclic carbonates such as ethylene carbonate; dimethyl carbonate , Chain carbonates such as methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate; ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; γ-butyrolactone, etc. Lactones; Nitto such as acetonitrile Lyls; Esters such as methyl propionate; Amides such as dimethylformamide; Plasticizers such as aprotic solvents (organic) mixed with at least one selected from methyl acetate and methyl formate Those using a solvent) can be used. However, it is not necessarily limited to these.

イオン導伝性を有する固体高分子電解質としては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が挙げられる。   Examples of the solid polymer electrolyte having ion conductivity include known solid polymer electrolytes such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof.

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、例えば、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。   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 therefore 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.

上記イオン伝導性を高めるための電解質支持塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、Li(CFSON、Li(CSON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。 As an electrolyte support salt to increase the ionic conductivity, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 inorganic acid anion salts such as, Li ( An organic acid anion salt such as CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, or a mixture thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these.

高分子ゲル電解質中のホストポリマーと電解液との比率(質量比)は、使用目的などに応じて決定すればよいが、好ましくは2:98〜90:10の範囲であるが、かかる範囲を外れる場合でも適用し得る。   The ratio (mass ratio) between the host polymer and the electrolytic solution in the polymer gel electrolyte may be determined according to the purpose of use and the like, and preferably in the range of 2:98 to 90:10, It can be applied even if it falls off.

本発明の正極材料における高分子電解質(ホストポリマー、電解液など)、リチウム塩等の配合量は、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。   The amount of polymer electrolyte (host polymer, electrolyte, etc.), lithium salt, etc. in the positive electrode material of the present invention should be determined in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, energy, etc.) and ion conductivity. is there.

正極活物質層の塗膜厚さは、特に限定するものではなく、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塗膜厚さは20〜200μm程度であり、この範囲であれば本発明でも十分に利用可能であるが、本発明の正極材料の持つ機能を有効に発現するには、好ましくは30μm以下である。これは、一般的な民生用のリチウムイオン電池は、単位体積当たりのエネルギー量の向上を競っており、電極活物質層の塗膜厚さは厚くなる傾向にある一方、電極集電体や本発明のセパレータを有する電解質層はどんどん薄くする方向に進んでいる(如何に活物質を多く入れ、他の要素は取り除くかという方向に進んでいる)が、本発明では、これらを踏まえたうえで、更に異常時安全性を備えてなる電池を提供する観点から、発熱する電極活物質層の厚さを決定すればよい。   The coating thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and should be determined in consideration of the purpose of use of the battery (output importance, energy importance, etc.) and ion conductivity. The coating thickness of a general positive electrode active material layer is about 20 to 200 μm, and if it is within this range, it can be sufficiently used in the present invention, but the function of the positive electrode material of the present invention can be effectively expressed. Is preferably 30 μm or less. This is because general lithium-ion batteries for consumer use are competing to improve the amount of energy per unit volume, and the thickness of the electrode active material layer tends to increase. The electrolyte layer having the separator of the invention is progressing in the direction of thinning (how much more active material is added and other elements are removed), but in the present invention, these are taken into account. Furthermore, the thickness of the electrode active material layer that generates heat may be determined from the viewpoint of providing a battery having safety in an abnormal state.

[負極活物質層]
負極活物質層に関しては、負極材料活物質を含む。この他にも、電子伝導性を高めるための導電材、バインダ、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩(リチウム塩)、高分子ゲルないし固体電解質(ホストポリマー、電解液など)などが含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に上記「正極活物質層の構成材料」として既に説明した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer includes a negative electrode material active material. In addition, conductive materials for increasing electron conductivity, binders, electrolyte supporting salts (lithium salts) for increasing ion conductivity, polymer gels or solid electrolytes (host polymers, electrolytes, etc.), etc. obtain. Except for the type of the negative electrode active material, the content is basically the same as that already described as the “constituent material of the positive electrode active material layer”, and thus the description thereof is omitted here.

負極活物質としては、従来公知の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。具体的には、天然黒鉛、人造黒鉛、アモルファスカーボン、コークスおよびメソフェーズピッチ系炭素繊維、グラファイト、非晶質炭素であるハードカーボンなどの炭素材料から選ばれてなる少なくとも1種を主材料とする負極活物質を用いることが望ましいが、特に限定されない。この他にも金属酸化物(特に遷移金属酸化物、具体的にはチタン酸化物)、金属(特に遷移金属、具体的にはチタン)とリチウムとの複合酸化物などを用いることもできる。   As a negative electrode active material, the negative electrode active material used also in a conventionally well-known solution-type lithium ion battery can be used. Specifically, a negative electrode mainly composed of at least one selected from carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, amorphous carbon, coke and mesophase pitch carbon fiber, graphite, and hard carbon which is amorphous carbon. Although it is desirable to use an active material, it is not particularly limited. In addition, a metal oxide (particularly a transition metal oxide, specifically titanium oxide), a composite oxide of a metal (particularly a transition metal, specifically titanium) and lithium, or the like can also be used.

さらに、負極活物質層に含まれる電解質には、被膜形成材が含まれていてもよい。これにより、電池の充放電サイクルに伴う容量低下を抑制することができる。被膜形成材としては、特に限定されず、例えば、特開2000−123880号公報に記載されているような被膜形成材など従来公知のものを用いることができる。   Furthermore, the electrolyte contained in the negative electrode active material layer may contain a film forming material. Thereby, the capacity | capacitance fall accompanying the charging / discharging cycle of a battery can be suppressed. The film forming material is not particularly limited, and for example, a conventionally known material such as a film forming material described in JP-A-2000-123880 can be used.

負極活物質層の塗膜厚さは、特に限定するものではなく、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。一般的な負極活物質層の塗膜厚さは20〜200μm程度であり、この範囲であれば本発明でも十分に利用可能であるが、好ましくは30μm以下である。これは、一般的な民生用のリチウムイオン電池は、単位体積当たりのエネルギー量の向上を競っており、活物質層の塗膜厚さは厚くなる傾向にある一方、集電体や本発明のセパレータを有する電解質層はどんどん薄くする方向に進んでいる(如何に活物質を多く入れ、他の要素は取り除くかという方向に進んでいる)が、本発明では、これらを踏まえたうえで、更に異常時安全性を備えてなる電池を提供する観点から、発熱する電極活物質層の厚さを決定すればよい。   The coating thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited, and should be determined in consideration of the intended use of the battery (output importance, energy importance, etc.) and ion conductivity. The coating thickness of a general negative electrode active material layer is about 20 to 200 μm. If it is within this range, it can be sufficiently used in the present invention, but it is preferably 30 μm or less. This is because general consumer lithium-ion batteries are competing for an improvement in the amount of energy per unit volume, and the coating thickness of the active material layer tends to increase. The electrolyte layer having a separator is progressing in a direction to make it thinner and thinner (how much more active material is added and other elements are removed). The thickness of the electrode active material layer that generates heat may be determined from the viewpoint of providing a battery having safety at the time of abnormality.

[電解質層]
電解質層に関しては、本発明のセパレータを用いて形成されているものであれば、特に制限されるものではなく、その使用目的に応じて、イオン伝導性に優れる電解液含有セパレータを電解質層として用いることができるほか、ポリマー電解質と称される高分子ゲル電解質等をセパレータに含浸、塗布、スプレーなどして形成した電解質層も好適に利用することができる。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer is not particularly limited as long as it is formed using the separator of the present invention, and an electrolyte-containing separator having excellent ion conductivity is used as the electrolyte layer according to the purpose of use. In addition, an electrolyte layer formed by impregnating, applying, spraying, or the like with a polymer gel electrolyte called a polymer electrolyte in a separator can also be suitably used.

(a)電解液含有セパレータ
本発明のセパレータに染み込ませることのできる電解液としては、既に説明した本発明の「正極活物質層の構成材料」の項の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)と同様のものを用いることができるため、ここでの説明は省略するが、電解液の好適な1例を示せば、電解質として、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBOB、LiCFSOおよびLi(CFSOの少なくとも1種類を用い、溶媒として、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソランおよびγ−ブチルラクトンよりなるエーテル類から少なくとも1種類を用い、前記電解質を前記溶媒に溶解させることにより、電解質の濃度が0.5〜2モル/リットルに調整されているものであるが、本発明はこれらに何ら制限されるべきものではない。
(A) Electrolyte-containing separator As an electrolyte that can be soaked in the separator of the present invention, an electrolyte contained in the polymer gel electrolyte in the section of “Constituent material of positive electrode active material layer” of the present invention described above ( Electrolyte salts and plasticizers) can be used, and the description thereof will be omitted. However, if a suitable example of the electrolyte is shown, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 5 , LiBOB can be used as the electrolyte. , LiCF 3 SO 3 and Li (CF 3 SO 2 ) 2 , and the solvent is ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2- Dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,3-dioxo The concentration of the electrolyte is adjusted to 0.5 to 2 mol / liter by dissolving at least one kind of ethers consisting of styrene and γ-butyllactone and dissolving the electrolyte in the solvent. The present invention should not be limited to these.

