JP5417867B2 - Bipolar secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、双極型二次電池、ならびに該電池を用いた組電池および車両に関する。特に、本発明は、電池容量の低減を防ぐことのできる双極型二次電池、ならびに該電池を用いた組電池および車両に関する。   The present invention relates to a bipolar secondary battery, and an assembled battery and a vehicle using the battery. In particular, the present invention relates to a bipolar secondary battery capable of preventing a reduction in battery capacity, and an assembled battery and a vehicle using the battery.

近年、環境や燃費の観点から、ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV)、さらには燃料電池自動車が製造・販売され、新たな開発が続けられている。これらのいわゆる電動車両においては、放電・充電ができる電源装置の活用が不可欠である。この電源装置としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等が利用される。特に、リチウムイオン二次電池はそのエネルギー密度の高さや繰り返し充放電に対する耐久性の高さから、電動車両に好適と考えられ、各種の開発が鋭意進められている。ただし、上記したような各種自動車のモータ駆動用電源に適用するためには、大出力を確保するために、複数の二次電池を直列に接続して用いる必要がある。   In recent years, hybrid vehicles (HEV), electric vehicles (EV), and fuel cell vehicles have been manufactured and sold from the viewpoint of environment and fuel consumption, and new developments are continuing. In these so-called electric vehicles, it is indispensable to use a power supply device capable of discharging and charging. As the power supply device, a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery, an electric double layer capacitor, or the like is used. In particular, lithium ion secondary batteries are considered suitable for electric vehicles because of their high energy density and high durability against repeated charging and discharging, and various developments have been intensively advanced. However, in order to apply to the power sources for driving motors of various automobiles as described above, it is necessary to use a plurality of secondary batteries connected in series in order to ensure a large output.

しかしながら、接続部を介して電池を接続した場合、接続部の電気抵抗によって出力が低下してしまう。また、接続部を有する電池は空間的にも不利益を有する。即ち、接続部によって、電池の出力密度やエネルギー密度の低下がもたらされる。   However, when a battery is connected via the connection portion, the output is reduced due to the electrical resistance of the connection portion. Further, the battery having the connection portion has a disadvantage in terms of space. That is, the connection portion causes a reduction in the output density and energy density of the battery.

この問題を解決するものとして、双極型リチウムイオン二次電池等の双極型二次電池が開発されている。双極型二次電池は、集電体の一方の面に正極活物質層が形成され、他方の面に負極活物質層が形成された双極型電極が、電解質層やセパレータを介して複数積層された発電要素を有する。   In order to solve this problem, bipolar secondary batteries such as bipolar lithium ion secondary batteries have been developed. A bipolar secondary battery has a plurality of bipolar electrodes in which a positive electrode active material layer is formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer is formed on the other surface through an electrolyte layer and a separator. It has a power generation element.

このような双極型二次電池に用いる集電体は、電池の単位質量当たりの出力密度向上の観点から、より軽量な材料からなることが望ましい。そこで、近年、従来の金属箔に代わって導電性フィラーが添加された樹脂または導電性高分子材料から構成される集電体が提案されている。例えば、特許文献1では、樹脂に導電性フィラーとして金属粉が混合された導電性を有する樹脂からなる集電体が開示されている。   The current collector used in such a bipolar secondary battery is preferably made of a lighter material from the viewpoint of improving the power density per unit mass of the battery. Therefore, in recent years, a current collector composed of a resin or a conductive polymer material to which a conductive filler is added in place of a conventional metal foil has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a current collector made of a resin having conductivity in which metal powder is mixed as a conductive filler in a resin.

特開昭61−285664号公報JP-A 61-285664

しかしながら、上述のような樹脂を含む集電体を双極型二次電池に使用した場合、電解液に含まれる溶媒によって集電体中の樹脂が膨潤する。すなわち、樹脂中に電解液の一部が保持されたままとなりうる。このため、電極間において、リチウムイオンの移動媒体となる電解液が不足してしまい、電池容量が低減するという問題点を有していた。   However, when the current collector containing the resin as described above is used in a bipolar secondary battery, the resin in the current collector swells due to the solvent contained in the electrolytic solution. That is, a part of the electrolytic solution can be held in the resin. For this reason, there has been a problem that the electrolyte capacity serving as a lithium ion transfer medium is insufficient between the electrodes, and the battery capacity is reduced.

したがって、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電池容量の低減を防止することができる双極型二次電池を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a bipolar secondary battery that can prevent a reduction in battery capacity.

本発明者らは、上記の問題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、集電体に含まれる樹脂と、電解液に含まれる溶媒とをある特定の組み合わせとすることにより、電極間の電解液不足が防止できることを見出した。さらに、樹脂と溶媒との組み合わせについて詳細に検討した結果、樹脂の溶解度パラメータと、溶媒の溶解度パラメータとの差を特定の範囲とすることによって、電解液の集電体への浸透が効果的に抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, it has been found that a shortage of the electrolyte solution between the electrodes can be prevented by using a specific combination of the resin contained in the current collector and the solvent contained in the electrolyte solution. Furthermore, as a result of examining the combination of the resin and the solvent in detail, by making the difference between the solubility parameter of the resin and the solubility parameter of the solvent into a specific range, the penetration of the electrolyte into the current collector is effectively performed. The present inventors have found that it is suppressed and have completed the present invention.

すなわち、本発明の双極型リチウムイオン二次電池は、双極型電極と、支持塩および溶媒を含む電解質層と、が積層されてなる発電要素を有する。双極型電極は、樹脂を基材とする導電性を有する樹脂層を含む集電体、集電体の一方の面に形成された正極活物質層、および集電体の他方の面に形成された負極活物質層を有する。そして、集電体に含まれるいずれか1つの樹脂層の基材を形成する樹脂の溶解度パラメータ(SP)が、溶媒の溶解度パラメータ(SP)よりも1.9以上大きい。 That is, the bipolar lithium ion secondary battery of the present invention has a power generation element in which a bipolar electrode and an electrolyte layer containing a supporting salt and a solvent are laminated. A bipolar electrode is formed on a current collector including a resin layer having conductivity based on a resin, a positive electrode active material layer formed on one surface of the current collector, and the other surface of the current collector. A negative electrode active material layer. And the solubility parameter (SP 1 ) of the resin forming the base material of any one resin layer included in the current collector is 1.9 or more larger than the solubility parameter (SP 2 ) of the solvent.

本発明によれば、電解液の集電体への浸透が効果的に抑制されうる。これにより、電極間に電解液が十分に保持されるため、電池容量の低減を防止することができる。   According to the present invention, the penetration of the electrolytic solution into the current collector can be effectively suppressed. Thereby, since electrolyte solution is fully hold | maintained between electrodes, the reduction | decrease in battery capacity can be prevented.

本発明の一実施形態である双極型二次電池を模式的に表した断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a bipolar secondary battery according to an embodiment of the present invention. 本発明に係る集電体の好ましい実施形態を表した断面外略図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating a preferred embodiment of a current collector according to the present invention. 本発明の一実施形態である組電池を模式的に表した外観図であって、図3Aは組電池の平面図であり、図3Bは組電池の正面図であり、図3Cは組電池の側面図である。FIG. 3A is an external view schematically showing an assembled battery according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a plan view of the assembled battery, FIG. 3B is a front view of the assembled battery, and FIG. It is a side view. 本発明の双極型二次電池または組電池を搭載した車両の概念図である。It is a conceptual diagram of the vehicle carrying the bipolar secondary battery or assembled battery of this invention.

以下、本発明の好ましい形態を説明する。本形態は、支持塩および溶媒を含む電解質層と、が積層されてなる発電要素を有する双極型電極に関する。双極型電極は、樹脂を基材とする導電性を有する樹脂層を含む集電体、集電体の一方の面に形成された正極活物質層、および集電体の他方の面に形成された負極活物質層を有する。そして、集電体に含まれるいずれか1つの樹脂層の基材を形成する樹脂の溶解度パラメータ(SP)と、溶媒の溶解度パラメータ(SP)との差の絶対値が、1.9以上である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. The present embodiment relates to a bipolar electrode having a power generation element formed by laminating an electrolyte layer containing a supporting salt and a solvent. A bipolar electrode is formed on a current collector including a resin layer having conductivity based on a resin, a positive electrode active material layer formed on one surface of the current collector, and the other surface of the current collector. A negative electrode active material layer. The absolute value of the difference between the solubility parameter (SP 1 ) of the resin forming the base material of any one resin layer included in the current collector and the solubility parameter (SP 2 ) of the solvent is 1.9 or more. It is.

以下、図面を参照しながら、本形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the scope of claims, and is not limited to the following embodiments. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

<双極型二次電池>
図1は、本発明の一実施形態である双極型二次電池の全体構造を模式的に表わした断面図である。図1に示す本実施形態の双極型二次電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、電池外装材であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。
<Bipolar type secondary battery>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the overall structure of a bipolar secondary battery according to an embodiment of the present invention. The bipolar secondary battery 10 of this embodiment shown in FIG. 1 has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate film 29 that is a battery exterior material. .

