JP5434326B2 - Current collector and secondary battery using the same - Google Patents

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Description

本発明は、集電体およびこれを用いた二次電池に関する。特に、本発明は、活物質の膨張・収縮により生じる応力を緩和することができる集電体およびこれを用いた二次電池に関する。   The present invention relates to a current collector and a secondary battery using the current collector. In particular, the present invention relates to a current collector that can relieve stress caused by expansion and contraction of an active material, and a secondary battery using the current collector.

近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。   In recent years, in order to cope with global warming, reduction of the amount of carbon dioxide is eagerly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of secondary batteries for motor drive that holds the key to commercialization of these is thriving. Has been done.

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギー密度を発揮することが求められている。したがって、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。   As a secondary battery for driving a motor, it is required to exhibit extremely high output characteristics and high energy density as compared with a consumer lithium ion secondary battery used in a mobile phone, a notebook personal computer, or the like. Therefore, lithium ion secondary batteries having the highest theoretical energy among all the batteries are attracting attention, and are currently being developed rapidly.

リチウムイオン二次電池は、一般に、バインダを用いて正極活物質等を集電体の表面に塗布した正極と、バインダを用いて負極活物質等を集電体の表面に塗布した負極とが、電解質を含む電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。   Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied to the surface of the current collector using a binder, and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied to the surface of the current collector using a binder. It is connected via an electrolyte layer containing an electrolyte and has a configuration of being housed in a battery case.

かようなリチウムイオン二次電池に用いられる活物質は、例えば負極では、炭素・黒鉛系負極材料や、リチウムと合金化しうるケイ素(Si)やスズ(Sn)等の合金系負極材料が用いられうる。特に、合金系負極材料は、炭素・黒鉛系負極材料と比較して高いエネルギー密度を達成可能であり、車両用電池の候補として期待されている。   As the active material used for such a lithium ion secondary battery, for example, in the negative electrode, a carbon / graphite negative electrode material or an alloy negative electrode material such as silicon (Si) or tin (Sn) that can be alloyed with lithium is used. sell. In particular, alloy-based negative electrode materials can achieve a higher energy density than carbon / graphite-based negative electrode materials, and are expected as candidates for vehicle batteries.

上記合金系負極材料は、リチウムイオンの吸蔵・放出に伴う膨張・収縮が特に大きい。例えば、リチウムイオンを吸蔵した場合の体積膨張は、黒鉛では約1.2倍であるのに対し、ケイ素系負極材料では約4倍にも達する。このように負極活物質が大きく膨張すると、充放電を繰り返すうちに、活物質同士の接触が弱まったり、活物質層と集電体との密着性が低下したりする。その結果、活物質層の割れや微粉化、または集電体からの剥離等が起こるという問題が以前から指摘されていた。なお、かような問題を有する電極は、二次電池のサイクル特性の低下させる原因となりうる。   The alloy-based negative electrode material has particularly large expansion / contraction due to insertion / extraction of lithium ions. For example, the volume expansion when lithium ions are occluded is about 1.2 times that of graphite, but about 4 times that of silicon-based negative electrode materials. When the negative electrode active material expands greatly as described above, the contact between the active materials is weakened or the adhesion between the active material layer and the current collector is reduced while charging and discharging are repeated. As a result, the problem that the active material layer is cracked or pulverized, or peeled off from the current collector has been pointed out. In addition, the electrode which has such a problem may become the cause of reducing the cycling characteristics of a secondary battery.

そこで、特許文献1では、シート状の集電体と集電体上に担持された活物質層とを備えるリチウムイオン二次電池用負極を提案している。該集電体は基材部と、基材部よりも塑性変形しやすい表層部とを含み、さらに表層部は凹凸を有する。また、活物質層は、ケイ素を含む複数の柱状粒子を含み、柱状粒子は、表層部に担持されてなる構造を有する。該技術によると、集電体の表層部の凹凸の凸部に集中的にケイ素を含む柱状の活物質粒子が担持されるため、柱状粒子間に隙間が形成される。その結果、充電時の柱状粒子の膨張応力が緩和されて、柱状粒子が集電体から剥がれることを抑制できるとともに、極板の変形も抑制される、としている。   Therefore, Patent Document 1 proposes a negative electrode for a lithium ion secondary battery that includes a sheet-like current collector and an active material layer carried on the current collector. The current collector includes a base material part and a surface layer part that is more easily plastically deformed than the base material part, and the surface layer part has irregularities. The active material layer includes a plurality of columnar particles containing silicon, and the columnar particles have a structure supported on the surface layer portion. According to this technique, since the columnar active material particles containing silicon are intensively supported on the uneven projections of the surface layer portion of the current collector, a gap is formed between the columnar particles. As a result, the expansion stress of the columnar particles during charging is alleviated, and the columnar particles can be prevented from peeling off from the current collector, and deformation of the electrode plate is also suppressed.

特開2008−098157号公報JP 2008-098157 A

上述の特許文献1では、集電体を構成する材料として、銅などの金属材料を用いているが、これらの金属材料は材質そのものが硬いために、上記手段によっても活物質の膨張・収縮により生じる応力の緩和が不十分であるという問題点を有していた。   In the above-mentioned Patent Document 1, a metal material such as copper is used as a material constituting the current collector. However, since these metal materials are hard, the above-mentioned means also causes expansion / contraction of the active material. There was a problem that relaxation of the generated stress was insufficient.

そこで本発明は、活物質の膨張・収縮によって生じる応力を効果的に緩和することができる、集電体を提供することを目的とする。   Then, this invention aims at providing the electrical power collector which can relieve | moderate the stress produced by expansion | swelling / contraction of an active material effectively.

本発明の集電体は、導電性を有する樹脂層を含む集電体であって、前記樹脂層は、電場の印加に応答して可逆的に伸長または収縮する電場応答性高分子材料を含み、当該電場応答性高分子材料の双極子モーメントは、2.2デバイ以上であるThe current collector of the present invention is a current collector including a conductive resin layer, and the resin layer includes an electric field responsive polymer material that reversibly expands or contracts in response to application of an electric field. Thus, the dipole moment of the electric field responsive polymer material is 2.2 debye or more .

本発明によれば、電場応答性高分子材料が電場の印加により伸長または収縮より伸縮するために、活物質の膨張・収縮に集電体が追従できる。よって、活物質の膨張・収縮によってにより生じる応力を緩和することができる。   According to the present invention, since the electric field responsive polymer material expands or contracts by extension or contraction by applying an electric field, the current collector can follow the expansion / contraction of the active material. Therefore, stress caused by expansion / contraction of the active material can be relaxed.

本発明の一実施形態に係る集電体を模式的に表した断面図である。図1Aは電場を印加する前の状態を表す断面図である。図1Bは矢印方向(集電体の面方向)に電場を印加した状態を表す断面図である。It is sectional drawing which represented the electrical power collector which concerns on one Embodiment of this invention typically. FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a state before an electric field is applied. FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating a state in which an electric field is applied in the arrow direction (the surface direction of the current collector). 本発明の他の実施形態に係る集電体を模式的に表した断面図であって、電場応答性高分子材料は集電体の面方向に、電場非応答性高分子材料は集電体の面厚方向にそれぞれ配向している。図2Aは電場を印加する前の状態を表す断面図である。図2Bは矢印方向(集電体の面方向)に電場を印加した状態を表す断面図である。It is sectional drawing which represented the electrical power collector which concerns on other embodiment of this invention typically, Comprising: An electric field responsive polymeric material is the surface direction of an electrical power collector, and an electric field non-responsive polymeric material is an electrical power collector. Are oriented in the thickness direction. FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating a state before an electric field is applied. FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating a state in which an electric field is applied in the arrow direction (the surface direction of the current collector). 本発明の他の実施形態に係る集電体を模式的に表した断面図であって、電場応答性高分子材料および電場非応答性高分子材料は、ともに集電体の面方向に配向している。図3Aは電場を印加する前の状態を表す断面図である。図3Bは矢印方向(集電体の面方向)に電場を印加した状態を表す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a current collector according to another embodiment of the present invention, in which both the electric field responsive polymer material and the electric field non-responsive polymer material are oriented in the surface direction of the current collector. ing. FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating a state before an electric field is applied. FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating a state in which an electric field is applied in the arrow direction (the surface direction of the current collector). 本形態に係る双極型でない積層型のリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面図である。It is sectional drawing which represented typically the whole structure of the laminated type lithium ion secondary battery which is not a bipolar type which concerns on this form. 本形態に係る双極型の積層型リチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面図である。It is sectional drawing which represented typically the whole structure of the bipolar | stacked laminated lithium ion secondary battery which concerns on this form. 本形態に係る組電池の代表的な実施形態の外観図である。図6Aは組電池の平面図であり、図6Bは組電池の正面図であり、図6Cは組電池の側面図である。It is an external view of typical embodiment of the assembled battery which concerns on this form. 6A is a plan view of the assembled battery, FIG. 6B is a front view of the assembled battery, and FIG. 6C is a side view of the assembled battery. 本形態に係る組電池を搭載した電気自動車の概念図である。It is a conceptual diagram of the electric vehicle carrying the assembled battery which concerns on this form.