上記セパレータとしては、既に説明した「本発明のセパレータ」を用いるものであるため、ここでの説明は省略する。   Since the above-described “separator of the present invention” is used as the separator, description thereof is omitted here.

ただし、セパレータを複数枚重ねて使用する場合には、本発明の作用効果を損なわない範囲内であれば、本発明のセパレートと従来公知のPEやPPなどのセパレータとを重ねて利用してもよい。例えば、上記電解液を吸収保持する本発明のセパレータと、電解液を吸収保持するポリマーからなる多孔性シート(例えば、ポリオレフィン系微多孔質セパレータなど)や既存の不織布セパレータなどを併用することもできる。有機溶媒に対して化学的に安定であるという性質を持つ上記ポリオレフィン系微多孔質セパレータは、電解質(電解液)との反応性を低く抑えることができるという優れた効果を有するためである。上記ポリオレフィン系微多孔質セパレータなどの多孔性シートの材質としては、例えば、PE、PP、PP/PE/PPの3層構造をした積層体などが挙げられる。既存の不織布セパレータの材質としては、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィンなど従来公知のものを用いることができる。   However, when a plurality of separators are used in a stacked manner, the separator of the present invention and a conventionally known separator such as PE or PP may be used in a stacked manner as long as the effects of the present invention are not impaired. Good. For example, the separator of the present invention that absorbs and holds the electrolytic solution may be used in combination with a porous sheet made of a polymer that absorbs and holds the electrolytic solution (for example, a polyolefin microporous separator) or an existing nonwoven fabric separator. . This is because the polyolefin microporous separator having the property of being chemically stable with respect to the organic solvent has an excellent effect that the reactivity with the electrolyte (electrolytic solution) can be kept low. Examples of the material of the porous sheet such as the polyolefin-based microporous separator include a laminate having a three-layer structure of PE, PP, and PP / PE / PP. As a material of the existing nonwoven fabric separator, conventionally known materials such as polyolefin such as cotton, rayon, acetate, nylon, polyester, polypropylene, and polyethylene can be used.

上記セパレータに含浸などにより保持させる電解液量は、セパレータの保液能力範囲まで含浸、塗布などさせればよいが、当該保液能力範囲を超えて含浸させてもよい。これは、例えば、バイポーラ電池の場合、電解質シール部に樹脂を注入して電解質層からの電解液の染み出しを防止できるため、該電解質層のセパレータに保液できる範囲であれば含浸可能である。同様に、非バイポーラ電池の場合、電池要素を電池外装材に封入して電池外装材内部からの電解液の染み出しを防止できるため、該電池外装材内部に保液できる範囲であれば含浸可能である。該電解液は、真空注液法などにより注液した後、完全にシールすることができるなど、従来公知の方法でセパレータに電解液を含浸させることができる。   The amount of the electrolytic solution retained by impregnation or the like in the separator may be impregnated or applied to the separator's liquid retention capacity range, but may be impregnated beyond the liquid retention capacity range. For example, in the case of a bipolar battery, resin can be injected into the electrolyte seal portion to prevent the electrolyte solution from leaking out from the electrolyte layer. Therefore, the bipolar battery can be impregnated as long as it can be retained in the separator of the electrolyte layer. . Similarly, in the case of a non-bipolar battery, the battery element can be enclosed in the battery outer packaging material to prevent the electrolyte from leaking out from the inside of the battery outer packaging material. It is. The electrolyte can be impregnated in the separator by a conventionally known method, for example, the electrolyte can be completely sealed after being injected by a vacuum injection method or the like.

(b)ゲル電解質層
本発明のゲル電解質層では、本発明のセパレータに高分子ゲル電解質を含浸、塗布などにより保持させてなるものである。
(B) Gel electrolyte layer In the gel electrolyte layer of the present invention, the separator of the present invention is impregnated with a polymer gel electrolyte and applied or the like.

高分子ゲル電解質としては、既に説明した本発明の「正極活物質層の構成材料」の項の高分子ゲル電解質と同様のものを用いることができるため、ここでの説明は省略する。   As the polymer gel electrolyte, the same polymer gel electrolyte as that already described in the section “Constituent material of positive electrode active material layer” of the present invention can be used, and the description thereof is omitted here.

また、高分子ゲル電解質は、電解質層のほか、正極活物質層、負極活物質層にも含まれ得るが、その際には、同一の高分子ゲル電解質を使用してもよく、層によって異なる高分子ゲル電解質を用いてもよい。   In addition to the electrolyte layer, the polymer gel electrolyte can be included in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. In this case, the same polymer gel electrolyte may be used, and differs depending on the layer. A polymer gel electrolyte may be used.

ところで、現在好ましく使用される高分子ゲル電解質用のホストポリマーは、PEO、PPOのようなポリエーテル系高分子である。このため、高温条件下における正極側での耐酸化性が弱い。従って、酸化還元電位の高い正極材料を使用する場合には、負極活物質層の容量が、高分子ゲル電解質層を介して対向する正極活物質層の容量より少ないことが好ましい。負極活物質層の容量が対向する正極活物質層の容量より少ないと、充電末期に正極電位が上がり過ぎることを防止できる。ここでいう正極活物質層および負極活物質層の容量は、正極活物質層および負極活物質層を製造する際の理論容量として、製造条件から求めることができる。完成品の容量を測定装置で直接測定してもよい。ただし、負極活物質層の容量を対向する正極活物質層の容量と比べて少ないと、負極電位が下がりすぎて電池の耐久性が損なわれる恐れがあるので充放電電圧に注意する必要がある。例えば、一のセル(単電池層)の平均充電電圧を使用する正極活物質の酸化還元電位に対して適切な値に設定して、耐久性が低下しないように注意する。   By the way, a host polymer for a polymer gel electrolyte that is preferably used at present is a polyether polymer such as PEO and PPO. For this reason, the oxidation resistance on the positive electrode side under high temperature conditions is weak. Therefore, when a positive electrode material having a high redox potential is used, the capacity of the negative electrode active material layer is preferably smaller than the capacity of the positive electrode active material layer facing through the polymer gel electrolyte layer. When the capacity of the negative electrode active material layer is smaller than the capacity of the positive electrode active material layer facing, it is possible to prevent the positive electrode potential from being excessively increased at the end of charging. The capacity | capacitance of a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer here can be calculated | required from manufacturing conditions as theoretical capacity | capacitance at the time of manufacturing a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer. You may measure the capacity | capacitance of a finished product directly with a measuring device. However, if the capacity of the negative electrode active material layer is smaller than the capacity of the opposing positive electrode active material layer, the negative electrode potential may be lowered too much and the durability of the battery may be impaired, so it is necessary to pay attention to the charge / discharge voltage. For example, care should be taken not to lower the durability by setting the average charge voltage of one cell (single cell layer) to an appropriate value for the oxidation-reduction potential of the positive electrode active material.

電池を構成する電解質層の厚さは、特に限定するものではないが、基本的には本発明のセパレータの厚さと略同等かあるいは若干厚い程度であり、通常5〜30μm程度であれば使用可能である。コンパクトな電池を得るためには、電解質層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く、セパレータと同様に薄膜化して電池出力の向上に寄与するためには、電解質層の厚さは、15μm以下、好ましくは5〜10μmである。   The thickness of the electrolyte layer constituting the battery is not particularly limited, but is basically about the same as or slightly thicker than the thickness of the separator of the present invention. It is. In order to obtain a compact battery, it is preferable to make it as thin as possible as long as the function as an electrolyte layer can be ensured, and in order to contribute to the improvement of battery output by reducing the thickness as in the case of the separator, the thickness of the electrolyte layer is 15 μm or less, preferably 5 to 10 μm.

尚、本発明では、上記電解質層の電解液中には、本発明の作用効果を損なわない範囲内であれば、従来公知の各種添加剤を含有していてもよい。   In the present invention, the electrolyte solution of the electrolyte layer may contain various conventionally known additives as long as the effects of the present invention are not impaired.

[絶縁層]
絶縁層は、主にバイポーラ型電池の場合に用いられる。この絶縁層は、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こるのを防止する目的で、各電極の周囲に形成されてなるものである。本発明では、必要に応じて、電極の周囲に絶縁層を設けてもよい。これは、車両駆動用ないし補助用電源として利用するような場合には、電解液による短絡(液落)を完全に防止する必要がある。さらに、電池への振動や衝撃が長期にわたり負荷される。そのため、電池寿命の長期化の観点からは、絶縁層を設置することがより長期間の信頼性、安全性を確保する上で望ましく、高品質の大容量電源を提供できる点で望ましいためである。
[Insulation layer]
The insulating layer is mainly used in the case of a bipolar battery. This insulating layer is formed around each electrode for the purpose of preventing adjacent collectors in the battery from contacting each other and short-circuiting due to slight unevenness at the end of the laminated electrode. It is. In this invention, you may provide an insulating layer around an electrode as needed. When this is used as a vehicle driving or auxiliary power source, it is necessary to completely prevent a short circuit (liquid drop) due to the electrolytic solution. Furthermore, vibrations and impacts on the battery are loaded for a long time. Therefore, from the viewpoint of prolonging battery life, it is desirable to install an insulating layer in order to ensure longer-term reliability and safety, and to provide a high-quality, large-capacity power supply. .