図1に示すように、本実施形態の双極型二次電池10の発電要素21は、集電体11の一方の面に電気的に結合した正極活物質層13が形成され、集電体11の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層15が形成された複数の双極型電極23を有する。各双極型電極23は、電解質層17を介して積層されて発電要素21を形成する。なお、電解質層17は、基材としてのセパレータの面方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極23および電解質層17が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15との間に電解質層17が挟まれて配置されている。   As shown in FIG. 1, in the power generation element 21 of the bipolar secondary battery 10 of the present embodiment, a positive electrode active material layer 13 that is electrically coupled to one surface of the current collector 11 is formed. And a plurality of bipolar electrodes 23 having a negative electrode active material layer 15 electrically coupled to the opposite surface. Each bipolar electrode 23 is laminated via the electrolyte layer 17 to form the power generation element 21. The electrolyte layer 17 has a configuration in which an electrolyte is held at the center in the surface direction of a separator as a base material. At this time, the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23 face each other through the electrolyte layer 17. The bipolar electrodes 23 and the electrolyte layers 17 are alternately stacked. That is, the electrolyte layer 17 is interposed between the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23. ing.

隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。したがって、双極型二次電池10は、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止する目的で、単電池層19の外周部にはシール部(絶縁層)31が配置されている。なお、発電要素21の最外層に位置する正極側の最外層集電体11aには、片面のみに正極活物質層13が形成されている。また、発電要素21の最外層に位置する負極側の最外層集電体11bには、片面のみに負極活物質層15が形成されている。ただし、正極側の最外層集電体11aの両面に正極活物質層13が形成されてもよい。同様に、負極側の最外層集電体11bの両面に負極活物質層15が形成されてもよい。   The adjacent positive electrode active material layer 13, electrolyte layer 17, and negative electrode active material layer 15 constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the bipolar secondary battery 10 has a configuration in which the single battery layers 19 are stacked. Further, for the purpose of preventing liquid junction due to leakage of the electrolytic solution from the electrolyte layer 17, a seal portion (insulating layer) 31 is disposed on the outer peripheral portion of the unit cell layer 19. A positive electrode active material layer 13 is formed only on one side of the positive electrode outermost layer current collector 11 a located in the outermost layer of the power generation element 21. The negative electrode active material layer 15 is formed only on one surface of the outermost current collector 11b on the negative electrode side located in the outermost layer of the power generation element 21. However, the positive electrode active material layer 13 may be formed on both surfaces of the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side. Similarly, the negative electrode active material layer 15 may be formed on both surfaces of the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side.

さらに、図1に示す双極型二次電池10では、正極側の最外層集電体11aに隣接するように正極集電板25が配置され、これが延長されて電池外装材であるラミネートフィルム29から導出している。一方、負極側の最外層集電体11bに隣接するように負極集電板27が配置され、同様にこれが延長されて電池の外装であるラミネートフィルム29から導出している。   Further, in the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1, a positive electrode current collector plate 25 is disposed so as to be adjacent to the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side, and this is extended to form a laminate film 29 which is a battery exterior material. Derived. On the other hand, the negative electrode current collector plate 27 is disposed so as to be adjacent to the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side, and similarly, this is extended and led out from the laminate film 29 which is an exterior of the battery.

図1に示す双極型二次電池10においては、通常、各単電池層19の周囲にシール部31が設けられる。このシール部31は、電池内で隣り合う集電体11どうしが接触したり、発電要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。かようなシール部31の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の双極型二次電池10が提供されうる。   In the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1, a seal portion 31 is usually provided around each single cell layer 19. The purpose of the seal portion 31 is to prevent the adjacent current collectors 11 in the battery from coming into contact with each other and a short circuit caused by a slight irregularity at the end of the unit cell layer 19 in the power generation element 21. Is provided. By installing such a seal portion 31, long-term reliability and safety are ensured, and a high-quality bipolar secondary battery 10 can be provided.

なお、単電池層19の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、双極型二次電池10では、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層19の積層回数を少なくしてもよい。双極型二次電池10でも、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、発電要素21を電池外装材であるラミネートフィルム29に減圧封入し、正極集電板25および負極集電板27をラミネートフィルム29の外部に取り出した構造とするのがよい。以下、本形態の双極型二次電池の主な構成要素について説明する。   Note that the number of stacks of the unit cell layers 19 is adjusted according to a desired voltage. Further, in the bipolar secondary battery 10, the number of stacking of the single battery layers 19 may be reduced if a sufficient output can be secured even if the thickness of the battery is made as thin as possible. Even in the bipolar secondary battery 10, in order to prevent external impact and environmental degradation during use, the power generation element 21 is sealed under reduced pressure in a laminate film 29 that is a battery exterior material, and the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector 25. A structure in which the electric plate 27 is taken out of the laminate film 29 is preferable. Hereinafter, main components of the bipolar secondary battery of this embodiment will be described.

[双極型電極]
双極型電極は、集電体と、該集電体の表面に形成されてなる活物質層とを有する。より詳しくは、一つの集電体の一方の面に正極活物質層が形成され、他方の面に負極活物質層が形成される。活物質層は正極活物質または負極活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
[Bipolar electrode]
The bipolar electrode has a current collector and an active material layer formed on the surface of the current collector. More specifically, a positive electrode active material layer is formed on one surface of one current collector, and a negative electrode active material layer is formed on the other surface. The active material layer includes a positive electrode active material or a negative electrode active material, and further includes other additives as necessary.

(集電体)
集電体は、正極活物質層と接する一方の面から、負極活物質層と接する他方の面へと電子の移動を媒介する機能を有する。本形態に係る集電体は、少なくとも1つの導電性を有する樹脂層を必須に含み、必要に応じてその他の層をさらに含みうる。
(Current collector)
The current collector has a function of mediating transfer of electrons from one surface in contact with the positive electrode active material layer to the other surface in contact with the negative electrode active material layer. The current collector according to this embodiment essentially includes at least one conductive resin layer, and may further include other layers as necessary.

導電性を有する樹脂層は、本形態の集電体に必須の構成要素であり、電子移動媒体としての機能を有することは勿論のこと、集電体の軽量化に寄与しうる。該樹脂層は、樹脂からなる基材と、必要に応じて導電性フィラー等のその他の部材を含みうる。   The conductive resin layer is an essential component for the current collector of this embodiment, and can contribute to weight reduction of the current collector as well as functioning as an electron transfer medium. The resin layer may include a base material made of resin and other members such as a conductive filler as necessary.

基材に使用される樹脂は、特に制限はなく、従来公知の非導電性高分子材料または導電性高分子材料を制限なく使用することができる。好ましい非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE))、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、およびポリスチレン(PS)などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。また、好ましい導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。これらの非導電性高分子材料または導電性高分子材料は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて混合物として使用しても構わない。   There is no restriction | limiting in particular in resin used for a base material, A conventionally well-known nonelectroconductive polymer material or a conductive polymer material can be used without a restriction | limiting. Preferred non-conductive polymer materials include, for example, polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE)), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA) , Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), and polystyrene (PS). Such a non-conductive polymer material may have excellent potential resistance or solvent resistance. Examples of preferable conductive polymer materials include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the current collector. These non-conductive polymer materials or conductive polymer materials may be used alone or in a combination of two or more.

基材には、樹脂層の導電性を確保するために、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。   In order to ensure the conductivity of the resin layer, a conductive filler may be added to the substrate as necessary. In particular, when the resin is composed only of a non-conductive polymer, a conductive filler is inevitably necessary to impart conductivity to the resin. The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a substance having conductivity. For example, metals, conductive carbon, etc. are mentioned as a material excellent in electroconductivity, electric potential resistance, or lithium ion barrier | blocking property.

金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、およびKからなる群から選択される少なくとも1種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。これらの金属は、集電体表面に形成される正極または負極の電位に対して耐性を有する。例えば、Alは正極電位に対して、Ni、Cuは負極電位に対して、TiおよびPtは両極の電位に対して耐性を有する。これらのうち、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、およびCrからなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む合金であることがより好ましい。   The metal is not particularly limited, but at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K, or these metals It is preferable to contain an alloy or metal oxide containing. These metals are resistant to the potential of the positive electrode or negative electrode formed on the current collector surface. For example, Al is resistant to the positive electrode potential, Ni and Cu are resistant to the negative electrode potential, and Ti and Pt are resistant to the potentials of both electrodes. Among these, an alloy containing at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, and Cr is more preferable.

合金としては、具体的には、ステンレス鋼(SUS)、インコネル(登録商標)、ハステロイ(登録商標)、およびその他Fe−Cr系合金、Ni−Cr合金等が挙げられる。これらの合金を用いることにより、より高い耐電位性が得られうる。   Specific examples of the alloy include stainless steel (SUS), Inconel (registered trademark), Hastelloy (registered trademark), and other Fe—Cr alloys, Ni—Cr alloys, and the like. By using these alloys, higher potential resistance can be obtained.