以下、本発明の好ましい形態を説明する。本形態は、電場の印加に応答して可逆的に伸長または伸縮する電場応答性高分子材料を含む導電性を有する樹脂層を有する集電体に関する。なお、以下において、導電性を有する樹脂層を単に「樹脂層」とも称する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. The present embodiment relates to a current collector having a conductive resin layer including an electric field responsive polymer material that reversibly expands or contracts in response to application of an electric field. Hereinafter, the resin layer having conductivity is also simply referred to as “resin layer”.

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.

<集電体>
図1は、本発明の一実施形態に係る集電体を模式的に表した断面図である。図1Aは電場を印加する前の状態を表す断面図である。図1Bは矢印方向(集電体の面方向)に電場を印加した状態を表す断面図である。図1Aに示すように、本実施形態の集電体1は1層の導電性を有する樹脂層からなる。該樹脂層の基材はポリプロピレン2と、電場応答性高分子材料である液晶エラストマー3との混合物である。該基材には導電性を付与するために導電性フィラーとしてのケッチェンブラック(図示せず)が分散されている。液晶エラストマー3は、高分子たる主鎖4にメソゲン基を含む液晶分子5がスペーサー6を介して結合した構造を有している。図1Aによると、集電体に電場が印加されていない状態では、液晶エラストマー3中の液晶分子5の配向はランダムとなっている。図1Bに示すように集電体1に矢印方向に電場を印加すると、液晶分子5が電場に応答して一方向に配向する。この液晶分子5の配向に伴って主鎖4にも異方性がもたらされ、液晶エラストマー3に巨視的な配向が起こる。これにより、液晶エラストマー3を含む集電体1は、体積一定のまま、液晶エラストマー3の配向方向に伸長し、該配向方向に対して垂直方向に収縮する。この集電体1の伸長・収縮作用により、活物質の膨張・収縮によって生じる応力を緩和することができる。
<Current collector>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a current collector according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a state before an electric field is applied. FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating a state in which an electric field is applied in the arrow direction (the surface direction of the current collector). As shown in FIG. 1A, the current collector 1 of this embodiment is composed of a single resin layer having conductivity. The base material of the resin layer is a mixture of polypropylene 2 and liquid crystal elastomer 3 which is an electric field responsive polymer material. The base material is dispersed with ketjen black (not shown) as a conductive filler in order to impart conductivity. The liquid crystal elastomer 3 has a structure in which a liquid crystal molecule 5 containing a mesogen group is bonded to a main chain 4 which is a polymer via a spacer 6. According to FIG. 1A, the orientation of the liquid crystal molecules 5 in the liquid crystal elastomer 3 is random when no electric field is applied to the current collector. When an electric field is applied to the current collector 1 in the direction of the arrow as shown in FIG. 1B, the liquid crystal molecules 5 are aligned in one direction in response to the electric field. As the liquid crystal molecules 5 are aligned, the main chain 4 is also anisotropic, and macroscopic alignment occurs in the liquid crystal elastomer 3. As a result, the current collector 1 including the liquid crystal elastomer 3 extends in the alignment direction of the liquid crystal elastomer 3 while keeping the volume constant, and contracts in the direction perpendicular to the alignment direction. The elongation / contraction action of the current collector 1 can relieve stress generated by the expansion / contraction of the active material.

以下、本形態の集電体を構成する部材について説明するが、本発明の技術的範囲は下記の形態のみに制限されない。   Hereinafter, although the member which comprises the electrical power collector of this form is demonstrated, the technical scope of this invention is not restrict | limited only to the following form.

集電体は、正極活物質層が形成される一方の面から、負極活物質層が形成される他方の面へと電子の移動を媒介する機能を有する。本形態の集電体は、電場応答性高分子材料を含む導電性を有する樹脂層を有し、必要に応じてその他の層をさらに含みうる。   The current collector has a function of mediating the movement of electrons from one surface on which the positive electrode active material layer is formed to the other surface on which the negative electrode active material layer is formed. The current collector of this embodiment includes a conductive resin layer containing an electric field responsive polymer material, 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、および活物質の膨張・収縮による応力の緩和に寄与しうる。該樹脂層は、電場応答性高分子材料を含む基材と、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 of the current collector of this embodiment, and of course has a function as an electron transfer medium, as well as the weight of the current collector and the expansion / contraction of the active material. It can contribute to the relaxation of the stress due to. The resin layer may include a base material including an electric field responsive polymer material and other members such as a conductive filler as necessary.

従来は、集電体に使用される材料としては主に金属が用いられていた。しかしながら、近年、電池の単位質量あたりの出力密度向上の観点から、金属よりも軽量な高分子材料を用いた集電体が提案されている。本発明者らは、より高性能な集電体を開発すべく研究する中で、高分子材料として電場応答性高分子材料を用いることによって、従来からの課題であった応力緩和を達成できることを見出し、本発明を完成させたものである。   Conventionally, metals have been mainly used as materials used for current collectors. However, in recent years, current collectors using polymer materials that are lighter than metals have been proposed from the viewpoint of improving the power density per unit mass of the battery. The present inventors have been studying to develop a higher performance current collector, and by using an electric field responsive polymer material as a polymer material, it has been possible to achieve stress relaxation, which has been a conventional problem. The title and the present invention have been completed.

基材に使用される電場応答性高分子材料は、電場の印加に応答して変形する高分子材料であれば特に制限はなく、例えば、液晶エラストマーや電歪高分子などが挙げられる。   The electric field responsive polymer material used for the substrate is not particularly limited as long as it is a polymer material that deforms in response to application of an electric field, and examples thereof include liquid crystal elastomers and electrostrictive polymers.

液晶エラストマーは、高分子たる主鎖に、メソゲン基を含む液晶分子がスペーサーを介して結合してなる。メソゲン基は、液晶を形成しうる棒状もしくは板状の剛直な官能基であって、電場に応答しうる誘電異方性もしくは永久双極子を有する。液晶エラストマーに電場を印加すると、メソゲン基が電場に応答して一定方向に配向する。これに伴い、主鎖に異方性がもたらされ、液晶エラストマーは巨視的な配向が起こる。この巨視的な配向によって、液晶エラストマー全体が伸長および収縮を伴って変形する。   The liquid crystal elastomer is formed by bonding liquid crystal molecules containing a mesogenic group to a main chain which is a polymer via a spacer. The mesogenic group is a rod-like or plate-like rigid functional group that can form a liquid crystal, and has a dielectric anisotropy or permanent dipole that can respond to an electric field. When an electric field is applied to the liquid crystal elastomer, mesogenic groups are aligned in a certain direction in response to the electric field. Along with this, anisotropy is brought about in the main chain, and the liquid crystal elastomer undergoes macroscopic alignment. Due to this macroscopic orientation, the entire liquid crystal elastomer is deformed with expansion and contraction.

メソゲン基は、主に電場応答性に寄与し、一般的には2〜4つの環構造が結合部を介して連結されてなる構造を有する。これ以外にも、該環構造に、メソゲン基の末端部分を構成する末端置換基や、側方置換基が結合する場合もある。すなわち、メソゲン基は、環構造および結合部、ならびに必要により末端置換基または側方置換基からなる構成単位が互いに連結して構成されている。より詳しくは、アゾキシ系、ビフェニル系、フェニルシクロへキサン系、フェニルエステル系、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル系、フェニルピリミジン系、またはフェニルジオキサン系などのメソゲン基が挙げられる。   The mesogenic group mainly contributes to electric field responsiveness, and generally has a structure in which 2 to 4 ring structures are connected via a bonding portion. In addition to this, a terminal substituent constituting the terminal part of the mesogenic group or a side substituent may be bonded to the ring structure. That is, the mesogenic group is composed of a ring structure and a bonding part, and, if necessary, structural units composed of a terminal substituent or a side substituent connected to each other. More specifically, mesogenic groups such as an azoxy group, a biphenyl group, a phenylcyclohexane group, a phenyl ester group, a cyclohexanecarboxylic acid phenyl ester group, a phenyl pyrimidine group, or a phenyl dioxane group can be given.

メソゲン基を構成する環構造としては、例えば、ベンゼン、シクロヘキサン、およびシクロヘキセンなどの炭素環;ピリミジン、ジオキサン、およびピリジンなどの複素環が挙げられる。   Examples of the ring structure constituting the mesogen group include carbocycles such as benzene, cyclohexane, and cyclohexene; and heterocycles such as pyrimidine, dioxane, and pyridine.

また、環構造どうしを連結する結合部としては、例えば、エステル結合、アセチレン結合(エチニレン基)、エタン結合(エチレン基)、エチレン結合(エテニレン基)、およびアゾ結合などが挙げられる。   Examples of the bonding part that connects the ring structures include an ester bond, an acetylene bond (ethynylene group), an ethane bond (ethylene group), an ethylene bond (ethenylene group), and an azo bond.