該絶縁層としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよく、例えば、エポキシ樹脂、ゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドなどが使用できるが、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点からは、エポキシ樹脂が好ましい。   As the insulating layer, any insulating layer may be used as long as it has insulating properties, sealing performance against falling off of the solid electrolyte, sealing performance against moisture permeation from the outside (sealing performance), heat resistance under battery operating temperature, etc. Epoxy resin, rubber, polyethylene, polypropylene, polyimide and the like can be used, but epoxy resin is preferable from the viewpoint of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming property), economy and the like.

[正極および負極端子板]
正極および負極端子板は、必要に応じて使用すればよい。例えば、バイポーラ型のリチウムイオン電池の場合では、積層(ないし巻回)構造によっては、最外部の集電体から電極端子を直接取り出しても良く、この場合には正極および負極端子板は用いなくとも良い。
[Positive electrode and negative electrode terminal plate]
The positive electrode and the negative electrode terminal plate may be used as necessary. For example, in the case of a bipolar lithium ion battery, depending on the laminated (or wound) structure, the electrode terminal may be directly taken out from the outermost current collector. In this case, the positive electrode and the negative electrode terminal plate are not used. Good.

正極および負極端子板を用いる場合には、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、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。   When using positive and negative terminal plates, in addition to having a function as a terminal, it is better to be as thin as possible from the viewpoint of thinning, but the laminated electrode, electrolyte and current collector all have mechanical strength. Since it is weak, it is desirable to have strength to sandwich and support these 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.

正極および負極端子板の材質は、従来公知の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。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金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。   As materials for the positive electrode and the negative electrode terminal plate, materials used in a conventionally known lithium ion battery 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.

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。   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.

[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、従来公知のリチウムイオン電池で用いられるリードと同様のもの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、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆しておくのが好ましい。
[Positive electrode and negative electrode lead]
Regarding the positive electrode and the negative electrode lead, the same lead as that used in a conventionally known lithium ion battery can be used. In addition, the part taken out from the battery exterior material (battery case) does not affect the product (for example, automobile parts, especially electronic devices, etc.) by contacting with peripheral devices or wiring and leaking electricity. It is preferable to coat with a heat-resistant insulating heat-shrinkable tube or the like.

[電池外装材(電池ケース)]
リチウムイオン電池では、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、電池の発電要素である電池積層体ないし電池巻回体全体(図4、5参照のこと)を電池外装材ないし電池ケースに収容するのが望ましい。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)の両面をポリプロピレンフィルム等の絶縁体(好ましく耐熱性の絶縁体)で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムなど、従来公知の電池外装材を用いて、その周辺部の一部または全部を熱融着にて接合することにより、電池積層体を収納し密封した構成とするのが好ましい。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材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。高分子−金属複合ラミネートフィルムとしては、特に制限されるべきものではなく、高分子フィルム間に金属フィルムを配置し全体を積層一体化してなる従来公知のものを使用することができる。具体例としては、例えば、高分子フィルムからなる外装保護層(ラミネート最外層)、金属フィルム層、高分子フィルムからなる熱融着層(ラミネート最内層)のように配置し全体を積層一体化してなるものが挙げられる。詳しくは、外装材に用いられる高分子−金属複合ラミネートフィルムは、上記金属フィルムの両面に、高分子フィルムとして、まず耐熱絶縁樹脂フィルムを形成し、少なくとも片面側の耐熱絶縁樹脂フィルム上に熱融着絶縁性フィルムが積層されたものである。かかるラミネートフィルムは、適当な方法にて熱融着させることにより、熱融着絶縁性フィルム部分が融着して接合し熱融着部が形成される。上記金属フィルムとしては、アルミニウムフィルム等が例示できる。また、上記絶縁性樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテトラフタレートフィルム(耐熱絶縁性フィルム)、ナイロンフィルム(耐熱絶縁性フィルム)、ポリエチレンフィルム(熱融着絶縁性フィルム)、ポリプロピレンフィルム(熱融着絶縁性フィルム)等が例示できる。ただし、本発明の外装材は、これらに制限されるべきものではない。こうしたラミネートフィルムでは、超音波溶着等により熱融着絶縁性フィルムを利用して1対ないし1枚(袋状)のラミネートフィルムの熱融着による接合を、容易かつ確実に行うことができる。なお、電池の長期信頼性を最大限高めるためには、ラミネートシートの構成要素である金属フィルム同士を直接接合してもよい。金属フィルム間にある熱融着性樹脂を除去もしくは破壊して金属フィルム同士を接合するには超音波溶着を用いることができる。
[Battery exterior material (battery case)]
In a lithium ion battery, in order to prevent external impact and environmental degradation during use, the battery stack or the entire battery wound body (see FIGS. 4 and 5), which is a power generation element of the battery, is used as a battery exterior material. Or it is desirable to accommodate in a battery case. From the viewpoint of weight reduction, a polymer-metal composite laminate film in which both surfaces of metals (including alloys) such as aluminum, stainless steel, nickel, and copper are covered with an insulator (preferably a heat-resistant insulator) such as a polypropylene film. It is preferable that the battery stack is housed and sealed by joining a part or all of the peripheral part thereof by heat fusion using a conventionally known battery exterior material. In this case, the positive electrode and the negative electrode lead may be structured to be sandwiched between the heat-sealed portions and exposed to the outside of the battery exterior material. In addition, it is preferable to use a polymer-metal composite laminate film having excellent thermal conductivity because heat can be efficiently transmitted from a heat source of an automobile and the inside of the battery can be quickly heated to the battery operating temperature. The polymer-metal composite laminate film is not particularly limited, and a conventionally known film in which a metal film is disposed between polymer films and the whole is laminated and integrated can be used. As specific examples, for example, an outer protective layer made of a polymer film (laminate outermost layer), a metal film layer, a heat-sealing layer made of a polymer film (laminate innermost layer), and the whole is laminated and integrated. The thing which becomes. Specifically, in the polymer-metal composite laminate film used for the exterior material, a heat-resistant insulating resin film is first formed as a polymer film on both surfaces of the metal film, and heat fusion is performed on at least one heat-resistant insulating resin film. An insulating insulating film is laminated. Such a laminate film is heat-sealed by an appropriate method, whereby the heat-welding insulating film portion is fused and joined to form a heat-sealing portion. An example of the metal film is an aluminum film. Moreover, as said insulating resin film, a polyethylene tetraphthalate film (heat-resistant insulating film), a nylon film (heat-resistant insulating film), a polyethylene film (heat-bonding insulating film), a polypropylene film (heat-bonding insulating film) ) Etc. can be illustrated. However, the exterior material of the present invention should not be limited to these. In such a laminate film, it is possible to easily and surely join one to one (bag-like) laminate films by heat fusion using a heat fusion insulating film by ultrasonic welding or the like. In order to maximize the long-term reliability of the battery, metal films that are constituent elements of the laminate sheet may be directly joined. Ultrasonic welding can be used to join the metal films by removing or destroying the heat-fusible resin between the metal films.

次に、本発明の電池の用途としては、異常発熱時であってもその安全性が求められる用途に幅広く利用可能である。例えば、服ポケットや鞄等に入れて持ち歩くなど、比較的身近に所持することが多いことからその安全性が求められる携帯電話や携帯パソコンなどの携帯電子機器用電源として好適に利用することができる。更に、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)や燃料電池自動車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高エネルギー密度、高出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。この場合には、本発明の非バイポーラまたはバイポーラ型のリチウムイオン二次電池を複数個接続して構成した組電池とすることが望ましい。すなわち、本発明では、上記リチウムイオン電池を複数個、並列接続または直列接続または並列−直列接続または直列−並列接続の少なくとも一つを用いて組電池(車両用サブモジュール)とすることができる。これにより、種々の車両用ごとの容量・電圧の要望を基本の電池の組み合わせで対応が可能になる。その結果、必要エネルギー、出力の設計選択性を容易にすることが可能になる。そのため種々の車両用ごとに異なる電池を設計、生産する必要がなく、基本となる電池の大量生産が可能となり、量産化によるコスト削減が可能となる。以下に、当該組電池(車両用サブモジュール)の代表的な実施形態につき、図面を用いて簡単に説明する。   Next, the battery of the present invention can be widely used for applications that require safety even when abnormal heat is generated. For example, it can be suitably used as a power source for portable electronic devices such as mobile phones and portable personal computers that are required to be safe because they are often carried around, such as being carried in clothes pockets or bags. . Furthermore, as a large capacity power source for electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), fuel cell vehicles, hybrid fuel cell vehicles, etc., it is suitable for vehicle driving power sources and auxiliary power sources that require high energy density and high output density. Can be used. In this case, it is desirable that the assembled battery is constructed by connecting a plurality of non-bipolar or bipolar lithium ion secondary batteries of the present invention. In other words, in the present invention, a plurality of the lithium ion batteries can be formed into an assembled battery (vehicle submodule) using at least one of a plurality of the lithium ion batteries in parallel connection, series connection, parallel-series connection, or series-parallel connection. This makes it possible to meet the demands for capacity and voltage for various types of vehicles by combining basic batteries. As a result, it becomes possible to facilitate the design selectivity of required energy and output. For this reason, it is not necessary to design and produce different batteries for various vehicles, and it becomes possible to mass-produce basic batteries and to reduce costs by mass production. Hereinafter, a representative embodiment of the assembled battery (vehicle submodule) will be briefly described with reference to the drawings.