導電性カーボンとしては、特に制限はないが、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。これらの導電性カーボンは、電位窓が非常に広く、正極電位および負極電位の双方に対して幅広い範囲で安定であり、さらに、優れた導電性を有する。なかでも、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、ケッチェンブラック、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群から選択される少なくとも1種を含むことがより好ましい。これらの導電性カーボンは中空構造を有するので、質量あたりの表面積が大きく、集電体をより一層軽量化することができる。なお、これらの金属および導電性カーボンなどの導電性フィラーは、1種を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。   The conductive carbon is not particularly limited, but is at least one selected from the group consisting of acetylene black, vulcan, black pearl, carbon nanofiber, ketjen black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. It is preferable to contain. These conductive carbons have a very wide potential window, are stable in a wide range with respect to both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and have excellent conductivity. Among these, it is more preferable to include at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon nanohorns, ketjen black, carbon nanoballoons, and fullerenes. Since these conductive carbons have a hollow structure, the surface area per mass is large, and the current collector can be further reduced in weight. In addition, electroconductive fillers, such as these metals and electroconductive carbon, can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

導電性フィラーの形状は、特に制限はなく、粒状、繊維状、板状、塊状、布状、およびメッシュ状などの公知の形状を適宜選択することができる。例えば、樹脂に対して広範囲に亘って導電性を付与したい場合は、粒状の導電性フィラーを使用することが好ましい。一方、樹脂において特定方向への導電性をより向上させたい場合は、繊維状等の形状に一定の方向性を有するような導電性フィラーを使用することが好ましい。   The shape of the conductive filler is not particularly limited, and a known shape such as a granular shape, a fibrous shape, a plate shape, a lump shape, a cloth shape, and a mesh shape can be appropriately selected. For example, when it is desired to impart conductivity to a resin over a wide range, it is preferable to use a granular conductive filler. On the other hand, when it is desired to further improve the conductivity in a specific direction in the resin, it is preferable to use a conductive filler having a certain direction in the shape of a fiber or the like.

導電性フィラーの大きさは、特に制限はなく、樹脂層の大きさや厚さまたは導電性フィラーの形状によって、様々な大きさのフィラーを使用することができる。一例として、導電性フィラーが粒状の場合の平均粒子径は、樹脂層の成形を容易にする観点から、0.1〜10μm程度であることが好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電性フィラーの輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。後述する活物質などの粒子径や平均粒子径も同様に定義することができる。   The size of the conductive filler is not particularly limited, and fillers of various sizes can be used depending on the size and thickness of the resin layer or the shape of the conductive filler. As an example, the average particle diameter when the conductive filler is granular is preferably about 0.1 to 10 μm from the viewpoint of facilitating molding of the resin layer. In the present specification, “particle diameter” means the maximum distance L among the distances between any two points on the contour line of the conductive filler. As the value of “average particle diameter”, the average particle diameter of particles observed in several to several tens of fields using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). The calculated value shall be adopted. The particle diameter and average particle diameter of an active material to be described later can be defined similarly.

樹脂層に含まれる導電性フィラーの含有量も特に制限はない。特に、樹脂が導電性高分子材料を含み、十分な導電性が確保できる場合は、導電性フィラーを必ずしも添加する必要はない。しかしながら、樹脂が非導電性高分子材料のみからなる場合は、導電性を付与するために導電性フィラーの添加が必須となる。この際の導電性フィラーの含有量は、非導電性高分子材料の全質量に対して、好ましくは5〜35質量%であり、より好ましくは5〜25質量%であり、さらに好ましくは5〜15質量%である。かような量の導電性フィラーを樹脂に添加することにより、樹脂層の質量増加を抑制しつつ、非導電性高分子材料にも十分な導電性を付与することができる。   The content of the conductive filler contained in the resin layer is not particularly limited. In particular, when the resin includes a conductive polymer material and sufficient conductivity can be secured, it is not always necessary to add a conductive filler. However, when the resin is made of only a nonconductive polymer material, it is essential to add a conductive filler in order to impart conductivity. In this case, the content of the conductive filler is preferably 5 to 35% by mass, more preferably 5 to 25% by mass, and further preferably 5 to 5% by mass with respect to the total mass of the non-conductive polymer material. 15% by mass. By adding such an amount of conductive filler to the resin, sufficient conductivity can be imparted to the non-conductive polymer material while suppressing an increase in the mass of the resin layer.

樹脂層中の導電性フィラーの分散の形態は特に制限はなく、基材である樹脂中に均一に分散されている形態であってもよいし、部分的に局在して分散されていても勿論よい。樹脂層全体に亘って均一に導電性を付与したい場合は、導電性フィラーは樹脂全体に均一に分散されていることが好ましい。   The form of dispersion of the conductive filler in the resin layer is not particularly limited, and may be a form that is uniformly dispersed in the resin that is the base material, or may be partially localized and dispersed. Of course. When it is desired to impart conductivity uniformly throughout the resin layer, the conductive filler is preferably dispersed uniformly throughout the resin.

導電性を有する樹脂層の1層分の厚さは、1〜200μmであることが好ましく、10〜100μmであることがより好ましく、10〜50μmであることがさらに好ましい。樹脂層の厚さがかような範囲にあると、厚み方向の抵抗を充分低く抑えることができる。そのため集電体の導電性を確保した上で、軽量化による電池の出力密度を高めることができる。さらに、液絡低減による寿命特性向上や、耐振動性向上を図ることができる。   The thickness of one layer of the resin layer having conductivity is preferably 1 to 200 μm, more preferably 10 to 100 μm, and still more preferably 10 to 50 μm. When the thickness of the resin layer is in such a range, the resistance in the thickness direction can be suppressed sufficiently low. Therefore, it is possible to increase the output density of the battery by reducing the weight while securing the conductivity of the current collector. Furthermore, the life characteristics can be improved and the vibration resistance can be improved by reducing the liquid junction.

集電体の形態は、少なくとも1つの導電性を有する樹脂層を含むものであれば、特に制限はなく、様々な形態を取りうる。例えば、樹脂層の他に、必要に応じてその他の層を含む積層体であってもよい。樹脂層以外のその他の層としては、金属層または接着層などが挙げられるが、これらに制限されるものではない。   The form of the current collector is not particularly limited as long as it includes at least one conductive resin layer, and can take various forms. For example, in addition to the resin layer, a laminate including other layers as necessary may be used. Examples of other layers other than the resin layer include a metal layer and an adhesive layer, but are not limited thereto.

集電体の好ましい形態の一例を図2に示す。図2において、例えば、(a)のように、1種の導電性を有する樹脂層1aが単独で集電体を形成してもよいし、(b)〜(i)のように、2種以上の導電性を有する樹脂層(1a、1b、1c)が積層された形態であってもよい。かように樹脂層を複数積層することによって、もしも各樹脂層で微小なクラックが生じた場合であっても、クラックの位置が一致しないため、液絡を防止することができる。また、(e)〜(i)のように、樹脂層以外にも、アルミニウム、ニッケル、もしくは銅などの金属、またはこれらの合金等を含む金属層2を有してもよい。かような金属層を含むことにより、樹脂層内のイオン透過による双極型電極内の正極活物質層と負極活物質層との間の液絡を防ぐことができ、寿命特性が向上した長期信頼性に優れた双極型二次電池を構築できる。なお、樹脂層と金属層とを積層する方法としては、樹脂層に金属蒸着する方法、金属箔上に樹脂を融着する方法などが挙げられる。また、(d)および(f)〜(i)のように集電体が2つ以上の樹脂層または金属層を積層してなる場合、層の境界面での接触抵抗を低減したり、接着面の剥離を防ぐ観点から、2つの層は接着層3を介して接着されてもよい。かような接着層に使用される材料としては、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化チタンなどを含む金属酸化物系の導電性ペースト;カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラファイトなどを含むカーボン系の導電性ペーストが好ましく使用される。   An example of a preferred form of the current collector is shown in FIG. In FIG. 2, for example, as shown in (a), one type of conductive resin layer 1a may form a current collector alone, or as shown in (b) to (i) The form which laminated | stacked the resin layer (1a, 1b, 1c) which has the above electroconductivity may be sufficient. By laminating a plurality of resin layers in this manner, even if a minute crack occurs in each resin layer, the position of the crack does not match, so that a liquid junction can be prevented. Moreover, you may have the metal layer 2 containing metals, such as aluminum, nickel, or copper, or these alloys other than a resin layer like (e)-(i). By including such a metal layer, liquid junction between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer in the bipolar electrode due to ion permeation in the resin layer can be prevented, and long-term reliability with improved lifetime characteristics Bipolar secondary batteries with excellent performance can be constructed. In addition, as a method of laminating the resin layer and the metal layer, a method of depositing metal on the resin layer, a method of fusing resin on the metal foil, and the like can be mentioned. Further, when the current collector is formed by laminating two or more resin layers or metal layers as in (d) and (f) to (i), the contact resistance at the interface between the layers is reduced or the adhesion is performed. From the viewpoint of preventing peeling of the surface, the two layers may be bonded via the adhesive layer 3. Examples of the material used for such an adhesive layer include metal oxide-based conductive pastes including zinc oxide, indium oxide, and titanium oxide; and carbon-based conductive pastes including carbon black, carbon nanotubes, and graphite. Preferably used.