また、末端置換基または側方置換基としては、例えば、シアノ基、フルオロ基、アルキル基、アルケニル基、およびアルコキシ基などが挙げられる。このうち、電場応答性を向上させる観点から、極性が大きなシアノ基を導入することが好ましい。   In addition, examples of the terminal substituent or the side substituent include a cyano group, a fluoro group, an alkyl group, an alkenyl group, and an alkoxy group. Among these, from the viewpoint of improving the electric field response, it is preferable to introduce a cyano group having a large polarity.

メソゲン基を構成する構成単位の総数は、特に制限はないが、好ましくは3〜15である。また、構成単位に、アルキル基、アルコキシ基、およびオキソアルキル基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。   The total number of structural units constituting the mesogenic group is not particularly limited, but is preferably 3 to 15. Further, it is preferable that the structural unit contains at least one selected from the group consisting of an alkyl group, an alkoxy group, and an oxoalkyl group.

主鎖は、液晶エラストマーの高分子としての性質に寄与する。主鎖としては、特に制限はないが、例えば、ポリシロキサン類、ポリメタクリレート類、ポリクロロアクリレート類、およびポリスチレン類、ならびにこれらの共重合体が挙げられる。このうち、強度および耐電解液性向上の観点から、ポリシロキサン類を用いることが好ましい。   The main chain contributes to the properties of the liquid crystal elastomer as a polymer. The main chain is not particularly limited, and examples thereof include polysiloxanes, polymethacrylates, polychloroacrylates, and polystyrenes, and copolymers thereof. Of these, polysiloxanes are preferably used from the viewpoint of improving strength and resistance to electrolytic solution.

スペーサーは、主に、液晶としての性質に寄与する。スペーサーとしては、特に制限はないが、例えば、炭素原子数2〜10のアルキル鎖が用いられる。一般に、スペーサーが長くなるにつれ、液晶分子が配向しやすくなる。   The spacer mainly contributes to the properties as a liquid crystal. Although there is no restriction | limiting in particular as a spacer, For example, a C2-C10 alkyl chain is used. In general, as the spacer becomes longer, the liquid crystal molecules become easier to align.

一方、電歪高分子は、シート状の絶縁性伸縮材料からなる伸縮部の両面に、導電性伸縮材料からなる電極を配して、誘電分極によって伸縮する材料であって、電圧が印加されると、電極間方向に収縮し、電極間方向に対して垂直方向に伸長する性質を有する。このような電歪高分子としては、例えば、ウレタン系、およびエチレン系などの熱可塑性エラストマー、シリコンエラストマー、アクリル系エラストマー、ならびにフッ素系エラストマーなどが挙げられる。   On the other hand, an electrostrictive polymer is a material that expands and contracts due to dielectric polarization by placing electrodes made of a conductive stretch material on both sides of a stretchable portion made of a sheet-like insulating stretchable material, and is applied with a voltage. And contracts in the direction between the electrodes and extends in a direction perpendicular to the direction between the electrodes. Examples of such electrostrictive polymers include urethane-based and ethylene-based thermoplastic elastomers, silicon elastomers, acrylic elastomers, and fluorine-based elastomers.

かような電場応答性高分子のうち、液晶エラストマーを用いることが好ましい。液晶エラストマーは、双極子モーメントが大きく、幾何学的異方性が高く、しかも剛直であるため、極めて低電圧であっても大駆動(伸長・収縮)することができるからである。   Among such electric field responsive polymers, it is preferable to use a liquid crystal elastomer. This is because the liquid crystal elastomer has a large dipole moment, high geometric anisotropy, and is rigid, so that it can be driven (stretched / contracted) even at an extremely low voltage.

導電性を有する樹脂層には、電場応答性高分子材料の他に、電場の印加により変形しない、電場非応答性高分子材料を含まれうる。電場非応答性高分子材料としては、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。   In addition to the electric field responsive polymer material, the conductive resin layer can include an electric field non-responsive polymer material that is not deformed by the application of an electric field. As the electric field non-responsive polymer material, a conventionally known non-conductive polymer material or conductive polymer material can be used without limitation.

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(耐電解液性)を有しうる。このうち、耐溶媒性の観点からは、ポリプロピレンを用いることが好ましい。これは、ポリプロピレンの溶解度パラメータ(SP値)が、電解液に使用される溶媒の溶解度パラメータと離れているため、集電体への電解液の浸透を抑制することができるからである。この他にも、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、およびアルキド樹脂などの熱硬化性樹脂を使用することもできる。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。   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 can have excellent potential resistance or solvent resistance (electrolytic solution resistance). Among these, from the viewpoint of solvent resistance, it is preferable to use polypropylene. This is because the solubility parameter (SP value) of polypropylene is separated from the solubility parameter of the solvent used in the electrolytic solution, so that the penetration of the electrolytic solution into the current collector can be suppressed. In addition, thermosetting resins such as phenol resins, epoxy resins, melamine resins, urea resins, and alkyd resins can also be used. 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.

基材中の電場応答性高分子材料の含有量は、特に制限はないが、基材の全質量に対して30〜80質量%であることが好ましく、40〜70質量%であることがより好ましい。含有量が30質量%以上であると、優れた応力緩和効果を発揮することができる。一方、含有量が80質量%以下であると、低コストで集電体を製造することができる。   Although there is no restriction | limiting in particular in content of the electric field responsive polymeric material in a base material, It is preferable that it is 30-80 mass% with respect to the total mass of a base material, and it is more preferable that it is 40-70 mass%. preferable. When the content is 30% by mass or more, an excellent stress relaxation effect can be exhibited. On the other hand, a collector can be manufactured at low cost as content is 80 mass% or less.

基材が、上述の電場応答性高分子材料および電場非応答性高分子材料を含む場合、樹脂層の電場応答性を向上させる観点から、電場応答性高分子材料の双極子モーメントは、電場非応答性高分子材料の双極子モーメントよりも大きいことが好ましい。そして、より好ましくは、その差が2デバイ以上であり、さらに好ましくは、その差が2〜8デバイである。一般に、分子は双極子モーメントが大きいと電場によって配向しやすくなる。よって、電場応答性高分子材料の双極子モーメントが電場非応答性高分子材料の双極子モーメントよりも大きいと、低い電圧であっても樹脂層は大きな伸長・収縮作用を発現することができるからである。なお、本明細書における双極子モーメントは、分子軌道法AM1により算出した値を採用する。   When the base material includes the above-described electric field responsive polymer material and electric field non-responsive polymer material, from the viewpoint of improving the electric field response of the resin layer, the dipole moment of the electric field responsive polymer material is It is preferable that it is larger than the dipole moment of the responsive polymer material. More preferably, the difference is 2 Debye or more, and more preferably, the difference is 2-8 Debye. In general, when a dipole moment is large, a molecule is easily oriented by an electric field. Therefore, if the dipole moment of the electric field responsive polymer material is larger than the dipole moment of the electric field non-responsive polymer material, the resin layer can exhibit a large expansion / contraction action even at a low voltage. It is. In addition, the value computed by molecular orbital method AM1 is employ | adopted for the dipole moment in this specification.

また、電場応答性高分子材料および電場非応答性高分子材料は、それぞれ独立に、集電体の面方向または面厚方向に配向してなることが好ましい。より好ましい形態は、電場応答性高分子材料および電場非応答性高分子材料が集電体のともに面方向に配向してなる形態である。このように、電場応答性高分子材料および電場非応答性高分子材料を配向させることによって、集電体の変形率がより大きくなる。なお、ここでいう電場応答性高分子材料の配向とは、高分子全体の配向を意味する。つまり、電場応答性子分子材料が液晶エラストマーである場合は、高分子の巨視的な配向、つまり主鎖の配向を意味する。   The electric field responsive polymer material and the electric field non-responsive polymer material are preferably independently oriented in the surface direction or the surface thickness direction of the current collector. A more preferable form is a form in which both the electric field responsive polymer material and the electric field non-responsive polymer material are oriented in the plane direction of the current collector. Thus, by orienting the electric field responsive polymer material and the electric field non-responsive polymer material, the deformation rate of the current collector is further increased. The orientation of the electric field responsive polymer material here means the orientation of the whole polymer. That is, when the electric field responsive molecular material is a liquid crystal elastomer, it means a macroscopic orientation of the polymer, that is, the orientation of the main chain.