図6に本発明のバイポーラ電池(24V、50mAh)を2直20並に接続した組電池(42V1Ah)の模式図を示す。並列部分のタブは銅のバスバー56、58で接続し、直列部分はタブ48、49同士を振動溶着して接続した。直列部分の端部を端子62、64に接続して、正負の端子を構成している。電池の両側には、バイポーラ電池41の各層の電圧を検知する検知タブ60を取り出し、それらの検知線53を組電池51の前部に取り出している。詳しくは、図6に示す組電池51を形成するには、バイポーラ電池41を5枚並列にバスバー56で接続し、5枚並列にしたバイポーラ電池41をさらに電極タブ同士を接続して2枚直列にし、これらを4層積層して並列にバスバー58で接続して金属製の組電池ケース55に収納する。このように、バイポーラ電池41を任意の個数直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応できる組電池51を提供することができる。該組電池51には、正極端子62、負極端子64が金属製の組電池ケース55の側面前部に形成されており、電池を直並列に接続後、例えば、各バスバー56と各正極端子62、負極端子64とが端子リード59で接続されている。また、該組電池51には、電池電圧(各単電池層、更にはバイポーラ電池の端子間電圧)を監視するために検知タブ端子54が金属製の組電池ケース55の正極端子62及び負極端子64が設けられている側面前部に設置されている。そして、各バイポーラ電池41の電圧検知タブ60が全て検知線53を介して検知タブ端子54に接続されている。また、組電池ケース55の底部には、外部弾性体52が取り付けられており、組電池51を複数積層して複合組電池を形成するような場合に、組電池51間距離を保ち、防振性、耐衝撃性、絶縁性、放熱性などを向上することができる。   FIG. 6 shows a schematic diagram of an assembled battery (42V1Ah) in which the bipolar battery (24V, 50 mAh) of the present invention is connected in two lines and 20 lines. The tabs in the parallel part were connected by copper bus bars 56 and 58, and the serial part was connected by vibration welding the tabs 48 and 49 together. The ends of the series part are connected to the terminals 62 and 64 to constitute positive and negative terminals. On both sides of the battery, detection tabs 60 for detecting the voltage of each layer of the bipolar battery 41 are taken out, and their detection lines 53 are taken out to the front part of the assembled battery 51. Specifically, in order to form the assembled battery 51 shown in FIG. 6, five bipolar batteries 41 are connected in parallel by the bus bar 56, and two bipolar batteries 41 connected in parallel are connected to each other by electrode tabs in series. These are stacked in four layers and connected in parallel by a bus bar 58 and housed in a metal assembled battery case 55. In this way, by connecting an arbitrary number of bipolar batteries 41 in series and parallel, an assembled battery 51 that can handle a desired current, voltage, and capacity can be provided. In the assembled battery 51, a positive electrode terminal 62 and a negative electrode terminal 64 are formed at the front side of the metal assembled battery case 55. After connecting the batteries in series and parallel, for example, each bus bar 56 and each positive electrode terminal 62. The negative terminal 64 is connected to the terminal lead 59. Further, the assembled battery 51 includes a positive electrode terminal 62 and a negative electrode terminal of a metal assembled battery case 55 for detecting the battery voltage (each cell layer, and further the voltage between terminals of the bipolar battery). 64 is installed at the front of the side surface. All the voltage detection tabs 60 of each bipolar battery 41 are connected to the detection tab terminal 54 via the detection line 53. In addition, an external elastic body 52 is attached to the bottom of the assembled battery case 55, and when a plurality of assembled batteries 51 are stacked to form a composite assembled battery, the distance between the assembled batteries 51 is maintained to prevent vibration. , Impact resistance, insulation, heat dissipation, etc. can be improved.

また、この組電池51には、使用用途に応じて、上記検知タブ端子54以外にも各種計測機器や制御機器類を設けてもよい。さらにバイポーラ電池1の電極タブ(48、49)同士や検知タブ60と検知線53とを連結するためには、超音波溶接、熱溶接、レーザ溶接または電子ビーム溶接により、または、リベットのようなバスバー56、58を用いて、またはカシメの手法を用いて、連結するようにしてもよい。さらにバスバー56、58と端子リード59等とを連結するためにも、超音波溶接、熱溶接、レーザ溶接または電子ビーム溶接を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。   In addition to the detection tab terminal 54, the assembled battery 51 may be provided with various measuring devices and control devices depending on the usage. Furthermore, in order to connect the electrode tabs (48, 49) of the bipolar battery 1 or the detection tab 60 and the detection line 53, ultrasonic welding, heat welding, laser welding, electron beam welding, or a rivet is used. You may make it connect using the bus-bars 56 and 58, or using the crimping method. Furthermore, in order to connect the bus bars 56, 58 and the terminal leads 59, etc., ultrasonic welding, heat welding, laser welding, or electron beam welding may be used.

上記外部弾性体52にも、本発明の電池で用いた樹脂群と同様の材料を用いることができるが、これらに制限されるものではない。   The external elastic body 52 may be made of the same material as that of the resin group used in the battery of the present invention, but is not limited thereto.

また、本発明の組電池では、本発明のバイポーラ電池と、該バイポーラ電池と正負極電極材料を同一とし該バイポーラ電池の構成単位数を直列することにより電圧を同一にした本発明の非バイポーラ電池とを並列に接続したものであってもよい。すなわち、組電池を形成する電池は、本発明のバイポーラ電池と非バイポーラ電池(但し、全ての電池が必ずしも本発明の電池でなくともよい)とを混在させても良い。これにより、出力重視のバイポーラ電池と、エネルギー重視のバイポーラ型でない電池の組み合わせでお互いの弱点を補う組電池ができ、組電池の重量・サイズを小さくすることができる。それぞれのバイポーラ電池とバイポーラ型でない電池をどの程度の割合で混在させるかは、組電池として要求される安全性能、出力性能に応じて決める。   In addition, the assembled battery of the present invention includes the bipolar battery of the present invention and the non-bipolar battery of the present invention in which the bipolar battery and the positive and negative electrode materials are the same and the voltage is the same by serially arranging the number of constituent units of the bipolar battery. May be connected in parallel. That is, the battery forming the assembled battery may be a mixture of the bipolar battery of the present invention and the non-bipolar battery (however, not all the batteries need to be the battery of the present invention). As a result, an assembled battery that compensates for each other's weaknesses by combining a bipolar battery that focuses on output and a non-bipolar battery that focuses on energy can be achieved, and the weight and size of the assembled battery can be reduced. The proportion of each bipolar battery and non-bipolar battery to be mixed is determined according to the safety performance and output performance required for the assembled battery.