集電体の厚さは、軽量化により電池の出力密度を高める上では、薄い方が好ましい。双極型二次電池においては、双極型電極の正極活物質層と負極活物質層の間に存在する集電体は積層方向に水平な方向の電気抵抗が高くてもよいため、集電体の厚さを薄くすることが可能である。具体的には、集電体の厚さは、1〜200μmであることが好ましく、5〜150μmであることがより好ましく、10〜100μmであることがさらに好ましい。かような厚さを有することによって、出力特性に優れ、長期信頼性に優れた電池を構築できる。   The thickness of the current collector is preferably thinner in order to increase the output density of the battery by reducing the weight. In a bipolar secondary battery, the current collector existing between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer of the bipolar electrode may have a high electric resistance in the horizontal direction in the stacking direction. It is possible to reduce the thickness. Specifically, the thickness of the current collector is preferably 1 to 200 μm, more preferably 5 to 150 μm, and still more preferably 10 to 100 μm. By having such a thickness, it is possible to construct a battery having excellent output characteristics and excellent long-term reliability.

(正極活物質層)
正極活物質層は正極活物質を含む。正極活物質は、放電時にイオンを吸蔵し、充電時にイオンを放出する組成を有する。好ましい一例としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物であるリチウム−遷移金属複合酸化物が挙げられる。具体的には、LiCoOなどのLi・Co系複合酸化物、LiNiOなどのLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMnなどのLi・Mn系複合酸化物、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使用できる。これらリチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル特性に優れ、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可能である。この他、前記正極活物質としては、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、を用いることもできる。上記正極活物質は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material. The positive electrode active material has a composition that occludes ions during discharging and releases ions during charging. A preferable example is a lithium-transition metal composite oxide that is a composite oxide of a transition metal and lithium. Specifically, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, Li · Mn-based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4, Li · such LiFeO 2 Fe-based composite oxides and those obtained by replacing some of these transition metals with other elements can be used. These lithium-transition metal composite oxides are excellent in reactivity and cycle characteristics, and are low-cost materials. Therefore, it is possible to form a battery having excellent output characteristics by using these materials for electrodes. In addition, examples of the positive electrode active material include transition metal oxides such as LiFePO 4 and lithium phosphate compounds and sulfuric acid compounds; transition metal oxides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 , and sulfides. Materials; PbO 2 , AgO, NiOOH, etc. can also be used. The positive electrode active material may be used alone or in the form of a mixture of two or more.

正極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、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、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、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次粒子の平均粒子径が10nm〜1μmの範囲であるのが望ましいといえるが、本発明では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。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粒径および1次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径使用できる。なお、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。   The average particle diameter of the positive electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm, from the viewpoint of increasing the capacity, reactivity, and cycle durability of the positive electrode active material. Within such a range, the secondary battery can suppress an increase in the internal resistance of the battery during charging and discharging under high output conditions, and can extract a sufficient current. When the positive electrode active material is secondary particles, it can be said that the average particle diameter of the primary particles constituting the secondary particles is preferably in the range of 10 nm to 1 μm. It is not limited to. 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. As the particle diameter of the positive electrode active material and the particle diameter of the primary particles, a median diameter obtained using a laser diffraction method can be used. 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.

(負極活物質層)
負極活物質層は負極活物質を含む。負極活物質は、放電時にイオンを放出し、充電時にイオンを吸蔵できる組成を有する。負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されないが、負極活物質の例としては、SiやSnなどの金属、あるいはTiO、Ti、TiO、もしくはSiO、SiO、SnOなどの金属酸化物、Li4/3Ti5/3もしくはLiMnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Li−Pb系合金、Li−Al系合金、Li、または天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが好ましく挙げられる。また、負極活物質は、リチウムと合金化する元素を含むことが好ましい。リチウムと合金化する元素を用いることにより、従来の炭素系材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量および優れた出力特性の電池を得ることが可能となる。上記負極活物質は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material. The negative electrode active material has a composition capable of releasing ions during discharge and storing ions during charging. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly occlude and release lithium. Examples of the negative electrode active material include metals such as Si and Sn, TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , or Metal oxides such as SiO 2 , SiO, SnO 2 , complex oxides of lithium and transition metals such as Li 4/3 Ti 5/3 O 4 or Li 7 MnN, Li—Pb alloys, Li—Al alloys , Li, or carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, or hard carbon. Moreover, it is preferable that a negative electrode active material contains the element alloyed with lithium. By using an element that forms an alloy with lithium, it is possible to obtain a battery having a high capacity and an excellent output characteristic having a higher energy density than that of a conventional carbon-based material. The negative electrode active material may be used alone or in the form of a mixture of two or more.

上記のリチウムと合金化する元素としては、以下に制限されることはないが、具体的には、Si、Ge、Sn、Pb、Al、In、Zn、H、Ca、Sr、Ba、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、C、N、Sb、Bi、O、S、Se、Te、Cl等が挙げられる。これらの中でも、容量およびエネルギー密度に優れた電池を構成できる観点から、炭素材料、ならびに/またはSi、Ge、Sn、Pb、Al、In、およびZnからなる群より選択される少なくとも1種以上の元素を含むことが好ましく、炭素材料、Si、またはSnの元素を含むことが特に好ましい。これらは1種単独で使用しても良いし、2種以上を併用してもよい。   The element alloying with lithium is not limited to the following, but specifically, Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Cl, and the like. Among these, from the viewpoint of configuring a battery having excellent capacity and energy density, at least one selected from the group consisting of carbon materials and / or Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, and Zn. It is preferable to include an element, and it is particularly preferable to include an element of a carbon material, Si, or Sn. These may be used alone or in combination of two or more.

負極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、負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、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、負極活物質が2次粒子である場合には該2次粒子を構成する1次粒子の平均粒子径が10nm〜1μmの範囲であるのが望ましいといえるが、本発明では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、負極活物質が凝集、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。かかる負極活物質の粒径および1次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径使用できる。なお、負極活物質の形状は、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。   The average particle size of the negative electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the capacity, reactivity, and cycle durability of the negative electrode active material. Within such a range, the secondary battery can suppress an increase in the internal resistance of the battery during charging and discharging under high output conditions, and can extract a sufficient current. In addition, when the negative electrode active material is secondary particles, it can be said that the average particle diameter of primary particles constituting the secondary particles is desirably in the range of 10 nm to 1 μm. It is not limited to. However, it goes without saying that, depending on the manufacturing method, the negative electrode active material may not be a secondary particle formed by aggregation, lump or the like. As the particle diameter of the negative electrode active material and the particle diameter of the primary particles, a median diameter obtained by using a laser diffraction method can be used. The shape of the negative 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.

活物質層には、必要であれば、その他の物質が含まれてもよい。例えば、導電助剤、バインダ等が含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には、前記ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれてもよい。   The active material layer may contain other materials if necessary. For example, a conductive aid, a binder, and the like can be included. When an ion conductive polymer is included, a polymerization initiator for polymerizing the polymer may be included.

導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト等のカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF;登録商標)等の種々の炭素繊維、膨張黒鉛などが挙げられる。しかし、導電助剤がこれらに限定されないことはいうまでもない。   A conductive support agent means the additive mix | blended in order to improve the electroconductivity of an active material layer. Examples of the conductive aid include carbon powders such as acetylene black, carbon black, ketjen black, and graphite, various carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF; registered trademark), expanded graphite, and the like. However, it goes without saying that the conductive aid is not limited to these.

バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリイミド、PTFE、SBR、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。しかし、バインダがこれらに限定されないことはいうまでもない。また、バインダとゲル電解質として用いるマトリックスポリマーとが同じ場合には、バインダを使用する必要はない。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyimide, PTFE, SBR, and a synthetic rubber binder. However, it goes without saying that the binder is not limited to these. When the binder and the matrix polymer used as the gel electrolyte are the same, it is not necessary to use a binder.

活物質層に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。活物質層の厚さについても特に制限はなく、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、活物質層の厚さは、好ましくは10〜100μm程度であり、より好ましくは20〜50μmである。活物質層が10μm程度以上であれば、電池容量が充分に確保されうる。一方、活物質層が100μm程度以下であれば、電極深部(集電体側)にリチウムイオンが拡散しにくくなることに伴う内部抵抗の増大という問題の発生が抑制されうる。   The compounding ratio of the components contained in the active material layer is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries. The thickness of the active material layer is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the lithium ion secondary battery can be appropriately referred to. As an example, the thickness of the active material layer is preferably about 10 to 100 μm, and more preferably 20 to 50 μm. If the active material layer is about 10 μm or more, the battery capacity can be sufficiently secured. On the other hand, if the active material layer is about 100 μm or less, it is possible to suppress the occurrence of the problem of an increase in internal resistance due to the difficulty in diffusing lithium ions in the electrode deep part (current collector side).