図2は、本発明の他の実施形態に係る集電体を模式的に表した断面図であって、電場応答性高分子材料は集電体の面方向に、電場非応答性高分子材料は集電体の面厚方向にそれぞれ配向している。図2Aは電場を印加する前の状態を表す断面図である。図2Bは矢印方向(集電体の面方向)に電場をかけた状態を表す断面図である。また、図3は、本発明の他の実施形態に係る集電体を模式的に表した断面図であって、電場応答性高分子材料および電場非応答性高分子材料は、集電体の面方向に配向している。図3Aは電場をかける前の状態を表す断面図である。図3Bは矢印方向(集電体の面方向)に電場をかけた状態を表す断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a current collector according to another embodiment of the present invention, in which the electric field responsive polymer material is in the electric field non-responsive polymer material in the plane direction of the current collector. Are oriented in the thickness direction of the current collector. FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating a state before an electric field is applied. FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating a state in which an electric field is applied in the arrow direction (the surface direction of the current collector). FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a current collector according to another embodiment of the present invention. The electric field responsive polymer material and the electric field non-responsive polymer material are Oriented in the plane direction. FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating a state before an electric field is applied. FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating a state where an electric field is applied in the arrow direction (the surface direction of the current collector).

図2Aによると、電場応答性高分子材料である液晶エラストマー3の主鎖4が集電体の面方向に、電場非応答性高分子材料であるポリプロピレン2が集電体の面方向に配向している。一方、図3Aによると、電場応答性高分子材料である液晶エラストマー3の主鎖4と、電場非応答性高分子材料であるポリプロピレン2とが集電体の面方向に配向している。そして、図2Bまたは図3Bのように矢印方向(集電体の面方向)に電場をかけると、液晶エラストマー3の液晶分子5が配向する。この際、図3Bでは液晶分子5の配向が主鎖4とポリプロピレン2に妨げられにくくなるので、集電体の伸長・収縮作用がより一層顕著なものとなる。なお、電場応答性高分子材料および電場非応答性高分子材料の配向状態は、偏向ラマン測定により評価することができる。   According to FIG. 2A, the main chain 4 of the liquid crystal elastomer 3 which is an electric field responsive polymer material is oriented in the surface direction of the current collector, and the polypropylene 2 which is an electric field non-responsive polymer material is oriented in the surface direction of the current collector. ing. On the other hand, according to FIG. 3A, the main chain 4 of the liquid crystal elastomer 3 which is an electric field responsive polymer material and the polypropylene 2 which is an electric field non-responsive polymer material are oriented in the surface direction of the current collector. When an electric field is applied in the direction of the arrow (the surface direction of the current collector) as shown in FIG. 2B or 3B, the liquid crystal molecules 5 of the liquid crystal elastomer 3 are aligned. At this time, in FIG. 3B, the orientation of the liquid crystal molecules 5 is not easily disturbed by the main chain 4 and the polypropylene 2, so that the current collector is more prominently stretched and contracted. The orientation state of the electric field responsive polymer material and the electric field non-responsive polymer material can be evaluated by deflection Raman measurement.

上記基材には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、基材となる樹脂が導電性高分子を含まない場合は、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。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。また、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。導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5〜35質量%程度である。   A conductive filler may be added to the substrate as necessary. In particular, when the resin as the base material does not contain a 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. 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. The conductive carbon is not particularly limited, but is at least 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 that 1 type is included. The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it is an amount capable of imparting sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 35% by mass.

集電体の形態は、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、樹脂層のほかに、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。ただし、本形態においては、活物質の膨張・収縮により生じる応力を緩和するために、導電性を有する樹脂層が集電体の表面に存在することが好ましい。   The form of the current collector is not particularly limited as long as it includes a resin layer having conductivity, 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. However, in this embodiment, a conductive resin layer is preferably present on the surface of the current collector in order to relieve stress generated by expansion / contraction of the active material.

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。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. 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.

<二次電池>
図4は、本形態に係る双極型でない積層型のリチウムイオン二次電池(以下、単に「積層型二次電池」とも称する)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。
<Secondary battery>
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view schematically showing the overall structure of a stacked lithium ion secondary battery (hereinafter, also simply referred to as “stacked secondary battery”) according to the present embodiment.

図4に示すように、本実施形態の積層型二次電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素17が、電池外装材であるラミネートフィルム22の内部に封止された構造を有する。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートフィルムを電池外装材として用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素17を収納し密封した構成を有している。   As shown in FIG. 4, in the laminated secondary battery 10 of the present embodiment, a substantially rectangular power generation element 17 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate film 22 that is a battery exterior material. It has a structure. Specifically, the power generation element 17 is housed and sealed by using a polymer-metal composite laminate film as a battery exterior material and joining all of its peripheral parts by thermal fusion.

発電要素17は、正極集電体11の両面(発電要素の最下層用および最上層用は片面のみ)に正極活物質層12が配置された正極と、電解質層13と、負極集電体14の両面に負極活物質層15が配置された負極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの正極活物質層12とこれに隣接する負極活物質層15とが、電解質層13を介して対向するようにして、正極、電解質層13、負極がこの順に積層されている。   The power generation element 17 includes a positive electrode in which the positive electrode active material layer 12 is disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 11 (only one side for the lowermost layer and the uppermost layer of the power generation element), an electrolyte layer 13, and a negative electrode current collector 14. The negative electrode in which the negative electrode active material layer 15 is disposed on both sides of the negative electrode is laminated. Specifically, the positive electrode, the electrolyte layer 13 and the negative electrode are laminated in this order so that one positive electrode active material layer 12 and the negative electrode active material layer 15 adjacent thereto face each other with the electrolyte layer 13 therebetween. Yes.

これにより、隣接する正極、電解質層13および負極は、1つの単電池層16を構成する。したがって、本実施形態の積層型二次電池10は、単電池層16が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層16の外周には、隣接する正極集電体11と負極集電体14との間を絶縁するためのシール部(絶縁層)(図示せず;図5の符号43を参照)が設けられていてもよい。発電要素17の両最外層に位置する最外層正極集電体11aには、いずれも片面のみに正極活物質層12が配置されている。なお、図4とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素17の両最外層に最外層負極集電体が位置するようにし、該最外層負極集電体の片面のみに負極活物質層が配置されているようにしてもよい。   As a result, the adjacent positive electrode, electrolyte layer 13 and negative electrode constitute one single cell layer 16. Therefore, it can be said that the stacked secondary battery 10 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 16 are stacked and electrically connected in parallel. Further, a seal portion (insulating layer) for insulating between the adjacent positive electrode current collector 11 and negative electrode current collector 14 on the outer periphery of the unit cell layer 16 (not shown; see reference numeral 43 in FIG. 5) ) May be provided. The positive electrode active material layer 12 is disposed on only one side of the outermost positive electrode current collector 11 a located in both outermost layers of the power generation element 17. 4, the arrangement of the positive electrode and the negative electrode is reversed so that the outermost negative electrode current collector is positioned in both outermost layers of the power generation element 17, and the negative electrode is formed only on one side of the outermost layer negative electrode current collector. An active material layer may be arranged.

正極集電体11および負極集電体14には、各電極(正極および負極)と導通される正極端子18および負極端子19がそれぞれ取り付けられ、ラミネートフィルム22の端部に挟まれるようにラミネートフィルム22の外部に導出される構造を有している。正極端子18および負極端子19は、必要に応じて正極端子リード20および負極端子リード21を介して、各電極の正極集電体11および負極集電体14に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい(図4にはこの形態を示す)。ただし、正極集電体11が延長されて正極端子18とされ、ラミネートフィルム22から導出されていてもよい。同様に、負極集電体14が延長されて負極端子19とされ、同様に電池外装材22から導出される構造としてもよい。   The positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 14 are respectively attached with a positive electrode terminal 18 and a negative electrode terminal 19 that are electrically connected to the respective electrodes (positive electrode and negative electrode), and are laminated films so as to be sandwiched between end portions of the laminate film 22. 22 has a structure led out to the outside. The positive electrode terminal 18 and the negative electrode terminal 19 are attached to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 14 of each electrode by ultrasonic welding, resistance welding or the like via the positive electrode terminal lead 20 and the negative electrode terminal lead 21 as necessary. (This form is shown in FIG. 4). However, the positive electrode current collector 11 may be extended to form the positive electrode terminal 18 and may be led out from the laminate film 22. Similarly, the negative electrode current collector 14 may be extended to serve as the negative electrode terminal 19, and may be similarly derived from the battery exterior material 22.

図5は、本形態に係る双極型の積層型リチウムイオン二次電池(以下、単に「双極型二次電池」とも称する)の全体構造を模式的に表した概略断面図である。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view schematically showing the overall structure of a bipolar stacked lithium ion secondary battery (hereinafter, also simply referred to as “bipolar secondary battery”) according to the present embodiment.