また、図7にバイポーラ電池A(42V、50mAh)と非バイポーラ電池B(4.2V、1Ah)10直(42V)を並列に連結した組電池を示す。非バイポーラ電池Bとバイポーラ電池Aは電圧が等しくなり、その部分で並列接続を形成している。この組電池51’は、出力の分担をバイポーラ電池Aが有し、エネルギーの分担を非バイポーラ電池Bが有する構造である。これは、出力とエネルギーを両立することが困難な組電池において、非常に有効な手段である。この組電池51’でも、並列部分及び図の横方向に隣り合う非バイポーラ電池B間を直列接続する部分のタブは銅のバスバー56で接続し、図の縦方向に隣り合う非バイポーラ電池B間を直列接続する部分はタブ39、40同士を振動溶着して接続した。非バイポーラ電池Bとバイポーラ電池Aを並列接続している部分の端部を端子62、64に接続して、正負の端子を構成している。バイポーラ電池Aの両側には、バイポーラ電池Aの各層の電圧を検知する検知タブ60を取り出し、それらの検知線(図示せず)を組電池51’の前部に取り出している以外は、図6の組電池51と同様であるので、同じ部材には同じ符号を付した。詳しくは、図7に示す組電池51’を形成するには、バイポーラ型でない電池B10枚を端から順番にバスバー56および振動溶着して直列に接続した。さらに、バイポーラ電池Aと直列接続された両端の非バイポーラ電池Bとをそれぞれバスバー56で並列に接続して金属製の組電池ケース55に収納する。このように、バイポーラ電池Aを任意の個数直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応できる組電池51’を提供することができる。該組電池50’にも、正極端子62、負極端子64が金属製の組電池ケース55の側面前部に形成されており、電池A、Bを直並列に接続後、例えば、各バスバー56と各正極端子62、負極端子64とが端子リード59で接続されている。また、該組電池51’には、電池電圧(バイポーラ電池Aの各単電池層、更にはバイポーラ電池A及びバイポーラ型でない電池Bの端子間電圧)を監視するために検知タブ端子54が金属製の組電池ケース55の正極端子62及び負極端子64が設けられている側面前部に設置されている。そして、各バイポーラ電池A(更には非バイポーラ電池B)の検知タブ60が全て検知線(図示せず)を介して検知タブ端子54に接続されている。また、組電池ケース55の低部には、外部弾性体52が取り付けられており、組電池51’を複数積層して複合組電池を形成するような場合に、組電池51’間距離を保ち、防振性、耐衝撃性、絶縁性、放熱性などを向上することができる。   FIG. 7 shows an assembled battery in which a bipolar battery A (42 V, 50 mAh) and a non-bipolar battery B (4.2 V, 1 Ah) 10 series (42 V) are connected in parallel. The non-bipolar battery B and the bipolar battery A have the same voltage, and a parallel connection is formed at that portion. The assembled battery 51 ′ has a structure in which the bipolar battery A has an output sharing and the non-bipolar battery B has an energy sharing. This is a very effective means in an assembled battery in which it is difficult to achieve both output and energy. Also in this assembled battery 51 ', the tabs of the parallel portion and the non-bipolar battery B adjacent in the horizontal direction in the figure are connected by the copper bus bar 56, and the non-bipolar battery B adjacent in the vertical direction in the figure is connected. The portions connected in series were connected by vibration welding the tabs 39 and 40 together. The ends of the portions where the non-bipolar battery B and the bipolar battery A are connected in parallel are connected to the terminals 62 and 64 to constitute positive and negative terminals. A detection tab 60 for detecting the voltage of each layer of the bipolar battery A is taken out on both sides of the bipolar battery A, and the detection lines (not shown) are taken out at the front part of the assembled battery 51 ′. Therefore, the same members are denoted by the same reference numerals. In detail, in order to form the assembled battery 51 ′ shown in FIG. 7, 10 non-bipolar batteries B were sequentially connected from the end to the bus bar 56 and connected in series. Further, the bipolar battery A and the non-bipolar battery B at both ends connected in series are connected in parallel by the bus bar 56 and housed in a metal battery case 55. In this way, by connecting an arbitrary number of bipolar batteries A in series and parallel, an assembled battery 51 ′ that can handle a desired current, voltage, and capacity can be provided. The assembled battery 50 ′ also has a positive electrode terminal 62 and a negative electrode terminal 64 formed on the front side of the metal assembled battery case 55. After connecting the batteries A and B in series and parallel, for example, Each positive terminal 62 and negative terminal 64 are connected by a terminal lead 59. Further, the assembled battery 51 'has a detection tab terminal 54 made of metal for monitoring battery voltage (voltage of each single battery layer of the bipolar battery A, and voltage between terminals of the bipolar battery A and the non-bipolar battery B). The assembled battery case 55 is installed at the front side of the side surface where the positive electrode terminal 62 and the negative electrode terminal 64 are provided. And all the detection tabs 60 of each bipolar battery A (and non-bipolar battery B) are connected to the detection tab terminal 54 via a detection line (not shown). In addition, an external elastic body 52 is attached to the lower part of the assembled battery case 55, and when a composite assembled battery is formed by stacking a plurality of assembled batteries 51 ′, the distance between the assembled batteries 51 ′ is maintained. In addition, vibration resistance, impact resistance, insulation, heat dissipation, and the like can be improved.

また本発明の組電池では、更に上記のバイポーラ電池を直並列接続して第1組電池ユニットを形成するとともに、この第1組電池ユニットの端子間電圧と電圧を同一にするバイポーラ電池以外の非バイポーラ電池が直並列接続されてなる第2組電池ユニットを形成し、この第1組電池ユニットと第2組電池ユニットを並列接続することによって組電池としても良いなど、特に制限されるものではない。   In the assembled battery of the present invention, the above-described bipolar battery is further connected in series and parallel to form a first assembled battery unit, and the voltage between the terminals of the first assembled battery unit is the same as that of the non-bipolar battery other than the bipolar battery. There is no particular limitation such as forming a second assembled battery unit in which bipolar batteries are connected in series and parallel, and connecting the first assembled battery unit and the second assembled battery unit in parallel to form an assembled battery. .

なお、組電池の他の構成要件に関しては、何ら制限されるべきものではなく、既存の非バイポーラ電池を用いた組電池の構成要件と同様のものが適宜適用することができるものであり、従来公知の組電池用の構成部材および製造技術が利用できるため、ここでの説明は省略する。   The other structural requirements of the assembled battery are not limited at all, and the same structural requirements as those of the assembled battery using the existing non-bipolar battery can be applied as appropriate. Since publicly known components and manufacturing techniques for assembled batteries can be used, description thereof is omitted here.

次に、上記の組電池(車両用サブモジュール)を少なくとも2以上直列、並列、または直列と並列の複合接続した複合組電池(車両用組電池)とすることで、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、新たに組電池を作製することなく、比較的安価に対応することが可能になる。すなわち、本発明の複合組電池は、組電池(本発明のバイポーラ電池ないし非バイポーラ電池だけで構成したもの、本発明以外のバイポーラ電池や非バイポーラ電池を組み合わせて構成したものなど)を少なくとも2以上直列、並列、または直列と並列の複合接続したことを特徴とするものであり、基準の組電池を製造し、それを組み合わせて複合組電池とすることで、組電池の仕様をチューニングできる。これにより、仕様の異なる沢山の組電池種を製造しなくてよいため、複合組電池コストを減少することができる。   Next, at least two or more of the above-mentioned assembled batteries (vehicle submodules) are combined in series, parallel, or in series and parallel to form a combined battery (vehicle assembled battery). It is possible to meet the demand for output relatively inexpensively without producing a new assembled battery. That is, the composite assembled battery of the present invention includes at least two or more assembled batteries (such as those composed only of the bipolar battery or non-bipolar battery of the present invention, or those composed of combinations of bipolar batteries or non-bipolar batteries other than the present invention). It is characterized in that it is connected in series, in parallel, or in series and parallel, and the specification of the assembled battery can be tuned by manufacturing a standard assembled battery and combining it into a composite assembled battery. Thereby, since it is not necessary to manufacture many assembled battery types with different specifications, the composite assembled battery cost can be reduced.

複合組電池としては、例えば、図6に記載のバイポーラ電池を用いた組電池(42V、1Ah)6並に接続した複合組電池(42V、6Ah)の模式図が図8である。複合組電池を構成する各組電池は連結版と固定ねじにより一体化し、組電池の間に弾性体を設置して防振構造を形成している。また、組電池のタブは板状のバスバーで連結している。すなわち、図8に示したように、上記の組電池51を6組並列に接続して複合組電池70とするには、各組電池ケース55の蓋体に設けられた組電池51のタブ(正極端子62および負極端子64)を、板状のバスバーである外部正極端子部、外部負極端子部を有する組電池正極端子連結板72、組電池負極端子連結板74を用いてそれぞれ電気的に接続する。また、各組電池ケース55の両側面に設けられた各ネジ孔部(図示せず)に、該固定ネジ孔部に対応する開口部を有する連結板76を固定ネジ77で固定し、各組電池51同士を連結する。また、各組電池51の正極端子62および負極端子64は、それぞれ正極および負極絶縁カバーにより保護され、適当な色、例えば、赤色と青色に色分けすることで識別されている。また、組電池51の間、詳しくは組電池ケース55の底部に外部弾性体52を設置して防振構造を形成している。   As the composite battery pack, for example, FIG. 8 is a schematic diagram of the composite battery pack (42V, 6Ah) connected in parallel with the battery pack (42V, 1Ah) 6 using the bipolar battery shown in FIG. Each assembled battery constituting the composite assembled battery is integrated by a connecting plate and a fixing screw, and an anti-vibration structure is formed by installing an elastic body between the assembled batteries. The tabs of the assembled battery are connected by a plate-like bus bar. That is, as shown in FIG. 8, in order to connect the above assembled batteries 51 in parallel to form a composite assembled battery 70, the tabs of the assembled batteries 51 provided on the lid of each assembled battery case 55 ( The positive electrode terminal 62 and the negative electrode terminal 64) are electrically connected using an external positive electrode terminal portion that is a plate-shaped bus bar, an assembled battery positive electrode terminal connecting plate 72 having an external negative electrode terminal portion, and an assembled battery negative electrode terminal connecting plate 74, respectively. To do. Further, a connecting plate 76 having an opening corresponding to the fixing screw hole is fixed to each screw hole (not shown) provided on both side surfaces of each assembled battery case 55 with a fixing screw 77, and The batteries 51 are connected to each other. Moreover, the positive electrode terminal 62 and the negative electrode terminal 64 of each assembled battery 51 are protected by a positive electrode and a negative electrode insulating cover, respectively, and are identified by color-coding into appropriate colors, for example, red and blue. Further, an anti-vibration structure is formed by installing an external elastic body 52 between the assembled batteries 51, specifically, at the bottom of the assembled battery case 55.