集電体表面上への正極活物質層(または負極活物質層)の形成方法は、特に制限されず、公知の方法が同様にして使用できる。例えば、上記したように、正極活物質(または負極活物質)、ならびに必要であれば、イオン伝導性を高めるための電解質塩、電子伝導性を高めるための導電助剤、およびバインダを、適当な溶剤に分散、溶解などして、正極活物質スラリー(または負極活物質スラリー)を調製する。これを集電体上に塗布、乾燥して溶剤を除去した後、プレスすることによって、正極活物質層(または負極活物質層)が集電体上に形成される。この際、溶剤としては、特に制限されないが、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、シクロヘキサン、ヘキサンなどが用いられうる。バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を採用する場合には、NMPを溶媒として用いるとよい。   The method for forming the positive electrode active material layer (or the negative electrode active material layer) on the current collector surface is not particularly limited, and known methods can be used in the same manner. For example, as described above, a positive electrode active material (or a negative electrode active material) and, if necessary, an electrolyte salt for increasing ion conductivity, a conductive auxiliary agent for increasing electron conductivity, and a binder are appropriately used. A positive electrode active material slurry (or a negative electrode active material slurry) is prepared by dispersing and dissolving in a solvent. This is applied onto a current collector, dried to remove the solvent, and then pressed to form a positive electrode active material layer (or negative electrode active material layer) on the current collector. In this case, the solvent is not particularly limited, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide, cyclohexane, hexane and the like can be used. When adopting polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, NMP is preferably used as a solvent.

上記方法において、正極活物質スラリー(または負極活物質スラリー)を集電体上に塗布・乾燥した後、プレスする。この際、プレス条件を調節することにより、正極活物質層(または負極活物質層)の空隙率が制御されうる。   In the above method, the positive electrode active material slurry (or the negative electrode active material slurry) is applied onto the current collector, dried, and then pressed. At this time, the porosity of the positive electrode active material layer (or the negative electrode active material layer) can be controlled by adjusting the pressing conditions.

プレス処理の具体的な手段やプレス条件は特に制限されず、プレス処理後の正極活物質層(または負極活物質層)の空隙率が所望の値となるように、適宜調節されうる。プレス処理の具体的な形態としては、例えば、ホットプレス機やカレンダーロールプレス機などが挙げられる。また、プレス条件(温度、圧力など)も特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。   Specific means and press conditions for the press treatment are not particularly limited, and can be appropriately adjusted so that the porosity of the positive electrode active material layer (or the negative electrode active material layer) after the press treatment becomes a desired value. Specific examples of the press process include a hot press machine and a calendar roll press machine. Also, the pressing conditions (temperature, pressure, etc.) are not particularly limited, and conventionally known knowledge can be referred to as appropriate.

[電解質層]
電解質層は、電極間でリチウムイオンの移動する際の媒体としての機能を有する。本形態において、電解質層を構成する電解質は、電解液として溶媒を含むものであれば特に制限はなく、従来公知の液体電解質および高分子ゲル電解質を適宜採用することができる。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer has a function as a medium when lithium ions move between the electrodes. In this embodiment, the electrolyte constituting the electrolyte layer is not particularly limited as long as it contains a solvent as the electrolytic solution, and conventionally known liquid electrolytes and polymer gel electrolytes can be appropriately employed.

液体電解質は、溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解したものである。溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、プロピオン酸メチル(MP)、酢酸メチル(MA)、ギ酸メチル(MF)、4−メチルジオキソラン(4MeDOL)、ジオキソラン(DOL)、2−メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)、テトラヒドロフラン(THF)、ジメトキシエタン(DME)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、およびγ−ブチロラクトン(GBL)などが挙げられる。これらの溶媒は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせた混合物として使用してもよい。   The liquid electrolyte is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in a solvent. Examples of the solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propionate (MP), methyl acetate (MA), and methyl formate (MF). 4-methyldioxolane (4MeDOL), dioxolane (DOL), 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF), tetrahydrofuran (THF), dimethoxyethane (DME), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC) , And γ-butyrolactone (GBL). These solvents may be used alone or as a mixture of two or more.

また、支持塩(リチウム塩)としては、特に制限はないが、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiSbF、LiAlCl、Li10Cl10、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF、LiSCN等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、LiBOB(リチウムビスオキサイドボレート)、LiBETI(リチウムビス(パーフルオロエチレンスルホニルイミド);Li(CSONとも記載)等の有機酸陰イオン塩などが挙げられる。これらの電解質塩は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。 As the supporting salt (lithium salt) is not particularly limited, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10, LiI, LiBr, LiCl Inorganic acid anion salts such as LiAlCl, LiHF 2 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiBOB (lithium bisoxide borate), LiBETI (lithium bis (perfluoroethylenesulfonylimide); And organic acid anion salts such as Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N). These electrolyte salts may be used alone or in the form of a mixture of two or more.

一方、高分子ゲル電解質は、リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー(PEO)、ポリプロピレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸エステル、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(PVdF−HFP)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリ(メチルアクリレート)(PMA)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)などが挙げられる。また、上記のポリマー等の混合物、変成体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体なども使用できる。これらのうち、PEO、PPOおよびそれらの共重合体、PVdF、PVdF−HFPを用いることが望ましい。かようなマトリックスポリマーには、リチウム塩等の電解質塩がよく溶解しうる。また、マトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発揮しうる。   On the other hand, the polymer gel electrolyte has a configuration in which the above liquid electrolyte is injected into a matrix polymer having lithium ion conductivity. Examples of the matrix polymer having lithium ion conductivity include a polymer having polyethylene oxide in the main chain or side chain (PEO), a polymer having polypropylene oxide in the main chain or side chain (PPO), polyethylene glycol (PEG), poly Acrylonitrile (PAN), polymethacrylic acid ester, polyvinylidene fluoride (PVdF), copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVdF-HFP), polyacrylonitrile (PAN), poly (methyl acrylate) (PMA), poly (Methyl methacrylate) (PMMA) etc. are mentioned. In addition, mixtures of the above-described polymers, modified products, derivatives, random copolymers, alternating copolymers, graft copolymers, block copolymers, and the like can also be used. Among these, it is desirable to use PEO, PPO and their copolymers, PVdF, PVdF-HFP. In such a matrix polymer, an electrolyte salt such as a lithium salt can be well dissolved. In addition, the matrix polymer can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure.

なお、電解質層が液体電解質や高分子ゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、微孔性ポリエチレンフィルム、微孔性ポリプロピレンフィルム、微孔性エチレン−プロピレンコポリマーフィルムなどのポリオレフィン系樹脂、ならびにアラミド、ポリイミド、セルロースなどの多孔膜または不織布、これらの積層体などが挙げられる。これらは、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効果を有する。他に、ポリオレフィン系樹脂不織布またはポリオレフィン系樹脂多孔膜を補強材層に用い、前記補強材層中にフッ化ビニリデン樹脂化合物を充填した複合樹脂膜なども挙げられる。   In addition, when an electrolyte layer is comprised from a liquid electrolyte or a polymer gel electrolyte, you may use a separator for an electrolyte layer. Specific examples of the separator include, for example, a polyolefin resin such as a microporous polyethylene film, a microporous polypropylene film, and a microporous ethylene-propylene copolymer film, and a porous film or nonwoven fabric such as aramid, polyimide, and cellulose, These laminated bodies etc. are mentioned. These have the effect that the reactivity with the electrolyte (electrolytic solution) can be kept low. In addition, a composite resin film in which a polyolefin-based resin nonwoven fabric or a polyolefin-based resin porous film is used as a reinforcing material layer, and the reinforcing material layer is filled with a vinylidene fluoride resin compound may be used.

本形態の双極型二次電池は、集電体に含まれるいずれか1つの樹脂層の基材を形成する樹脂の溶解度パラメータ(SP)と、電解液に含まれる溶媒の溶解度パラメータ(SP)との差の絶対値を1.9以上とすることを特徴とする。溶解度パラメータの差の絶対値がかような範囲内にある樹脂と溶媒との組み合わせることによって、該溶媒を含む電解液が該樹脂を含む集電体に浸透するのを防ぐことができる。すなわち、電解液が電解質層から離脱することを防ぐことができ、電極間の電解液が不足するという従来の問題を解決することができる。 Bipolar secondary battery of this embodiment, the solubility parameters of the resin forming the base material of any one of the resin layer included in the current collector and (SP 1), the solubility parameter of the solvent contained in the electrolytic solution (SP 2 The absolute value of the difference from) is 1.9 or more. By combining a resin and a solvent in which the absolute value of the solubility parameter difference is within such a range, the electrolyte containing the solvent can be prevented from penetrating into the current collector containing the resin. That is, it is possible to prevent the electrolytic solution from separating from the electrolyte layer, and to solve the conventional problem that the electrolytic solution between the electrodes is insufficient.

溶解度パラメータ(SP値)は、一般に、2成分系溶液または溶媒−溶質の溶解度の目安として使用されている。そして、2つの成分の溶解度パラメータ値の差が小さいほど、溶解度が大きくなることが経験的に知られている。なお、本明細書において、樹脂の溶解度パラメータ(SP)は、原子団寄与法(Van Kreveren法)を用いて得られた値を採用するものとする。また、溶媒の溶解度パラメータ(SP)はHansenの溶解度パラメータによる値を採用するものとする。 The solubility parameter (SP value) is generally used as a measure of the solubility of a binary solution or solvent-solute. It is empirically known that the solubility increases as the difference between the solubility parameter values of the two components decreases. In the present specification, the value obtained by using the atomic group contribution method (Van Keveren method) is adopted as the solubility parameter (SP 1 ) of the resin. Further, the value of the solubility parameter (SP 2 ) of the solvent adopts the Hansen solubility parameter.