図5に示すように、本実施形態の双極型二次電池30の発電要素37は、集電体31の一方の面に電気的に結合した正極活物質層32が形成され、集電体31の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層33が形成された複数の双極型電極34を有する。各双極型電極34は、電解質層35を介して積層されて発電要素37を形成する。なお、電解質層35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34の正極活物質層32と前記一の双極型電極34に隣接する他の双極型電極34の負極活物質層33とが電解質層35を介して向き合うように、各双極型電極34および電解質層35が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極34の正極活物質層32と前記一の双極型電極34に隣接する他の双極型電極34の負極活物質層33との間に電解質層35が挟まれて配置されている。   As shown in FIG. 5, in the power generation element 37 of the bipolar secondary battery 30 of the present embodiment, a positive electrode active material layer 32 that is electrically coupled to one surface of the current collector 31 is formed. And a plurality of bipolar electrodes 34 each having a negative electrode active material layer 33 electrically coupled thereto. Each bipolar electrode 34 is stacked via an electrolyte layer 35 to form a power generation element 37. The electrolyte layer 35 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 32 of one bipolar electrode 34 and the negative electrode active material layer 33 of another bipolar electrode 34 adjacent to the one bipolar electrode 34 face each other through the electrolyte layer 35. Each bipolar electrode 34 and electrolyte layer 35 are alternately laminated. That is, the electrolyte layer 35 is disposed between the positive electrode active material layer 32 of one bipolar electrode 34 and the negative electrode active material layer 33 of another bipolar electrode 34 adjacent to the one bipolar electrode 34. ing.

隣接する正極活物質層32、電解質層35、および負極活物質層33は、一つの単電池層36を構成する。したがって、双極型二次電池34は、単電池層36が積層されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素37の最外層に位置する正極側最外層集電体31aには、片面のみに正極活物質層32が形成されている。また、発電要素37の最外層に位置する負極側最外層集電体31bには、片面のみに負極活物質層33が形成されている。ただし、正極側最外層集電体31aの両面に正極活物質層32が形成されてもよい。同様に、負極側最外層集電体31bの両面に負極活物質層33が形成されてもよい。   The adjacent positive electrode active material layer 32, electrolyte layer 35, and negative electrode active material layer 33 constitute one unit cell layer 36. Therefore, it can be said that the bipolar secondary battery 34 has a configuration in which the single battery layers 36 are stacked. A positive electrode active material layer 32 is formed only on one side of the positive electrode side outermost layer current collector 31 a located in the outermost layer of the power generation element 37. Further, the negative electrode active material layer 33 is formed only on one side of the negative electrode side outermost layer current collector 31 b located in the outermost layer of the power generation element 37. However, the positive electrode active material layer 32 may be formed on both surfaces of the positive electrode side outermost layer current collector 31a. Similarly, the negative electrode active material layer 33 may be formed on both surfaces of the negative electrode side outermost layer current collector 31b.

さらに、図5に示す双極型二次電池30では、正極側最外層集電体31aに隣接するように正極集電板44a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42から導出している。一方、負極側の最外層集電体31bに隣接するように負極集電板44b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42から導出している。   Further, in the bipolar secondary battery 30 shown in FIG. 5, the positive electrode current collector plate 44a is disposed so as to be adjacent to the positive electrode side outermost layer current collector 31a, and this is extended and led out from the laminate film 42 which is a battery exterior material. doing. On the other hand, the negative electrode current collector plate 44b is disposed so as to be adjacent to the outermost layer current collector 31b on the negative electrode side, and similarly, this is extended and led out from the laminate film 42 which is an exterior of the battery.

図5に示す双極型二次電池30においては、通常、各単電池層36の周囲にシール部(絶縁層)43が設けられる。このシール部43は、電池内で隣り合う集電体31どうしが接触したり、発電要素37における単電池層36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43の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の双極型リチウムイオン二次電池30が提供されうる。   In the bipolar secondary battery 30 shown in FIG. 5, a seal portion (insulating layer) 43 is usually provided around each single cell layer 36. The purpose of the seal portion 43 is to prevent the adjacent current collectors 31 in the battery from coming into contact with each other or a short circuit caused by a slight irregularity at the end of the unit cell layer 36 in the power generation element 37. Is provided. By installing such a seal portion 43, long-term reliability and safety can be ensured, and a high-quality bipolar lithium ion secondary battery 30 can be provided.

なお、単電池層36の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。双極型二次電池30はこのように、単電池層36の積層回数を多くすることによって、高い電圧を得ることができる点で有利である。また、双極型二次電池30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36の積層回数を少なくしてもよい。双極型二次電池30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37を電池外装材であるラミネートフィルム42に減圧封入し、正極集電板44aおよび負極集電板44bをラミネートフィルム42の外部に取り出した構造とするのがよい。   Note that the number of stacks of the unit cell layers 36 is adjusted according to a desired voltage. As described above, the bipolar secondary battery 30 is advantageous in that a high voltage can be obtained by increasing the number of times the single battery layer 36 is stacked. In the bipolar secondary battery 30, the number of stacks of the single battery layers 36 may be reduced if a sufficient output can be ensured even if the thickness of the battery is reduced as much as possible. Even in the bipolar secondary battery 30, in order to prevent external impact and environmental degradation during use, the power generation element 37 is sealed under reduced pressure in a laminate film 42 that is a battery exterior material, and a positive current collector 44 a and a negative current collector 44 are used. It is preferable that the electric plate 44b be taken out of the laminate film 42.

リチウムイオン二次電池10と双極型二次電池30の各構成要件および製造方法に関しては、双方の電池内の電気的な接続形態(電極構造)が異なることを除いては、基本的には同様である。以下、本形態のリチウムイオン二次電池を構成する部材について簡単に説明するが、下記の形態のみに制限されることはなく、従来公知の形態も同様に採用されうる。   The constituent requirements and manufacturing method of the lithium ion secondary battery 10 and the bipolar secondary battery 30 are basically the same except that the electrical connection form (electrode structure) in both batteries is different. It is. Hereinafter, although the member which comprises the lithium ion secondary battery of this form is demonstrated easily, it is not restrict | limited only to the following form, A conventionally well-known form may be employ | adopted similarly.

[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を使用できる。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 by 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.

なお、負極活物質の粒子径や形状は、特に制限されず、上述の正極活物質と同様の形態を取りうるので、ここでは詳細な説明を省略する。   Note that the particle diameter and shape of the negative electrode active material are not particularly limited, and can take the same form as the above-described positive electrode active material, and thus detailed description thereof is omitted here.

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、水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, water 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.

上述の本形態の集電体を積層型の電極(正極または負極)に用いた場合、例えば、充電時には集電体の面方向に電場が印加されるため、集電体は面方向に伸長しうる。一方、本形態の集電体を双極型電極に用いた場合、充電時には集電体の厚さ方向に電場が印加されるため、集電体は厚さ方向に伸長しうる。活物質の膨張・収縮は等方向で起こるが、従来の集電体は、面方向にも厚さ方向にも変形することができないので、活物質の膨張・収縮に追従することができなかった。しかしながら、本形態の集電体によると、積層型二次電池に用いた場合は、面方向の応力を緩和することができ、双極型二次電池に用いた場合は厚さ方向の応力を緩和することができる。これにより、集電体から活物質層が剥離することを防ぐことができ、二次電池のサイクル特性を著しく向上しうる。   When the current collector of this embodiment described above is used for a stacked electrode (positive electrode or negative electrode), for example, an electric field is applied in the surface direction of the current collector during charging, so that the current collector extends in the surface direction. sell. On the other hand, when the current collector of this embodiment is used for a bipolar electrode, an electric field is applied in the thickness direction of the current collector during charging, so that the current collector can extend in the thickness direction. Although the expansion / contraction of the active material occurs in the same direction, the conventional current collector cannot follow the expansion / contraction of the active material because it cannot be deformed in the surface direction or the thickness direction. . However, according to the current collector of this embodiment, the stress in the surface direction can be relieved when used in a stacked secondary battery, and the stress in the thickness direction is relieved when used in a bipolar secondary battery. can do. Thereby, it can prevent that an active material layer peels from a collector, and can improve the cycling characteristics of a secondary battery remarkably.

[電解質層]
電解質層は、正極活物質層と負極活物質層との間の空間的な隔壁(スペーサ)として機能する。また、これと併せて、充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である電解質を保持する機能をも有する。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer functions as a spatial partition (spacer) between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. In addition, it also has a function of holding an electrolyte that is a lithium ion transfer medium between the positive and negative electrodes during charging and discharging.

電解質層を構成する電解質に特に制限はなく、液体電解質、ならびに高分子ゲル電解質および高分子固体電解質などのポリマー電解質が適宜用いられうる。   There is no restriction | limiting in particular in the electrolyte which comprises an electrolyte layer, Polymer electrolytes, such as a liquid electrolyte and a polymer gel electrolyte and a polymer solid electrolyte, can be used suitably.

液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)などのカーボネート類が挙げられる。また、支持塩(リチウム塩)としては、LiN(SO、LiN(SOCF、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiSOCFなどの電極の活物質層に添加されうる化合物を同様に用いることができる。 The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent used as the plasticizer include carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). As the supporting salt (lithium salt), LiN (SO 2 C 2 F 5) 2, LiN (SO 2 CF 3) 2, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, electrodes such as LiAsF 6, LiSO 3 CF 3 A compound that can be added to the active material layer can be similarly used.

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない高分子固体電解質に分類される。   On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel electrolyte containing an electrolytic solution and a polymer solid electrolyte containing no electrolytic solution.

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(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体などが挙げられる。かようなマトリックスポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。   The 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 polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. In such a matrix polymer, an electrolyte salt such as a lithium salt can be well dissolved.