また、上記複合組電池では、これを構成する複数の組電池をそれぞれ脱着可能に接続しておくのが望ましい。このように、組電池を複数直並列接続されてなる複合組電池では、一部の電池、組電池が故障しても、その故障部分を交換するだけで修理が可能となるためである。   Moreover, in the said composite assembled battery, it is desirable to connect the some assembled battery which comprises this so that attachment or detachment is possible respectively. As described above, in the composite assembled battery in which a plurality of assembled batteries are connected in series and parallel, even if some of the batteries and the assembled battery fail, the repair can be performed only by replacing the failed part.

また、本発明の車両は、上記組電池および/または上記複合組電池を搭載することを特徴とするものである。これにより、軽く小さい電池にすることでスペース要望の大きな車両要望に合致できる。電池のスペースを小さくすることで、車両の軽量化も達成できる。   The vehicle according to the present invention is characterized in that the assembled battery and / or the composite assembled battery is mounted. This makes it possible to meet a large vehicle demand for space by using a light and small battery. By reducing the battery space, the weight of the vehicle can be reduced.

図9に示したように、複合組電池70を、車両(例えば、電気自動車等)に搭載するには、電気自動車80の車体中央部の座席(シート)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、電池を搭載する場所は、座席下に限らず、車両の床下、シートバック裏、後部トランクルームの下部でも良いし、車両前方のエンジンルームでも良い。   As shown in FIG. 9, in order to mount the composite battery pack 70 on a vehicle (for example, an electric vehicle or the like), the composite assembled battery 70 is mounted under a seat (seat) at the center of the vehicle body of the electric vehicle 80. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the battery is mounted is not limited to under the seat, but may be under the floor of the vehicle, behind the seat back, under the rear trunk room, or in the engine room in front of the vehicle.

なお、本発明では、複合組電池だけではなく、使用用途によっては、組電池を車両に搭載するようにしてもよいし、これら複合組電池と組電池を組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明の複合組電池または組電池を駆動用電源や補助電源として搭載することのできる車両としては、上記の電気自動車、燃料電池自動車やこれらのハイブリッド車が好ましいが、これらに制限されるものではない。また、本発明の組電池および/または複合組電池を、例えば、駆動用電源や補助電源等として搭載することのできる車両としては、ハイブリッド車(ガソリンエンジンと本発明の組電池および/または複合組電池とをハイブリッド化したもの)、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車、ハイブリッド燃料電池自動車等が好ましいが、これらに制限されるものではない。   In the present invention, not only the composite battery pack but also the battery pack may be mounted on the vehicle depending on the intended use, or the composite battery pack and the battery pack may be mounted in combination. Further, as the vehicle on which the composite assembled battery or the assembled battery of the present invention can be mounted as a driving power source or an auxiliary power source, the above-described electric vehicle, fuel cell vehicle and hybrid vehicle thereof are preferable, but are not limited thereto. It is not a thing. Further, as a vehicle on which the assembled battery and / or the composite assembled battery of the present invention can be mounted as, for example, a driving power supply or an auxiliary power supply, a hybrid vehicle (a gasoline engine and the assembled battery and / or the composite assembled of the present invention is used). A hybrid battery), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, a hybrid fuel cell vehicle, and the like are preferable, but not limited thereto.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明の内容を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the content of the present invention will be described with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1
<電池の作製>
1.セパレータの作製
本実施例では、セパレータとして、湿式の抄紙方式を用いて、以下のポリイミド不織布シートを作製した。
Example 1
<Production of battery>
1. Production of Separator In this example, the following polyimide nonwoven fabric sheet was produced as a separator using a wet papermaking method.

詳しくは、繊維の材質に、500℃以上で炭化し、融点なしのポリイミドを用い、該ポリイミド繊維の太さ(繊維径)が4μmであるポリイミド繊維を、湿式の抄紙方式を用いて、以下の特性を有するシート状の不織布(繊維集合体)を製造し、本実施例のセパレートとした。すなわち、本実施例のセパレータは、ポリイミド不織布シート(繊維集合体)により構成されており、以下の特性を有する;
目付け;10g/m
厚さ;15μm、
空孔率;40%、
ガーレー値;5秒/100ccである。
Specifically, the material of the fiber is carbonized at 500 ° C. or higher, and a polyimide having no melting point is used. A polyimide fiber having a polyimide fiber thickness (fiber diameter) of 4 μm is obtained by using a wet papermaking method. A sheet-like non-woven fabric (fiber assembly) having characteristics was manufactured and used as a separate of this example. That is, the separator of this example is composed of a polyimide nonwoven fabric sheet (fiber assembly) and has the following characteristics;
Basis weight; 10 g / m 2 ,
Thickness: 15 μm,
Porosity: 40%,
Gurley value: 5 seconds / 100 cc.

ここで、ガーレー値とは、透気度のことであり、JIS P8117に準拠し、0.879g/mm圧で100ccの空気が膜を透過する秒数を示す。 Here, the Gurley value is the air permeability, and indicates the number of seconds that 100 cc of air passes through the membrane at 0.879 g / mm 2 pressure in accordance with JIS P8117.

2.正極の作製
正極活物質(LiMn)100gと導電材(カーボンブラック)5gを量り取り、上記混合物にバインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を5g加え、ミキサーで混合を行った。更に、粘度が7000cPになるように溶媒としてN−メチエルー2−ピロリドン(NMP)を適量加え、真空混合してスラリーを調整した。
2. Production of Positive Electrode 100 g of positive electrode active material (LiMn 2 O 4 ) and 5 g of conductive material (carbon black) were weighed, 5 g of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder was added to the above mixture, and mixing was performed with a mixer. Further, an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added as a solvent so that the viscosity became 7000 cP, and the mixture was vacuum-mixed to prepare a slurry.

上記のように作製したスラリーを用い、これを厚さ15μmの正極集電体のアルミ箔上にアプリケーターにて塗布して、乾燥機にて80℃程度で加熱乾燥した後、プレスを行った。正極活物質層の厚さは40μm(片面)であった。   Using the slurry prepared as described above, this was coated on an aluminum foil of a positive electrode current collector having a thickness of 15 μm by an applicator, dried by heating at about 80 ° C. with a dryer, and then pressed. The thickness of the positive electrode active material layer was 40 μm (single side).

3.負極の作製
負極活物質粉末としてハードカーボン90質量%、バインダとしてPVdF10質量%に、溶媒としてN−メチエルー2−ピロリドン(NMP)を加えて撹拌してスラリーを調整して、アプリケーターにて、厚さ10μmの負極集電体の銅箔上に塗布して、乾燥機にて80℃程度で加熱乾燥した後、プレスを行った。負極活物質層の厚さは30μm(片面)であった。
3. Preparation of Negative Electrode 90% by mass of hard carbon as the negative electrode active material powder, 10% by mass of PVdF as the binder, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent was added and stirred to adjust the slurry, and the thickness was measured with an applicator. It apply | coated on the copper foil of a 10 micrometer negative electrode electrical power collector, and after pressing and drying at about 80 degreeC with the dryer, it pressed. The thickness of the negative electrode active material layer was 30 μm (one side).

4.電解液の作製
電解液には、EC(エチレンカーボネート):DMC(ジメチルカーボネート)=3:7(体積比)の混合溶媒に1MのLiPFを溶かしたものを用いた。
4). Preparation of Electrolytic Solution The electrolytic solution used was a solution of 1M LiPF 6 in a mixed solvent of EC (ethylene carbonate): DMC (dimethyl carbonate) = 3: 7 (volume ratio).

5.電池の作製
上記2.で得られた正極、上記1.で得られたセパレータ、上記3.で得られた負極を順次重ね合わせ電池要素を作製した。
5. Production of battery 2. 1. The positive electrode obtained in 1. above. Separator obtained in 1 above, 3. The negative electrode obtained in (1) was sequentially laminated to produce a battery element.

上記電池要素をアルミラミネートフィルムパックに入れ、上記4.で得られた電解液を注入し、積層型ラミネート外装リチウムイオン二次電池を得た。   The battery element is placed in an aluminum laminate film pack, and the above 4. The electrolyte solution obtained in (1) was injected to obtain a laminated laminate-coated lithium ion secondary battery.

<測定>
6.電池性能の測定、評価
上記5.で得られた積層型ラミネート外装リチウムイオン二次電池を定電流放電(放電条件;終止電圧2.5V)させながら、150℃のホットボックスにて過熱した。
<Measurement>
6). Measurement and evaluation of battery performance The laminated laminate-covered lithium ion secondary battery obtained in the above was overheated in a hot box at 150 ° C. while being subjected to constant current discharge (discharge conditions; final voltage 2.5 V).

その結果、本実施例のセパレータを用いた積層型ラミネート外装リチウムイオン二次電池においては、内部短絡は確認されず、変化は見られなかった。   As a result, in the laminated laminate outer lithium ion secondary battery using the separator of this example, no internal short circuit was confirmed and no change was observed.

比較例1
<電池の作製>
1.セパレータの作製
本比較例では、比較用セパレータとして、延伸法を用いて、ポリエチレン微多孔膜を作製した。
Comparative Example 1
<Production of battery>
1. Production of Separator In this comparative example, a polyethylene microporous membrane was produced using a stretching method as a comparative separator.