本形態における樹脂は、上述のように、非導電性高分子材料または導電性高分子材料を1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせた混合物とすることもできる。後者の2種以上の高分子材料を組み合わせた混合物とする際には、その混合形態は、以下の2つの形態がありうる。第1の混合形態は、2種以上の高分子材料が分子レベルで混合されている場合である。この場合における樹脂の溶解度パラメータ(SP)は、各高分子材料の溶解度パラメータに各含有割合(w/w)を乗じた値の総和、すなわち下記式により算出される値を採用する。 As described above, the resin in this embodiment may be a single type of non-conductive polymer material or conductive polymer material, or a mixture of two or more types. When the mixture of the latter two or more polymer materials is used, the mixed form may have the following two forms. The first mixed form is a case where two or more polymer materials are mixed at the molecular level. The resin solubility parameter (SP 1 ) in this case employs the sum of values obtained by multiplying the solubility parameter of each polymer material by each content ratio (w / w), that is, a value calculated by the following equation.

Figure 0005417867
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上記式中、A(A、A・・・A)は各高分子材料の溶解度パラメータを表し、X(X、X・・・X)は樹脂全体に対する各高分子材料の含有割合(w/w)を表し、mは混合される単一高分子材料の種類数を表わす。 In the above formula, A k (A 1 , A 2 ... A m ) represents the solubility parameter of each polymer material, and X k (X 1 , X 2 ... X m ) represents each polymer for the entire resin. It represents the content ratio (w / w) of the material, and m represents the number of types of single polymer materials to be mixed.

一方、第2の混合形態は、主成分である高分子材料中に、副成分である高分子材料が局在化(例えば、点在)している場合である。ここで、「主成分である」とは、樹脂全体に対して50質量%を超えて、好ましくは60質量%以上、含有されることを意味する。かような形態においては、樹脂の溶解度パラメータ(SP)は主成分である高分子材料の溶解度パラメータの値を採用するものとする。なお、「主成分である高分子材料」が、2種以上の高分子材料が分子レベルで混合されてなる場合は、第1の混合形態の定義から算出された値が「主成分である高分子材料」の溶解度パラメータとなる。そして、第2の混合形態の定義により、該溶解度パラメータの値が、樹脂の溶解度パラメータとなるのである。 On the other hand, the second mixed form is a case where the polymer material as the subcomponent is localized (for example, scattered) in the polymer material as the main component. Here, “main component” means that it is contained in an amount exceeding 50% by mass, preferably 60% by mass or more, based on the entire resin. In such a form, the value of the solubility parameter (SP 1 ) of the resin adopts the value of the solubility parameter of the polymer material as the main component. Note that when the “polymer material as the main component” is formed by mixing two or more types of polymer materials at the molecular level, the value calculated from the definition of the first mixed form is “high value as the main component”. It becomes the solubility parameter of “molecular material”. Then, according to the definition of the second mixing form, the value of the solubility parameter becomes the solubility parameter of the resin.

本形態における溶媒は、上述のように、単一溶媒を1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせた混合物として使用してもよい。後者の2種以上の単一溶媒を組み合わせた混合物とする際の溶媒の溶解度パラメータ(SP)は、各単一溶媒の溶解度パラメータに各含有割合(w/w)を乗じた値の総和、下記式により算出される値を採用する。 As above-mentioned, the solvent in this form may use a single solvent individually by 1 type, and may be used as a mixture which combined 2 or more types. The solubility parameter (SP 2 ) of the solvent when the latter two or more single solvents are combined is the sum of the values obtained by multiplying the solubility parameter of each single solvent by each content ratio (w / w), The value calculated by the following formula is adopted.

Figure 0005417867
Figure 0005417867

上記式中、B(B、B・・・B)は各単一溶媒の溶解度パラメータを表し、Y(Y、Y・・・Y)は溶媒全体に対する各単一溶媒の含有割合(w/w)を表し、nは混合される単一溶媒の種類数を表わす。 In the above formula, B 1 (B 1 , B 2 ... B n ) represents the solubility parameter of each single solvent, and Y 1 (Y 1 , Y 2 ... Y n ) represents each single solvent relative to the whole solvent. It represents the content ratio (w / w) of the solvent, and n represents the number of single solvents to be mixed.

集電体に2以上の樹脂層が含まれ、それぞれの樹脂層が異なる樹脂材料を基材とする場合においては、各々の樹脂の溶解度パラメータと溶媒の溶解度パラメータとの差の絶対値のうち最も大きい値が1.9以上であればよい。   When the current collector includes two or more resin layers and each resin layer is based on a different resin material, the absolute value of the difference between the solubility parameter of each resin and the solubility parameter of the solvent is the most. The large value should just be 1.9 or more.

さらに、樹脂への溶媒の浸透を低減し、電池容量の低減を抑制するためには、樹脂の溶解度パラメータ(SP)は、溶媒の溶解度パラメータ(SP)よりも、1.9以上大きいことが好ましい。集電体に2以上の樹脂層が含まれ、それぞれの樹脂層が異なる樹脂材料を基材とする場合においては、各々の樹脂のSPのうち最も大きい値と溶媒のSPとの差を算出するものとする。 Furthermore, in order to reduce the penetration of the solvent into the resin and suppress the battery capacity reduction, the resin solubility parameter (SP 1 ) should be 1.9 or more larger than the solvent solubility parameter (SP 2 ). Is preferred. In the case where the current collector includes two or more resin layers and each resin layer is based on a different resin material, the difference between the largest value of SP 1 of each resin and the SP 2 of the solvent is It shall be calculated.

本形態においては、溶解度パラメータの差が上記範囲にあるものであれば、樹脂と溶媒との組み合わせは特に制限はない。好ましい組み合わせの一例を挙げると、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、およびポリアクリロニトリルからなる群から選択される少なくとも1種を含む樹脂と、ジメチルカーボネートを含む溶媒との組み合わせである。   In this embodiment, the combination of the resin and the solvent is not particularly limited as long as the difference in solubility parameter is within the above range. An example of a preferable combination is a combination of a resin containing at least one selected from the group consisting of polyimide, polyethylene terephthalate, polyamide, and polyacrylonitrile and a solvent containing dimethyl carbonate.

[シール部]
シール部(絶縁層)層は、集電体同士の接触や単電池層の端部における短絡を防止する機能を有する。シール部を構成する材料としては、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等を有するものであればよい。例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴム等が用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性等の観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が、絶縁層の構成材料として好ましく用いられる。
[Seal part]
The seal portion (insulating layer) layer has a function of preventing contact between current collectors and a short circuit at the end of the single cell layer. As a material constituting the seal portion, any material having insulating properties, sealability against falling off of solid electrolyte, sealability against moisture permeation from the outside (sealing property), heat resistance under battery operating temperature, etc. Good. For example, urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber and the like can be used. Of these, polyethylene resin and polypropylene resin are preferably used as the constituent material of the insulating layer from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming property), economy, and the like.

[電池外装材]
電池外装材としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。本発明では、高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用等の大型機器用電池に好適に利用することができるラミネートフィルムが望ましい。
[Battery exterior materials]
As the battery exterior material, a conventionally known metal can case can be used, and a bag-like case using a laminate film containing aluminum that can cover the power generation element can be used. For example, a laminate film having a three-layer structure in which polypropylene, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used as the laminate film, but the laminate film is not limited thereto. In the present invention, it is desirable to use a laminate film that is excellent in high output and cooling performance and can be suitably used for batteries for large equipment such as EV and HEV.

<組電池>
本形態の複数の双極型二次電池を直列または並列に電気的に接続することによって組電池とすることができる。このように、複数の電池を直列または並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
<Battery assembly>
An assembled battery can be obtained by electrically connecting a plurality of bipolar secondary batteries of this embodiment in series or in parallel. Thus, it becomes possible to adjust a capacity | capacitance and a voltage freely by parallelizing a some battery in series or in parallel.

図3は、本発明に係る組電池の代表的な実施形態の外観図であって、図3Aは組電池の平面図であり、図3Bは組電池の正面図であり、図3Cは組電池の側面図である。   FIG. 3 is an external view of a typical embodiment of the assembled battery according to the present invention, FIG. 3A is a plan view of the assembled battery, FIG. 3B is a front view of the assembled battery, and FIG. 3C is an assembled battery. FIG.