なお、電解質層が液体電解質や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、ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィンやポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)等の炭化水素、ガラス繊維などからなる微多孔膜が挙げられる。   In addition, when an electrolyte layer is comprised from a liquid electrolyte or a gel electrolyte, you may use a separator for an electrolyte layer. Specific examples of the separator include a microporous film made of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, a hydrocarbon such as polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, or the like.

高分子固体電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩(リチウム塩)が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が高分子固体電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。   The polymer solid electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the matrix polymer, and does not include an organic solvent that is a plasticizer. Therefore, when the electrolyte layer is composed of a polymer solid electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the battery reliability can be improved.

高分子ゲル電解質や高分子固体電解質の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。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合などの重合処理を施せばよい。なお、上記電解質は、電極の活物質層中に含まれていてもよい。   A matrix polymer of a polymer gel electrolyte or a polymer solid electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte, using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed. In addition, the said electrolyte may be contained in the active material layer of an electrode.

[シール部]
シール部は、双極型二次電池に特有の部材であり、電解質層の漏れを防止する目的で単電池層の周縁部に配置されている。このほかにも、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揃いなどによる短絡が起こったりするのを防止することもできる。図5に示す形態において、シール部43は、集電体31と電解質層35とで挟持されるように、単電池層36の周縁部に配置されている。シール部の構成材料としては、例えば、PE、PPなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミドなどが挙げられる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂が好ましい。
[Seal part]
The seal part is a member peculiar to the bipolar secondary battery, and is disposed at the peripheral part of the single battery layer for the purpose of preventing leakage of the electrolyte layer. In addition to this, it is possible to prevent the adjacent current collectors in the battery from contacting each other and the occurrence of a short circuit due to a slight irregularity at the end of the laminated electrode. In the form shown in FIG. 5, the seal portion 43 is disposed on the peripheral portion of the unit cell layer 36 so as to be sandwiched between the current collector 31 and the electrolyte layer 35. Examples of the constituent material of the seal portion include polyolefin resins such as PE and PP, epoxy resins, rubber, and polyimide. Of these, polyolefin resins are preferred from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, film-forming properties, economy, and the like.

[タブ]
リチウムイオン二次電池においては、電池外部に電流を取り出す目的で、集電体に電気的に接続されたタブ(正極タブおよび負極タブ)が外装材であるラミネートフィルムの外部に取り出されている。
[tab]
In a lithium ion secondary battery, tabs (a positive electrode tab and a negative electrode tab) that are electrically connected to a current collector are taken out of a laminate film that is an exterior material for the purpose of taking out current outside the battery.

タブを構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用のタブとして従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極タブと負極タブとでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。また、双極型リチウムイオン電池30においては、図5に示すように、集電板(44a、44b)を延長することによりタブとしてもよいし、別途準備したタブを集電板(44a、44b)に接続してもよい。   The material which comprises a tab in particular is not restrict | limited, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a tab for lithium ion secondary batteries can be used. As a constituent material of a tab, metal materials, such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), these alloys, are preferable, for example. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. Note that the same material may be used for the positive electrode tab and the negative electrode tab, or different materials may be used. In the bipolar lithium ion battery 30, as shown in FIG. 5, the current collecting plates (44a, 44b) may be extended to form tabs, or separately prepared tabs may be used as the current collecting plates (44a, 44b). You may connect to.

[正極端子リードおよび負極端子リード]
図4に示すリチウムイオン電池10においては、正極端子リード20および負極端子リード21をそれぞれ介して、集電体はタブと電気的に接続されている。
[Positive terminal lead and negative terminal lead]
In the lithium ion battery 10 shown in FIG. 4, the current collector is electrically connected to the tab via the positive terminal lead 20 and the negative terminal lead 21.

正極および負極端子リードの材料は、公知のリチウムイオン電池で用いられるリードを用いることができる。なお、電池外装材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するのが好ましい。   As a material of the positive electrode and the negative electrode terminal lead, a lead used in a known lithium ion battery can be used. In addition, the parts removed from the battery exterior material should be heat-insulating so that they do not affect products (for example, automobile parts, especially electronic devices) by touching peripheral devices or wiring and causing leakage. It is preferable to coat with a heat shrinkable tube or the like.

[外装材]
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。そのほか、図4や図5に示すようなラミネートフィルム(22、42)を外装材として用いて、発電要素(17、37)をパックしてもよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる3層構造として構成されうる。
[Exterior material]
A conventionally known metal can case can be used as the exterior material. In addition, the power generation elements (17, 37) may be packed using laminate films (22, 42) as shown in FIGS. 4 and 5 as exterior materials. The laminate film can be configured as a three-layer structure in which, for example, polypropylene, aluminum, and nylon are laminated in this order.

<組電池>
本形態の複数の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 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6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6Aは組電池の平面図であり、図6Bは組電池の正面図であり、図6Cは組電池の側面図である。   FIG. 6 is an external view of a typical embodiment of an assembled battery according to the present invention, FIG. 6A is a plan view of the assembled battery, FIG. 6B is a front view of the assembled battery, and FIG. 6C is an assembled battery. FIG.

図6に示すように、本形態に係る組電池300は、本形態の二次電池が複数、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6Aは、組電池の平面図、図6Aは正面図、図6C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. 6, the assembled battery 300 according to this embodiment forms a small assembled battery 250 that can be attached and detached by connecting a plurality of secondary batteries of this embodiment 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 6A is a plan view of the assembled battery, FIG. 6A is a front view, and FIG. 6C 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 secondary batteries are connected to produce the assembled battery 250 and how many stages of the assembled battery 250 are stacked to produce the assembled battery 300 depend on the battery capacity of the vehicle (electric vehicle) to be mounted. Depending on the output.

<車両>
本形態の車両は、本形態の二次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。本形態では、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、本形態の二次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。本形態の二次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 according to the present embodiment is characterized in that the secondary battery according to the present embodiment or an assembled battery formed by combining a plurality of these batteries is mounted. In this embodiment, since a battery having a long life and excellent long-term reliability and output characteristics can be configured, it is possible to configure a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV travel distance and an electric vehicle having a long charge travel distance when such a battery is mounted. . In other words, the secondary battery of this embodiment or an assembled battery formed by combining a plurality of these batteries can be used as a power source for driving a vehicle. A secondary battery of this embodiment or an assembled battery formed by combining a plurality of these batteries is a vehicle, for example, if it is an automobile, a hybrid car, a fuel cell car, an electric car (all are four-wheeled vehicles (passenger cars, trucks, buses, etc. 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7は、本形態の組電池を搭載した車両の概念図である。図7に示すように、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。本形態の組電池を搭載した車両としては、図7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. 7 is a conceptual diagram of a vehicle equipped with the assembled battery of this embodiment. As shown in FIG. 7, 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 this embodiment 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.

<集電体の作製>
[実施例1]
電場応答性高分子材料の主鎖となるポリ(メチルハイドロジェンシロキサン)を50質量%、側鎖となる(4−ブタ−3−エニロキシ安息香酸−4−メトキシフェニルエステル)を30質量%、架橋分子となる(1−(4−ヒドロキシ−4’−ビフェニル)−2−[4−(10−ウンデセニロキシ)フェニル]ブタン)を5質量%、導電性フィラーとしてケッチェンブラックを15質量%を混合し、ラジカル重合させることによって、集電体を作製した。
<Preparation of current collector>
[Example 1]
50% by mass of poly (methylhydrogensiloxane) serving as the main chain of the electric field-responsive polymer material, 30% by mass of (4-but-3-enyloxybenzoic acid-4-methoxyphenyl ester) serving as the side chain, and crosslinking 5% by mass of (1- (4-hydroxy-4′-biphenyl) -2- [4- (10-undecenyloxy) phenyl] butane) as a molecule and 15% by mass of ketjen black as a conductive filler were mixed. A current collector was prepared by radical polymerization.

[実施例2]
導電性フィラーとして金微粒子を用いた以外は、実施例1と同様の方法で集電体を作製した。
[Example 2]
A current collector was prepared in the same manner as in Example 1 except that gold fine particles were used as the conductive filler.

[実施例3]
電場応答性高分子材料の主鎖となるポリ(メチルハイドロジェンシロキサン)を30質量%、側鎖となる4−ブタ−3−エニロキシ安息香酸−4−メトキシフェニルエステルを18質量%、架橋分子となる1−(4−ヒドロキシ−4’−ビフェニル)−2−[4−(10−ウンデセニロキシ)フェニル]ブタンを2質量%、電場非応答性高分子材料としてのポリプロピレンを35質量%、導電性フィラーとしてケッチェンブラックを15質量%混合し、ラジカル重合させることによって、集電体を作製した。
[Example 3]
30% by mass of poly (methylhydrogensiloxane) serving as the main chain of the electric field responsive polymer material, 18% by mass of 4-but-3-enyloxybenzoic acid-4-methoxyphenyl ester serving as the side chain, and a crosslinking molecule 2% by mass of 1- (4-hydroxy-4′-biphenyl) -2- [4- (10-undecenyloxy) phenyl] butane, 35% by mass of polypropylene as an electric field non-responsive polymer material, conductive filler A current collector was prepared by mixing 15% by mass of ketjen black and performing radical polymerization.