ポリエチレン微多孔膜セパレータは、以下の特性を有する;
目付け;9g/m
厚さ;16μm、
空孔率;40%、
ガーレー値;200秒/100ccである。
The polyethylene microporous membrane separator has the following characteristics:
Basis weight; 9 g / m 2 ,
Thickness: 16 μm,
Porosity: 40%,
Gurley value: 200 seconds / 100 cc.

正極の作製、負極の作製、電解液の作製及び電池の作製は、実施例1と同様として、正極、負極、電解液および電池を作製した。   The production of the positive electrode, the production of the negative electrode, the production of the electrolytic solution, and the production of the battery were the same as in Example 1, and a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a battery were produced.

本比較例のセパレータを用いた積層型ラミネート外装リチウムイオン二次電池を用いて、実施例1の上記測定項目の6.と同様の「電池性能の測定、評価」を行なった。   Using the laminated laminate outer lithium-ion secondary battery using the separator of this comparative example, the above measurement item of Example 1 is applied. The same “measurement and evaluation of battery performance” was performed.

その結果、本比較例のセパレータを用いた積層型ラミネート外装リチウムイオン二次電池においては、内部短絡が発生した、セパレータは収縮していた。   As a result, in the laminated laminate outer lithium ion secondary battery using the separator of this comparative example, an internal short circuit occurred and the separator was contracted.

実施例2
<電池の作製>
1.正極を収納するセパレータの作製
実施例1の1.「セパレータの作製」で得られたポリイミド不織布シート2枚を用いて、図1B、Cの通り袋状にセパレータを構成し、実施例1の上記2.「正極の作製」で得られた正極を収納するようにした。これにより、ハンドリングが向上した。
Example 2
<Production of battery>
1. Production of separator for housing positive electrode Using the two polyimide nonwoven fabric sheets obtained in “Preparation of Separator”, a separator is formed in a bag shape as shown in FIGS. The positive electrode obtained in “Preparation of positive electrode” was accommodated. Thereby, handling was improved.

2.負極及び電解液の作製
負極及び電解液の作製は、実施例1と同様として、負極および電解液を作製した。
2. Production of Negative Electrode and Electrolytic Solution The production of the negative electrode and the electrolytic solution was performed in the same manner as in Example 1 to produce a negative electrode and an electrolytic solution.

3.電池の作製
実施例1の5.「電池の作製」と同様にして、上記1.で得られた正極を収納するセパレータ、上記2.で得られた負極を順次重ね合わせ電池要素を作製した。
3. Production of Battery Example 1-5. In the same manner as in “Battery preparation”, 1. 1. A separator that accommodates the positive electrode obtained in 1 above. The negative electrode obtained in (1) was sequentially laminated to produce a battery element.

上記電池要素をアルミラミネートフィルムパックに入れ、上記2.で得られた電解液を注入し、積層型ラミネート外装リチウムイオン二次電池を得た。   Place the battery element in an aluminum laminate film pack, and The electrolyte solution obtained in (1) was injected to obtain a laminated laminate-coated lithium ion secondary battery.

<測定>
4.電池性能の測定、評価
本実施例の袋状のセパレータを用いた積層型ラミネート外装リチウムイオン二次電池を用いて、実施例1の上記測定項目の6.と同様の電池性能の測定、評価を行なった。
<Measurement>
4). Measurement and evaluation of battery performance 6. Using the laminated laminate exterior lithium ion secondary battery using the bag-shaped separator of this example, the measurement item of Example 1 described above was performed. The battery performance was measured and evaluated in the same manner as above.

その結果、ホットボックスにて150℃に過熱したが、内部短絡は確認されず、変化は見られなかった。   As a result, although it heated to 150 degreeC with the hot box, the internal short circuit was not confirmed and the change was not seen.

実施例3
<電池の作製>
1.セパレータの作製
本実施例では、セパレータとして、湿式の抄紙方式を用いて、以下のポリイミド含有不織布シートを作製した。
Example 3
<Production of battery>
1. Production of Separator In this example, the following polyimide-containing nonwoven fabric sheet was produced using a wet papermaking method as a separator.

詳しくは、繊維の材質に、500℃以上で炭化し、融点なしのポリイミドと、その他にPE、PP及びナイロン(ポリアミド)を用いた。この際、不織布のポリイミド繊維の含有量が10質量%、その他のPE繊維が30質量%、PP繊維が30質量%、ナイロン繊維が30質量%となるように配合した。また、該各繊維の太さ(繊維径)は、ポリイミド繊維が4μm、PE繊維が5μm、PP繊維が5μm、ナイロン繊維が5μmであるものを用いた。かかる各繊維を、湿式の抄紙方式を用いて、以下の特性を有するシート状の不織布(繊維集合体)を製造し、本実施例のセパレートとした。すなわち、本実施例のセパレータは、ポリイミド10質量%含有の不織布シート(繊維集合体)により構成されており、以下の特性を有する;
目付け;10g/m
厚さ;17μm、
空孔率;38%、
ガーレー値;6秒/100ccである。
Specifically, the material of the fiber used was polyimide that was carbonized at 500 ° C. or higher and had no melting point, and PE, PP, and nylon (polyamide). Under the present circumstances, it mix | blended so that content of the polyimide fiber of a nonwoven fabric might be 10 mass%, 30 mass% of other PE fibers, 30 mass% of PP fibers, and 30 mass% of nylon fibers. Further, the thickness (fiber diameter) of each fiber was 4 μm for polyimide fiber, 5 μm for PE fiber, 5 μm for PP fiber, and 5 μm for nylon fiber. A sheet-like nonwoven fabric (fiber assembly) having the following characteristics was produced from each of these fibers using a wet papermaking method, and used as a separate of this example. That is, the separator of this example is composed of a nonwoven fabric sheet (fiber assembly) containing 10% by mass of polyimide and has the following characteristics;
Basis weight; 10 g / m 2 ,
Thickness: 17 μm,
Porosity: 38%,
Gurley value: 6 seconds / 100 cc.

本実施例で得られたセパレータのメリットは、コスト面が大きい。すなわち、ポリイミド繊維は、既存のPEやPP繊維に比してコストが高いので、異常発熱時の高温下で形状が維持できる最低限量だけポリイミド繊維を使い、その他をPE、PP等の安価な繊維を用いることで、低コストのセパレータを作製できる。また、上記したように、異常発熱時にセパレータの収縮を抑えた上で、他の繊維による「シャットダウン現象」効果も得られるため、極めて有用である。   The merit of the separator obtained in this example is large in cost. That is, polyimide fibers are expensive compared to existing PE and PP fibers, so use only the minimum amount of polyimide fiber that can maintain its shape under high temperatures during abnormal heat generation, and other inexpensive fibers such as PE and PP. Can be used to produce a low-cost separator. In addition, as described above, it is extremely useful because the effect of “shutdown phenomenon” by other fibers can be obtained while suppressing shrinkage of the separator during abnormal heat generation.

正極の作製、負極の作製、電解液の作製及び電池の作製は、実施例1と同様として、正極、負極、電解液および電池を作製した。   The production of the positive electrode, the production of the negative electrode, the production of the electrolytic solution, and the production of the battery were the same as in Example 1, and a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a battery were produced.

本実施例のセパレータを用いた積層型ラミネート外装リチウムイオン二次電池を用いて、実施例1の上記測定項目の6.と同様の「電池性能の測定、評価」を行なった。   Using the laminated laminate outer lithium-ion secondary battery using the separator of this example, the above measurement item of Example 1 was applied. The same “measurement and evaluation of battery performance” was performed.

その結果、本実施例のセパレータを用いた積層型ラミネート外装リチウムイオン二次電池においては、ホットボックスにて150℃に過熱したが、内部短絡は確認されず、変化は見られなかった。   As a result, in the laminated laminate exterior lithium ion secondary battery using the separator of this example, it was heated to 150 ° C. in a hot box, but an internal short circuit was not confirmed and no change was observed.