図3に示すように、本発明に係る組電池300は、本発明の双極型二次電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池250を形成している。この装脱着可能な小型の組電池250をさらに複数、直列にまたは並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池300を形成することもできる。図3Aは、組電池の平面図、図3Aは正面図、図3Cは側面図を示しているが、作成した装脱着可能な小型の組電池250は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池250は接続治具310を用いて複数段積層される。何個の双極型二次電池を接続して組電池250を作製するか、また、何段の組電池250を積層して組電池300を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。   As shown in FIG. 3, an assembled battery 300 according to the present invention forms a small assembled battery 250 that can be attached and detached by connecting a plurality of bipolar secondary batteries of the present invention in series or in parallel. A large capacity and large output suitable for a vehicle driving power source and an auxiliary power source that require a high volume energy density and a high volume output density by connecting a plurality of these detachable small assembled batteries 250 in series or in parallel. It is also possible to form an assembled battery 300 having 3A is a plan view of the assembled battery, FIG. 3A is a front view, and FIG. 3C is a side view. The small assembled battery 250 that can be attached and detached is provided with an electrical connection means such as a bus bar. The assembled battery 250 is stacked in a plurality of stages using the connection jig 310. How many bipolar secondary batteries are connected to produce the assembled battery 250, and how many assembled batteries 250 are laminated to produce the assembled battery 300 depends on the vehicle (electric vehicle) to be mounted. It may be determined according to the battery capacity and output.

<車両>
本発明の車両は、本発明のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を搭載したことを特徴とするものである。本発明では、長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。言い換えれば、本発明のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池は、車両の駆動用電源として用いられうる。本発明のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
<Vehicle>
The vehicle of the present invention is characterized in that the lithium ion battery of the present invention or an assembled battery formed by combining a plurality of these is mounted. In the present invention, since a battery having a long life with excellent long-term reliability and output characteristics can be configured, a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV mileage or an electric vehicle having a long charge mileage can be formed by mounting such a battery. . In other words, the lithium ion battery of the present invention or an assembled battery formed by combining a plurality of these can be used as a power source for driving a vehicle. The lithium ion battery of the present invention or an assembled battery obtained by combining a plurality of these batteries is a vehicle, for example, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle (all automobiles such as automobiles, commercial vehicles such as passenger cars, trucks, and buses, This is because it can be used for motorcycles (including motorcycles) and tricycles (in addition to mini vehicles, etc.)) to provide a long-life and highly reliable vehicle. However, the application is not limited to automobiles. For example, it can be applied to various power sources for moving vehicles such as other vehicles, for example, trains, and power sources for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use as.

図4は、本発明の組電池を搭載した車両の概念図である。図4に示したように、組電池300を電気自動車400のような車両に搭載するには、電気自動車400の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池300を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池300を用いた電気自動車400は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。本発明の組電池を搭載した車両としては、図4に示すような電気自動車のほか、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに幅広く適用できるものである。   FIG. 4 is a conceptual diagram of a vehicle equipped with the assembled battery of the present invention. As shown in FIG. 4, in order to mount the assembled battery 300 on a vehicle such as the electric vehicle 400, the battery pack 300 is mounted under the seat at the center of the vehicle body of the electric vehicle 400. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery 300 is mounted is not limited to the position under the seat, but may be a lower part of the rear trunk room or an engine room in front of the vehicle. The electric vehicle 400 using the assembled battery 300 as described above has high durability and can provide sufficient output even when used for a long period of time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and running performance. A vehicle equipped with the assembled battery of the present invention can be widely applied to a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle and the like in addition to an electric vehicle as shown in FIG.

本発明の作用効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。以下では、まず各種樹脂を用いた集電体への電解液の浸透評価を行った。そして、次に各種集電体を用いて双極型二次電池を作成し、放電容量保持率を測定した。   The effect of this invention is demonstrated using a following example and a comparative example. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples. In the following, first, evaluation of penetration of the electrolyte into the current collector using various resins was performed. Then, a bipolar secondary battery was prepared using various current collectors, and the discharge capacity retention rate was measured.

<電解液の集電体への浸透評価>
10cm角に切り出した厚さ100μmの集電体2枚ずつを、ドライ雰囲気下で3辺を厚物ガゼット用ポリシーラー(FT―230)を用いてシールした。そして、シールしていない残りの1辺より溶媒を5cc添加し、この1辺をシールすることによって、集電体で構成された電解液入りの袋を作製した。作製した袋を均等に並べ、一定時間経過後に重さを測定し、溶媒の残存率を算出した。なお、使用した樹脂および溶媒の組み合わせは表1の通りである。
<Evaluation of penetration of electrolyte into current collector>
Two current collectors each having a thickness of 100 μm cut into 10 cm squares were sealed using a thick gusset policyler (FT-230) in a dry atmosphere. Then, 5 cc of a solvent was added from the remaining one side that was not sealed, and this one side was sealed, thereby producing a bag containing an electrolyte solution constituted by a current collector. The produced bags were evenly arranged, the weight was measured after a certain time, and the residual ratio of the solvent was calculated. The combinations of resins and solvents used are shown in Table 1.

Figure 0005417867
Figure 0005417867

表1の結果より、樹脂の溶解度パラメータ(SP)と溶媒の溶解度パラメータ(SP)との差の絶対値が1.9以上である製造例1〜4、6〜、参考製造例5は、3日後の溶媒の残存率が100%であった。一方、絶対値の差が1.9未満である比較製造例1〜4は、3日後の溶媒の残存率が著しく低かった。比較製造例1〜4における溶媒の残存率が低いのは、溶媒が樹脂に浸透し、袋の外側に溶媒が揮発することによって、袋中の溶媒量が減少したことを意味する。逆に製造例1〜4、6〜、参考製造例5では、溶媒が樹脂に浸透しにくいため、溶媒の揮発がほとんど起こらないものと考えられた。 Table than one result, the solubility parameter of the resin (SP 1) and the solubility parameter of the solvent (SP 2) Preparation absolute value is 1.9 or more of the difference between 1 4,6~ 8, Reference Example 5 The solvent remaining rate after 3 days was 100%. On the other hand, in Comparative Production Examples 1 to 4 in which the difference in absolute value was less than 1.9, the residual ratio of the solvent after 3 days was remarkably low. The low residual ratio of the solvent in Comparative Production Examples 1 to 4 means that the solvent penetrates into the resin and the solvent volatilizes outside the bag, thereby reducing the amount of solvent in the bag. On the contrary, in Production Examples 1 to 4 , 6 to 8 and Reference Production Example 5 , it was considered that the solvent hardly volatilizes because the solvent hardly penetrates into the resin.

<双極型二次電池の放電容量保持率の評価>
(双極型電極の作製)
アセチレンブラック(AB)(導電助剤)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)(バインダ)、平均粒子径5μmリチウムニッケル酸化物系活物質(LiNiO2)およびNMPを用いて、正極層用スラリーを作製した。各成分の配合比は、リチウムニッケル酸化物系活物質:AB:PVDF=86:6:8(質量比)である。また、アセチレンブラック(AB)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ハードカーボンおよびNMPを用いて、負極層用スラリーを作製した。各成分の配合比は、ハードカーボン:AB:PVDF=85:5:10(質量比)である。
<Evaluation of discharge capacity retention rate of bipolar secondary battery>
(Production of bipolar electrode)
A positive electrode layer slurry was prepared using acetylene black (AB) (conducting aid), polyvinylidene fluoride (PVDF) (binder), an average particle size of 5 μm lithium nickel oxide based active material (LiNiO 2) and NMP. The compounding ratio of each component is lithium nickel oxide active material: AB: PVDF = 86: 6: 8 (mass ratio). Moreover, the slurry for negative electrode layers was produced using acetylene black (AB), polyvinylidene fluoride (PVdF), hard carbon, and NMP. The compounding ratio of each component is hard carbon: AB: PVDF = 85: 5: 10 (mass ratio).

導電性フィラーであるカーボンブラックを含む導電性を有する樹脂層を含む集電体(厚さ100μm)を準備した。集電体が複数層からなる場合は、各層の厚みが5μm以上で、かつ全体の厚さが100μmとなるように調整した。導電性フィラーとしてカーボンブラックを用いる場合には、適切な体積抵抗率となるように、高分子材料および導電性フィラーの合計に対してカーボン粒子を3〜40質量%程度添加した。各実施例および比較例における集電体の形態は表2の通りである。調製した正極活物質スラリーを集電体の一方の面に塗布し、乾燥させることによって、厚さ30μmの正極活物質層を形成した。また、集電体の他方の面に負極活物質スラリーを塗布し、乾燥させることによって、厚さ20μmの負極活物質層を形成した。かようにして集電体の一方の面に正極活物質層を、他方の面に負極活物質層を形成した積層体を得た。   A current collector (thickness: 100 μm) including a conductive resin layer containing carbon black as a conductive filler was prepared. When the current collector was composed of a plurality of layers, the thickness of each layer was adjusted to 5 μm or more and the total thickness was adjusted to 100 μm. When carbon black is used as the conductive filler, about 3 to 40% by mass of carbon particles is added to the total of the polymer material and the conductive filler so as to obtain an appropriate volume resistivity. Table 2 shows the form of the current collector in each example and comparative example. The prepared positive electrode active material slurry was applied to one surface of the current collector and dried to form a positive electrode active material layer having a thickness of 30 μm. In addition, a negative electrode active material slurry was applied to the other surface of the current collector and dried to form a negative electrode active material layer having a thickness of 20 μm. Thus, the laminated body which formed the positive electrode active material layer in the one surface of the electrical power collector, and formed the negative electrode active material layer in the other surface was obtained.