[実施例4]
導電性フィラーとして金微粒子を用いた以外は、実施例3と同様の方法で集電体を作製した。
[Example 4]
A current collector was produced in the same manner as in Example 3 except that gold fine particles were used as the conductive filler.

[実施例5]
導電性フィラーとしてカーボンナノチューブを用いた以外は、実施例3と同様の方法で集電体を作製した。
[Example 5]
A current collector was produced in the same manner as in Example 3 except that carbon nanotubes were used as the conductive filler.

[実施例6]
電場応答性高分子材料の主鎖となるポリ(メチルハイドロジェンシロキサン)を30質量%、側鎖となる4−ブタ−3−エニロキシ安息香酸−4−メトキシフェニルエステルを18質量%、架橋分子となる1−(4−ヒドロキシ−4’−ビフェニル)−2−[4−(10−ウンデセニロキシ)フェニル]ブタンを2質量%、電場非応答性高分子材料としてポリプロピレン粉末を35質量%、導電性フィラーとしてケッチェンブラックを15質量%混合した。得られた混合物を、2枚のガラス基板間に挟んだ。そして、超伝導磁石により、該ガラス基板に対して平行に(面方向に)1.2Tの磁場を印加し、その後該ガラス基板に対して垂直に(面直方向に)2.4Tの磁場を同時に印加しながら、ラジカル重合を行い、集電体を作製した。
[Example 6]
30% by mass of poly (methylhydrogensiloxane) serving as the main chain of the electric field responsive polymer material, 18% by mass of 4-but-3-enyloxybenzoic acid-4-methoxyphenyl ester serving as the side chain, and a crosslinking molecule 2% by mass of 1- (4-hydroxy-4′-biphenyl) -2- [4- (10-undecenyloxy) phenyl] butane, 35% by mass of polypropylene powder as an electric field non-responsive polymer material, conductive filler As a mixture, 15% by mass of ketjen black was mixed. The resulting mixture was sandwiched between two glass substrates. Then, a 1.2 T magnetic field is applied in parallel (in the plane direction) to the glass substrate by a superconducting magnet, and then a 2.4 T magnetic field is applied perpendicularly (in the perpendicular direction) to the glass substrate. While applying simultaneously, radical polymerization was performed to produce a current collector.

[実施例7]
電場応答性高分子材料の主鎖となるポリ(メチルハイドロジェンシロキサン)を30質量%、側鎖となる4−ブタ−3−エニロキシ−安息香酸4−メトキシフェニルエステルを18質量%、架橋分子となる1−(4−ヒドロキシ−4’−ビフェニル)−2−[4−(10−ウンデセニロキシ)フェニル]ブタンを2質量%、電場非応答性高分子材料としてポリプロピレン粉末を35質量%、導電性フィラーとしてケッチェンブラックを15質量%混合した。得られた混合物を、2枚のガラス基板間に挟んだ。そして、超伝導磁石により、該ガラス基板に対して平行に(面方向に)2.4Tの磁場を印加しながら、ラジカル重合を行い、集電体を作製した。
[Example 7]
30% by mass of poly (methylhydrogensiloxane) serving as the main chain of the electric field responsive polymer material, 18% by mass of 4-but-3-enyloxy-benzoic acid 4-methoxyphenyl ester serving as the side chain, and a crosslinking molecule 2% by mass of 1- (4-hydroxy-4′-biphenyl) -2- [4- (10-undecenyloxy) phenyl] butane, 35% by mass of polypropylene powder as an electric field non-responsive polymer material, conductive filler As a mixture, 15% by mass of ketjen black was mixed. The resulting mixture was sandwiched between two glass substrates. Then, radical polymerization was performed while applying a 2.4 T magnetic field in parallel (in the plane direction) to the glass substrate with a superconducting magnet to produce a current collector.

[実施例8]
電場応答性高分子材料としてシリコンエラストマー分散液(シリコンエラストマーの乾燥質量としては50質量%)、電場非応答性高分子材料としてポリプロピレン粉末を35質量%、導電性フィラーとしてケッチェンブラックを15質量%を混合した。得られた混合物をガラス基板にキャスティングし、2枚のガラス基板間で乾燥させることによって集電体を作製した。
[Example 8]
Silicone elastomer dispersion (50% by mass as dry mass of silicon elastomer) as electric field responsive polymer material, 35% by mass of polypropylene powder as electric field non-responsive polymer material, and 15% by mass of ketjen black as conductive filler Were mixed. The obtained mixture was cast on a glass substrate and dried between two glass substrates to produce a current collector.

[比較例1]
ポリプロピレン(PP)を85質量%、導電性フィラーとしてケッチェンブラックを15質量%を混合し、得られた混合物を射出成型することにより集電体を作製した。
[Comparative Example 1]
A current collector was prepared by mixing 85% by mass of polypropylene (PP) and 15% by mass of ketjen black as a conductive filler, and injection-molding the resulting mixture.

<双極型電極の作製>
上記実施例および比較例で作製した集電体を用いて、以下の方法により双極型電極を作製した。
<Production of bipolar electrode>
Using the current collectors produced in the above Examples and Comparative Examples, bipolar electrodes were produced by the following method.

(正極活物質層)
正極活物質としてLiMnを85質量%、導電助剤としてアセチレンブラックを5質量%、バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を10質量%、スラリー粘度調整溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量混合し、正極活物質スラリーを得た。そして、該スラリーを上記集電体の一方の面に塗布し、乾燥させた。これをプレスすることによって、厚さ36μmの正極活物質層を形成した。
(Positive electrode active material layer)
85% by mass of LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, 5% by mass of acetylene black as a conductive additive, 10% by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, N-methyl-2-pyrrolidone (as a slurry viscosity adjusting solvent) NMP) was mixed in an appropriate amount to obtain a positive electrode active material slurry. Then, the slurry was applied to one surface of the current collector and dried. This was pressed to form a positive electrode active material layer having a thickness of 36 μm.

(負極活物質層)
負極活物質としてケイ素(Si)を90質量%、バインダとしてポリイミドを10質量%、スラリー粘度調整溶媒としてNMPを適量混合し、負極活物質スラリーを得た。そして、該スラリーを上記集電体の他方の面(正極活物質層が形成されていない側の面)に塗布し、乾燥させた。これをプレスすることによって、厚さ30μmの負極活物質層を形成した。
(Negative electrode active material layer)
A negative electrode active material slurry was obtained by mixing 90% by mass of silicon (Si) as a negative electrode active material, 10% by mass of polyimide as a binder, and an appropriate amount of NMP as a slurry viscosity adjusting solvent. Then, the slurry was applied to the other surface of the current collector (the surface on the side where the positive electrode active material layer was not formed) and dried. By pressing this, a negative electrode active material layer having a thickness of 30 μm was formed.

得られた正極活物質層・集電体・負極活物質層の積層体を140×90(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、双極型電極を完成させた。。   The obtained positive electrode active material layer / current collector / negative electrode active material layer laminate was cut into a size of 140 × 90 (mm) and formed on the outer peripheral portion 10 mm from the outer edge and the negative electrode active material The bipolar electrode was completed by peeling off the layers. .

<電解質の作製>
プロピレンカーボネート(PC)とエチレンカーボネート(EC)とを1:1(体積比)で混合したPC−EC混合溶媒に、リチウム塩であるLiPFを1.0Mの濃度で溶解し、電解液を調製した。得られた電解液を90質量%、ホストポリマーとしてヘキサフルオロプロピレン(HFP)およびポリフッ化ビニリデン(PVDF)の混合物(HFP:PVDF=90:10(質量比))を10質量%、粘度調整溶媒として適量のジメチルカーボネート(DMC)を混合し、ゲル電解質を調製した。
<Production of electrolyte>
LiPF 6 as a lithium salt is dissolved at a concentration of 1.0 M in a PC-EC mixed solvent in which propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC) are mixed at 1: 1 (volume ratio) to prepare an electrolytic solution. did. 90% by mass of the obtained electrolytic solution, 10% by mass of a mixture of hexafluoropropylene (HFP) and polyvinylidene fluoride (PVDF) (HFP: PVDF = 90: 10 (mass ratio)) as a host polymer, and as a viscosity adjusting solvent An appropriate amount of dimethyl carbonate (DMC) was mixed to prepare a gel electrolyte.

<双極型電池の作製>
上記ゲル電解質を、上記双極型電極の正極活物質層および負極活物質層に塗布し、DMCを乾燥させることで、ゲル電解質が染み込んだ双極型電極とした。また、上記ゲル電解質を、セパレータ(厚さ:20μm)の両面に塗布し、DMCを乾燥させることで、ゲルポリマー電解質層を作成した。
<Production of bipolar battery>
The gel electrolyte was applied to the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer of the bipolar electrode, and the DMC was dried to obtain a bipolar electrode soaked with the gel electrolyte. Moreover, the gel polymer electrolyte layer was created by apply | coating the said gel electrolyte on both surfaces of a separator (thickness: 20 micrometers), and drying DMC.