袋状のセパレータを作製するために用意した2枚の方形シート状の繊維集合体(不織布)を一部重ねて表した平面概略図である。It is the plane schematic which partially overlapped and represented two square sheet-like fiber assemblies (nonwoven fabric) prepared in order to produce a bag-shaped separator. 図1Aで用意した2枚の方形シート状の繊維集合体(不織布)を重ねて熱融着して作製した袋状のセパレータの様子を模式的に表した平面概略図である。FIG. 1B is a schematic plan view schematically showing a state of a bag-like separator produced by stacking and heat-sealing two rectangular sheet-like fiber assemblies (nonwoven fabrics) prepared in FIG. 1A. 図1BのX−X線断面概略図である。It is the XX sectional schematic drawing of FIG. 1B. 図1B、Cの袋状のセパレータに収納するために用意した正極の様子を模式的に表した平面概略図である。It is the plane schematic which represented typically the mode of the positive electrode prepared in order to accommodate in the bag-shaped separator of FIG. 1B and C. 図1DのY−Y線断面概略図である。It is the YY line cross-sectional schematic of FIG. 1D. 図1B、Cの袋状のセパレータに図1D、Eの正極を収納した様子を模式的に表した平面概略図である。1B is a schematic plan view schematically showing a state in which the positive electrode of FIGS. 1D and 1E is stored in the bag-shaped separator of FIGS. 1B and 1C. FIG. 図1FのZ−Z線断面概略図である。It is a ZZ line section schematic diagram of Drawing 1F. 本発明の正極と負極を電解質層を介して対峙するように積層した発電要素(1層)を模式的に表した概略斜視図である。It is the schematic perspective view which represented typically the electric power generation element (1 layer) which laminated | stacked the positive electrode and negative electrode of this invention so that it might oppose through an electrolyte layer. 実施例及び比較例で作成した積層型の電池要素をアルミラミネート外装(アルミラミネートフィルムパック)に収納し封止した様子を模式的に表した概略斜視図である。It is the schematic perspective view which represented typically a mode that the laminated battery element created by the Example and the comparative example was accommodated in the aluminum laminate exterior (aluminum laminate film pack), and was sealed. 本発明のセパレータを用いてなるバイポーラ型でない積層型ラミネート外装のリチウムイオン二次電池(非バイポーラ電池)の断面概略図を示す。The cross-sectional schematic of the lithium ion secondary battery (non-bipolar battery) of the laminated laminate exterior which is not a bipolar type | mold which uses the separator of this invention is shown. 本発明のセパレータを用いてなるバイポーラ型の積層型ラミネート外装リチウムイオン二次電池(バイポーラ電池)の全体構造を模式的に表わした概略断面図を示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic sectional drawing which represented typically the whole structure of the bipolar type lamination | stacking lamination | stacking exterior lithium ion secondary battery (bipolar battery) using the separator of this invention is shown. 本発明のバイポーラ電池を2直20並に接続した組電池の一例を示す模式図である。図6(a)は組電池の平面図であり、図6(b)は組電池の正面図であり、図4(c)は組電池の右側面図であって、これら図6(a)〜(c)では、いずれもバイポーラ電池を直列と並列の混合に接続した様子がわかるように外部ケースを透過して組電池内部を表わしたものである。It is a schematic diagram which shows an example of the assembled battery which connected the bipolar battery of this invention in 2 series 20 parallel. 6A is a plan view of the assembled battery, FIG. 6B is a front view of the assembled battery, FIG. 4C is a right side view of the assembled battery, and FIG. In (c), all show the inside of the assembled battery through the outer case so that it can be seen that the bipolar batteries are connected in series and in parallel. 本発明のバイポーラ電池Aと非バイポーラ電池B10直を並列に連結した組電池の一例を示す図である。図7(a)は組電池の平面図であり、図7(b)は組電池の正面図であり、図7(c)は組電池の右側面図であって、これら図7(a)〜(c)では、いずれもバイポーラ電池Aおよび非バイポーラ電池Bを直列と並列の混合に接続した様子がわかるように外部ケースを透過して組電池内部を表わしたものである。It is a figure which shows an example of the assembled battery which connected the bipolar battery A and non-bipolar battery B10 series of this invention in parallel. FIG. 7A is a plan view of the assembled battery, FIG. 7B is a front view of the assembled battery, and FIG. 7C is a right side view of the assembled battery. In (c), all show the inside of the assembled battery through the outer case so that it can be seen that the bipolar battery A and the non-bipolar battery B are connected in series and in parallel. 本発明の複合組電池の一例を示す図である。図8(a)は複合組電池の平面図であり、図8(b)は複合組電池の正面図であり、図8(c)は複合組電池の右側面図である。It is a figure which shows an example of the composite assembled battery of this invention. FIG. 8A is a plan view of the composite battery pack, FIG. 8B is a front view of the composite battery pack, and FIG. 8C is a right side view of the composite battery pack. 複合組電池を搭載した状態の電気自動車を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electric vehicle of the state which mounts a composite assembled battery. 粒子の粒径を測定する際に用いる絶対最大長を説明した解説図である。It is explanatory drawing explaining the absolute maximum length used when measuring the particle size of particle | grains.

符号の説明Explanation of symbols

101 セパレータ、
101a、101b 方形のシート状の繊維集合体、
103 熱溶着点、
105 集電体、
107 正極活物質層、
109 正極、
11 正極と負極を電解質層を介して積層した発電要素(1層)、
12 正極集電体(アルミ箔等)、
13 正極活物質層(の塗膜)、
14 電解質層(電解液含浸セパレータ等)、
15 負極集電体(銅箔等)、
16 負極活物質層(の塗膜)、
17 アルミラミネートフィルムパック、
18 電池、
31 非バイポーラ電池、
32 電池外装材、
33 正極集電体、
34 正極活物質層、
35 電解質層、
36 負極集電体、
37 負極活物質層、
38 発電要素、
39 正極(端子)リード、
40 負極(端子)リード、
41 バイポーラ電池、
42 集電体、
43 正極活物質層、
44 負極活物質層、
45 バイポーラ電極、
45a 電極積層体の最上層の電極、
45b 電極積層体の最下層の電極、
46 電解質層、
47 電極積層体(バイポーラ電池本体、発電要素)、
48 正極リード、
49 負極リード、
50 電池外装材(外装パッケージ)、
51、51’ 組電池、
52 外部弾性体、
53 検知線、
54 検知タブ端子、
55 組電池ケース、
56、58 バスバー、
59 端子リード、
62 正極端子、
64 負極端子、
70 複合組電池、
72 複合組電池正極端子連結板、
74 複合組電池負極端子連結板、
76 連結板、
77 固定ネジ、
80 電気自動車、
91 粒子(不定形粒子を含む)
L 最大の長さ。
101 separator,
101a, 101b A rectangular sheet-like fiber assembly,
103 heat welding point,
105 current collector,
107 positive electrode active material layer,
109 positive electrode,
11 A power generation element (one layer) in which a positive electrode and a negative electrode are laminated via an electrolyte layer,
12 Positive electrode current collector (aluminum foil, etc.)
13 Positive electrode active material layer (coating film thereof),
14 electrolyte layer (electrolyte impregnated separator, etc.),
15 Negative electrode current collector (copper foil, etc.)
16 negative electrode active material layer (coating film thereof),
17 Aluminum laminated film pack,
18 batteries,
31 non-bipolar battery,
32 Battery exterior material,
33 positive electrode current collector,
34 positive electrode active material layer,
35 electrolyte layer,
36 negative electrode current collector,
37 negative electrode active material layer,
38 Power generation elements,
39 Positive electrode (terminal) lead,
40 Negative electrode (terminal) lead,
41 bipolar battery,
42 current collector,
43 positive electrode active material layer,
44 negative electrode active material layer,
45 bipolar electrodes,
45a, the uppermost electrode of the electrode stack,
45b, the bottom electrode of the electrode stack,
46 electrolyte layer,
47 electrode laminate (bipolar battery body, power generation element),
48 positive lead,
49 Negative lead,
50 Battery exterior material (exterior package),
51, 51 'battery pack,
52 external elastic body,
53 detection lines,
54 detection tab terminal,
55 battery pack case,
56, 58 Busbar,
59 Terminal lead,
62 positive terminal,
64 negative terminal,
70 composite battery pack,
72 composite battery positive electrode terminal connecting plate,
74 composite battery negative electrode terminal plate,
76 connecting plate,
77 fixing screws,
80 electric car,
91 particles (including irregular particles)
L Maximum length.

Claims (7)

電池のセパレータにおいて、
セパレータが繊維集合体により構成されており、
該繊維集合体は、フィブリル化されていない、アラミド繊維および/またはポリイミド繊維10質量%以上を含む樹脂繊維からなり
セパレータの空孔率が38〜60%であり、
セパレータの厚さが20μm以下であることを特徴とするセパレータ。
In battery separators,
The separator is composed of a fiber assembly,
The fiber assembly is not fibrillated, a resin fiber containing more than 10 wt% aramid fibers and / or polyimide fibers,
The porosity of the separator is 38-60%,
A separator having a thickness of 20 μm or less.
前記繊維集合体を構成する繊維は、繊維径が5μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のセパレータ。 The separator according to claim 1, wherein the fibers constituting the fiber assembly have a fiber diameter of 5 μm or less. 前記電池が、積層型ラミネート外装電池であることを特徴とする請求項1または2に記載のセパレータ。 The separator according to claim 1 or 2 , wherein the battery is a laminated laminate battery. 前記電池が、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のセパレータ。 The battery separator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a lithium ion secondary battery. 前記セパレータの厚さが10〜20μmであることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のセパレータ。 The separator according to any one of claims 1 to 4 , wherein the separator has a thickness of 10 to 20 µm. 請求項1〜のいずれかに記載のセパレータを用いてなることを特徴とする電池。 Cell characterized by comprising using a separator according to any one of claims 1-5. 前記セパレータを袋状にして、正極を収納していることを特徴とする請求項に記載の電池。 The battery according to claim 6 , wherein the separator is formed in a bag shape and houses the positive electrode.
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