得られた正極活物質層・集電体・負極活物質層の積層体を160×130(mm)の大きさに切り取り、外縁から10mmの外周部に形成された正極活物質層および負極活物質層を剥がし取ることにより、集電体である導電性を有する樹脂層表面を露出した。これにより、各活物質層面が140×110(mm)であり、外縁から10mmの外周部の導電性を有する樹脂層が露出した双極型電極を得た。   The obtained positive electrode active material layer / current collector / negative electrode active material layer laminate was cut into a size of 160 × 130 (mm) and formed on the outer periphery of 10 mm from the outer edge and the negative electrode active material layer and the negative electrode active material By peeling off the layer, the surface of the conductive resin layer as a current collector was exposed. As a result, a bipolar electrode was obtained in which each active material layer surface was 140 × 110 (mm) and the conductive resin layer on the outer peripheral portion 10 mm from the outer edge was exposed.

(双極型二次電池の作製)
得られた双極型電極の、正極活物質層が形成された面の導電性を有する樹脂層露出部分(電極未塗布部分)に、シール用シート(PP/PEN/PPを積層した3層構造品)を配置した。次に、170×140(mm)の樹脂系セパレータ(宇部興産製微多孔膜)を正極活物質層が形成された側の双極型電極が全て覆われるように配置した。その後、電極未塗布部に対応するセパレータ上にシール用シートを配置し、その上から、双極型電極を負極面を重ねた。かようにして、双極型電極(負極活物質層・集電体・正極活物質層)・セパレータ・双極型電極(負極活物質層・集電体・正極活物質層)・・・セパレータ・双極型電極(負極活物質層・集電体・正極活物質層)、の順番で、双極型電極13枚をセパレータを介して積層し、シールすることによって、単電池層が12個積層された双極型二次電池構造体を作製した。
(Production of bipolar secondary battery)
Three-layer structure product in which a sheet for sealing (PP / PEN / PP is laminated) on the exposed resin layer exposed portion (electrode uncoated portion) of the surface of the obtained bipolar electrode on which the positive electrode active material layer is formed ) Was placed. Next, a 170 × 140 (mm) resin separator (a microporous membrane manufactured by Ube Industries) was disposed so as to cover all the bipolar electrodes on the side where the positive electrode active material layer was formed. Then, the sheet | seat for sealing was arrange | positioned on the separator corresponding to an electrode non-application part, and the negative electrode surface was piled up from it on it. Thus, a bipolar electrode (negative electrode active material layer / current collector / positive electrode active material layer) / separator / bipolar electrode (negative electrode active material layer / current collector / positive electrode active material layer)... Separator / bipolar A bipolar electrode in which 12 cell layers are laminated by laminating and sealing 13 bipolar electrodes via a separator in the order of the type electrode (negative electrode active material layer / current collector / positive electrode active material layer). A type secondary battery structure was produced.

電解液として、ジエチレンカーボネート(DEC)またはプロピレンカーボネート(PC)にリチウム塩であるLiPFが1.0Mの濃度に溶解した溶液を準備した。そして、上記の双極型二次電池構造体を、電解液に含浸し、双極型電極間に配されたセパレータに保持させることにより、電解質層を形成した。 As an electrolytic solution, a solution was prepared by dissolving LiPF 6 as a lithium salt in diethylene carbonate (DEC) or propylene carbonate (PC) at a concentration of 1.0M. And the electrolyte layer was formed by impregnating said bipolar secondary battery structure in electrolyte solution, and making it hold | maintain on the separator distribute | arranged between bipolar electrodes.

かようにして電解質層を形成後、双極型二次電池構造体を直列になるように4つ重ね、電流取り出し用のアルミタブを挟み、外装材としてアルミラミネートフィルムを用いて真空密封することで、48直列の双極型二次電池モジュールを作成した。   After forming the electrolyte layer in this way, four bipolar secondary battery structures are stacked in series, sandwiched between aluminum tabs for current extraction, and vacuum sealed using an aluminum laminate film as an exterior material, 48 series bipolar secondary battery modules were prepared.

(充放電サイクル)
上記の方法で作製した各双極型二次電池について、25℃の雰囲気下、定電流方式(CC、電流:5C)で200Vまで充電し、10分間休止させた後、定電流(CC、電流:5C)で120Vまで放電し、放電後10分間休止させた。この充放電過程を1サイクルとし、10サイクルの充放電試験を行い、放電容量保持率を調べた。結果を下記の表2に示す。なお、表2において「放電容量保持率」は、1サイクル目の放電容量に対する10サイクル目の放電容量の割合を表す(百分率表示)。
(Charge / discharge cycle)
Each bipolar secondary battery manufactured by the above method is charged to 200 V by a constant current method (CC, current: 5C) in an atmosphere at 25 ° C., and is allowed to rest for 10 minutes. Then, the constant current (CC, current: 5C), the battery was discharged to 120V and rested for 10 minutes after the discharge. This charging / discharging process was made into 1 cycle, the charging / discharging test of 10 cycles was done, and discharge capacity retention was investigated. The results are shown in Table 2 below. In Table 2, “discharge capacity retention ratio” represents the ratio of the discharge capacity at the 10th cycle to the discharge capacity at the 1st cycle (expressed as a percentage).

Figure 0005417867
Figure 0005417867

表2より、樹脂の溶解度パラメータ(SP)と溶媒の溶解度パラメータ(SP)との差の絶対値が1.9以上である実施例1、3〜5、参考例2(製造例1、〜8、参考製造例5に対応)では、10サイクル後の放電容量保持率が70%以上と非常に優れていた。一方、絶対値の差が1.9以下である比較例1および2(比較製造例1および3に対応)では、放電容量保持率が著しく低かった。以上の結果より、実施例1、3〜5、参考例2では、樹脂への溶媒の浸透が効果的に抑制されることによって、電極間での電解液不足によって引き起こされる放電容量の低減が抑えられるものと考えられた。 From Table 2, the absolute value of 1.9 or more is example of the difference between the solubility parameter of the resin (SP 1) and the solubility parameter of the solvent (SP 2) 1, 3 to 5, Reference Example 2 (Production Example 1, 6-8, the corresponding) reference production example 5, the discharge capacity retention after 10 cycles was excellent and 70%. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 (corresponding to Comparative Production Examples 1 and 3) in which the difference in absolute value was 1.9 or less, the discharge capacity retention rate was remarkably low. From the above results, in Examples 1, 3 to 5, and Reference Example 2 , the penetration of the solvent into the resin is effectively suppressed, so that the reduction of the discharge capacity caused by the lack of electrolyte between the electrodes is suppressed. It was thought that

1a、1b、1c 導電性を有する樹脂層、
2 金属層、
3 接着層、
10 双極型二次電池、
11 集電体、
11a 正極側の最外層集電体、
11b 負極側の最外層集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 発電要素、
23 双極型電極、
25 正極集電板、
27 負極集電板、
29 ラミネートフィルム、
31 シール部、
250 小型の組電池、
300 組電池、
310 接続治具、
400 車両。
1a, 1b, 1c conductive resin layer,
2 metal layers,
3 Adhesive layer,
10 Bipolar secondary battery,
11 Current collector,
11a The outermost layer current collector on the positive electrode side,
11b The outermost layer current collector on the negative electrode side,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21 power generation elements,
23 Bipolar electrode,
25 positive current collector,
27 negative current collector,
29 Laminated film,
31 seal part,
250 small battery pack,
300 battery packs,
310 connection jig,
400 vehicles.

Claims (3)

樹脂を基材とする導電性を有する樹脂層を含む集電体、
前記集電体の一方の面に形成された正極活物質層、および
前記集電体の他方の面に形成された負極活物質層を有する双極型電極と、
支持塩および溶媒を含む電解質層と、が積層されてなる発電要素を有する双極型リチウムイオン二次電池であって、
前記集電体に含まれるいずれか1つの樹脂層の基材を形成する樹脂の溶解度パラメータ(SP)が、前記溶媒の溶解度パラメータ(SP)よりも1.9以上大きい、双極型リチウムイオン二次電池。
A current collector comprising a resin layer having conductivity based on a resin;
A bipolar electrode having a positive electrode active material layer formed on one surface of the current collector, and a negative electrode active material layer formed on the other surface of the current collector;
A bipolar lithium ion secondary battery having a power generation element formed by laminating an electrolyte layer containing a supporting salt and a solvent,
Bipolar lithium ion in which the solubility parameter (SP 1 ) of the resin forming the base material of any one resin layer included in the current collector is 1.9 or more larger than the solubility parameter (SP 2 ) of the solvent Secondary battery.
前記集電体が、複数の前記樹脂層を含む、請求項1に記載の双極型リチウムイオン二次電池。 The bipolar lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the current collector includes a plurality of the resin layers. 前記樹脂は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、およびポリアクリロニトリルからなる群から選択される少なくとも1種を含み、
前記溶媒は、ジメチルカーボネートを含む、請求項1または2に記載の双極型リチウムイオン二次電池。
The resin includes at least one selected from the group consisting of polyimide, polyethylene terephthalate, polyamide, and polyacrylonitrile,
The bipolar lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the solvent includes dimethyl carbonate.
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