上記双極型電極の正極活物質層上にゲルポリマー電解質層をのせ、双極型電極の周囲に幅12mmのシール部を配置した。このような順番で双極型電極を6層積層した後に、シール部の上下からプレス(0.2MPa、160℃、5秒間)をかけて融着し各単電池層をシールした。   A gel polymer electrolyte layer was placed on the positive electrode active material layer of the bipolar electrode, and a seal portion having a width of 12 mm was disposed around the bipolar electrode. Six layers of bipolar electrodes were laminated in this order, and then fused by pressing (0.2 MPa, 160 ° C., 5 seconds) from above and below the seal portion to seal each single cell layer.

得られた発電要素を電流取り出し用のアルミタブ(130mm×80mm、厚さ100μm)で挟み、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した。これを、熱プレス機を用いて面圧1kg/cm、加熱温度100℃で1時間熱プレスすることにより、未硬化のシール部を硬化し、双極型二次電池を完成させた。 The obtained power generation element was sandwiched between aluminum tabs for current extraction (130 mm × 80 mm, thickness 100 μm), and vacuum sealed using an aluminum laminate film as an exterior material. This was hot-pressed using a hot press machine at a surface pressure of 1 kg / cm 2 and a heating temperature of 100 ° C. for 1 hour to cure the uncured seal portion and complete a bipolar secondary battery.

<サイクル特性>
上記で作製した各双極型二次電池のサイクル特性を評価した。25℃の雰囲気下、定電流方式(CC、電流:0.5mA)で21.0Vまで充電し、その後、定電圧方式(CV、21V)で充電し、あわせて10時間充電した。その後、1Cの放電容量で放電した。これを1サイクルとして、1サイクル後および50サイクル後の放電容量を求めた。そして、1サイクル後の放電容量を100とした際の50サイクル後の放電容量の相対値を放電容量維持率として算出した。結果を表1に示す。
<Cycle characteristics>
The cycle characteristics of each bipolar secondary battery produced above were evaluated. Under an atmosphere of 25 ° C., the battery was charged to 21.0 V by a constant current method (CC, current: 0.5 mA), then charged by a constant voltage method (CV, 21 V), and charged for 10 hours in total. Thereafter, the battery was discharged at a discharge capacity of 1C. With this as one cycle, the discharge capacity after one cycle and after 50 cycles was determined. And the relative value of the discharge capacity after 50 cycles when the discharge capacity after 1 cycle was set to 100 was calculated as a discharge capacity maintenance rate. The results are shown in Table 1.

表1によると、実施例1〜8ではサイクル特性が著しく向上することが示された。これは集電体に含まれる電場応答性高分子材料の伸長・収縮作用によって、活物質の膨張・収縮により生じる応力が緩和され、活物質層の集電体からの剥離が抑制されたことによるものと考えられた。   According to Table 1, in Examples 1-8, it was shown that cycling characteristics improve remarkably. This is because the stress caused by the expansion / contraction of the active material is relieved by the expansion / contraction action of the electric field responsive polymer material contained in the current collector, and the peeling of the active material layer from the current collector is suppressed. It was considered a thing.

また、実施例3〜8に示すように、電場応答性高分子材料にポリプロピレンを添加することによって、集電体の対溶媒性が、サイクル特性がさらに向上した。   Further, as shown in Examples 3 to 8, by adding polypropylene to the electric field responsive polymer material, the solvent resistance of the current collector was further improved in cycle characteristics.

また、実施例6および7に示すように、電場応答性高分子材料および電場非応答性高分子材料をそれぞれ独立に配向させると、より集電体の変形率を大きくなり、優れた応力緩和効果が発揮された。特に実施例7のように、電場応答性高分子材料と電場非応答性高分子材料を同じ方向には移行させた場合に、より顕著な応力緩和効果が得られた。   In addition, as shown in Examples 6 and 7, when the electric field responsive polymer material and the electric field non-responsive polymer material are each independently oriented, the deformation rate of the current collector is further increased, and an excellent stress relaxation effect is obtained. Was demonstrated. In particular, when the electric field responsive polymer material and the electric field non-responsive polymer material were moved in the same direction as in Example 7, a more remarkable stress relaxation effect was obtained.

1、31 集電体、
2 ポリプロピレン、
3 液晶エラストマー、
4 主鎖、
5 液晶分子、
6 スペーサー、
10 リチウムイオン電池、
11 正極集電体、
11a 最外層正極集電体、
12、32 正極活物質層、
13、35 電解質層、
14 負極集電体、
15、33 負極活物質層、
16、36 単電池層、
17、37 発電要素、
18 正極タブ、
19 負極タブ、
20 正極端子リード、
21 負極端子リード、
22、42 ラミネートフィルム、
30 双極型リチウムイオン電池、
31a 正極側最外層集電体、
31b 負極側最外層集電体、
34 双極型電極、
43 シール部(絶縁層)、
44a 正極集電板、
44b 負極集電板、
250 小型の組電池、
300 組電池、
310 接続治具、
400 電気自動車。
1, 31 current collector,
2 polypropylene,
3 Liquid crystal elastomer,
4 main chain,
5 liquid crystal molecules,
6 Spacer,
10 Lithium ion battery,
11 positive electrode current collector,
11a Outermost layer positive electrode current collector,
12, 32 positive electrode active material layer,
13, 35 electrolyte layer,
14 negative electrode current collector,
15, 33 negative electrode active material layer,
16, 36 cell layer,
17, 37 Power generation element,
18 positive electrode tab,
19 negative electrode tab,
20 positive terminal lead,
21 negative terminal lead,
22, 42 Laminated film,
30 Bipolar lithium-ion battery,
31a positive electrode side outermost layer current collector,
31b negative electrode side outermost layer current collector,
34 Bipolar electrode,
43 Sealing part (insulating layer),
44a positive electrode current collector plate,
44b negative electrode current collector plate,
250 small battery pack,
300 battery packs,
310 connection jig,
400 Electric car.

Claims (10)

導電性を有する樹脂層を含む集電体であって、
前記樹脂層は、電場の印加に応答して可逆的に伸長または収縮する電場応答性高分子材料を含み、
前記電場応答性高分子材料の双極子モーメントは、2.2デバイ以上である、集電体。
A current collector including a resin layer having electrical conductivity;
The resin layer is viewed contains the electroactive polymer material which reversibly extended or retracted in response to application of an electric field,
The electric current responsive polymer material has a dipole moment of 2.2 debye or more .
前記樹脂層が、電場非応答性高分子材料をさらに含み、
前記電場応答性高分子材料の双極子モーメントは、前記電場非応答性高分子材料の双極子モーメントよりも大きい、請求項1に記載の集電体。
The resin layer further includes an electric field non-responsive polymer material,
The current collector according to claim 1, wherein a dipole moment of the electric field responsive polymer material is larger than a dipole moment of the electric field non-responsive polymer material.
前記電場応答性高分子材料の双極子モーメントは、前記電場非応答性高分子材料の双極子モーメントよりも2デバイ以上大きい、請求項2に記載の集電体。   The current collector according to claim 2, wherein a dipole moment of the electric field responsive polymer material is 2 Debye or more larger than a dipole moment of the electric field non-responsive polymer material. 前記電場応答性高分子材料および前記電場非応答性高分子材料は、それぞれ独立に集電体の面方向または面厚方向に配向してなる、請求項2または3に記載の集電体。   The current collector according to claim 2 or 3, wherein the electric field responsive polymer material and the non-electric field responsive polymer material are independently oriented in a surface direction or a surface thickness direction of the current collector. 前記電場応答性高分子材料および前記電場非応答性高分子材料は、ともに集電体の面方向に配向してなる、請求項4に記載の集電体。   The current collector according to claim 4, wherein the electric field responsive polymer material and the electric field non-responsive polymer material are both oriented in a surface direction of the current collector. 前記電場非応答性高分子材料は、ポリプロピレンを含む、請求項2〜5のいずれか1項に記載の集電体。   The current collector according to any one of claims 2 to 5, wherein the electric field non-responsive polymer material includes polypropylene. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の集電体と、
該集電体の表面に形成された正極活物質層または負極活物質層とを含む、二次電池用電極。
The current collector according to any one of claims 1 to 6,
An electrode for a secondary battery comprising a positive electrode active material layer or a negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector.
請求項7に記載の二次電池用電極と、電解質層とを含む、リチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery comprising the secondary battery electrode according to claim 7 and an electrolyte layer. 双極型である、請求項8に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 8, which is a bipolar type. 請求項8または9に記載の二次電池を複数電気的に接続してなる組電池。   An assembled battery formed by electrically connecting a plurality of the secondary batteries according to claim 8 or 9.
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