JP5516240B2 - Bipolar secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は双極型二次電池に関するものである。 The present invention relates to a bipolar secondary battery.
従来、正極層と、固体電解質膜と、負極層とを積層した発電ユニットを複数積層し、発電ユニットの間にバイポーラ(双極)層を配置し、発電ユニットの最外層には集電体(電極タブ)を設け、これらを電池ケースに収納した双極型二次電池が、特許文献1に開示されている。 Conventionally, a plurality of power generation units each including a positive electrode layer, a solid electrolyte membrane, and a negative electrode layer are stacked, a bipolar layer is disposed between the power generation units, and a current collector (electrode) is disposed on the outermost layer of the power generation unit. A bipolar secondary battery in which a tab is provided and accommodated in a battery case is disclosed in Patent Document 1.
しかし、上記の発明では、導電体が電池ケースなどを貫通し、内部短絡が生じた場合に、導電体と電極タブとが接触し、電極タブを介して短絡電流が流れ続けて、電池の性能が低下するといった問題点がある。 However, in the above invention, when the conductor penetrates the battery case or the like and an internal short circuit occurs, the conductor and the electrode tab are in contact with each other, and the short circuit current continues to flow through the electrode tab. There is a problem such as lowering.
本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、導電体が電池ケースなどを貫通した場合に、電極タブを介して電池に短絡電流が流れることを抑制することを目的とする。 The present invention was invented to solve such problems, and it is intended to suppress a short-circuit current from flowing to a battery via an electrode tab when a conductor penetrates a battery case or the like. To do.
本発明のある態様に係る双極型二次電池は、双極型電極を有する双極型二次電池であって、電解質層を介して双極型電極を積層した単位発電要素を積層した発電要素と、単位発電要素の積層方向において発電要素の両端に配置され、発電要素に当接する集電板と、集電板の面内方向に張力を掛けた状態で集電板を保持する張力保持手段とを備える。 A bipolar secondary battery according to an aspect of the present invention is a bipolar secondary battery having a bipolar electrode, in which a power generation element in which unit power generation elements in which bipolar electrodes are stacked via an electrolyte layer are stacked, and a unit A current collecting plate disposed at both ends of the power generating element in the stacking direction of the power generating elements, and a tension holding means for holding the current collecting plate in a state where tension is applied in the in-plane direction of the current collecting plate .
本発明によると、導電体が集電板を貫通し、発電要素に刺さった場合に、導電体から集電板を介して短絡電流が流れることを抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when a conductor penetrates a current collection board and stabs in a power generation element, it can suppress that a short circuit current flows through a current collection board from a conductor.
本発明の第1実施形態の構成について図1を用いて説明する。図1は本実施形態の双極型二次電池の断面図である。ここでは双極型二次電池として、双極型リチウムイオン二次電池を用いて説明するが、これに限られることはない。 The configuration of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of the bipolar secondary battery of this embodiment. Here, a bipolar lithium ion secondary battery will be described as a bipolar secondary battery, but the present invention is not limited to this.
双極型リチウム二次電池100は、発電要素1と、集電板2と、張力保持機構(張力保持手段)3とを備える。
The bipolar lithium
発電要素1は、単位発電要素6を複数積層して形成される。単位発電要素6は、双極型電極7と、電解質層8とを交互に複数積層して形成される。
The power generation element 1 is formed by stacking a plurality of unit
双極型電極7は、集電箔9と、集電箔9の一方の面に形成された正極活物質層10と、集電箔9の他方の面に形成された負極活物質層11とを備える。
The
電解質層8を介して隣り合う双極型電極7は、一方の双極型電極7の正極活物質層10が電解質層8の一方の面に当接し、もう一方の双極型電極7の負極活物質層11が電解質層8のもう一方の面に当接している。
The
集電箔9は、例えばアルミニウム、ステンレスなどの導電性部材である。また、集電箔9は、例えばポリオレフィンなどの高分子材料にカーボンなどの導電性物質を混ぜたものを使用しても良い。集電箔9は、正極活物質層10および負極活物質層11よりも大きく、集電箔9の間にはシール部13が設けられる。
The
正極活物質層10は、例えばリチウム−遷移金属複合酸化物である。負極活物質層11は、例えばカーボン−遷移金属複合酸化物である。
The positive electrode
電解質層8は、例えばポリエチレンオキシド(PEO)などのイオン伝導性を有する固体電解質である。
The
正極活物質層10、電解質層8、負極活物質層11の積層方向両端面に集電箔9を含めることで単電池12が形成される。図1に示す発電要素1では、2個の単位発電要素6にそれぞれ3個の単電池12が設けられているが、これらに限定されるものではない。
The
集電板2は、弾性膜(弾性手段)16と、強電タブ(導電性部材)17とを備える。集電板2は、発電要素1の正極側および負極側にそれぞれ設けられている。
The
弾性膜16は、例えばシリコンゴムであるが、これの他にヤング率が0.001〜0.1GPaの弾性体であればよい。
The
強電タブ17は、例えばアルミニウム箔(厚さ20μm)などの導電性部材である。強電タブ17の一部は、発電要素1の最外層の集電箔9に当接する。また、強電タブ17の一部が、外部負荷(例えば、モータ)、発電機などと電気的に接続することで、双極型リチウム二次電池100は充放電を行う。
The
集電板2は、弾性膜16を例えば3.6MPaの引張強さで伸ばし、伸ばした弾性膜16と強電タブ17とを接着剤によって接着して構成される。
The
張力保持機構3は、弾性膜16の両端に設けた連結部材18と、発電要素1を挟んで向かい合う、正極側の連結部材18と負極側の連結部材18とを連結する固定用ボルト19とを備える。
The
張力保持機構3は、集電板2を伸ばした状態で正極側の連結部材18と負極側の連結部材18とを固定用ボルト19によって連結する。これにより、集電板2は、面内方向に張力が生じた状態で保持される。なお、連結部材18は絶縁性の部材で構成されている。
The
次に本実施形態の作用について図2を用いて説明する。図2は、双極型リチウム二次電池100に外部から導電体20が発電要素1に刺さった場合の断面図である。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the bipolar lithium
本実施形態を用いない双極型リチウム二次電池において、外部から導電体が発電要素に刺さると導電体と集電板とが接触し、集電板を介して内部短絡が生じる。内部短絡が生じた箇所では、例えば発熱が生じ易く、電池性能が低下する。 In a bipolar lithium secondary battery that does not use this embodiment, when a conductor is stuck into the power generation element from the outside, the conductor and the current collector plate contact each other, and an internal short circuit occurs via the current collector plate. In the place where the internal short circuit occurs, for example, heat is likely to be generated, and the battery performance is deteriorated.
本実施形態では、双極型リチウム二次電池100に外部から導電体20が発電要素1に刺さった場合には、導電体20が刺さった箇所から集電板2が開裂変形する。本実施形態では、集電板2は、弾性膜16と強電タブ17との張力差によって、面直方向に開裂する。さらに弾性膜16が復元力によって固定用ボルト19側に収縮するので、集電板2は固定用ボルト19側に収縮する。これによって集電板2の強電タブ17は導電体20と接触しなくなる。そのため、導電体20と集電板2との導通が抑制され、短絡電流が抑制される。
In the present embodiment, when the
本実施形態の効果について説明する。 The effect of this embodiment will be described.
外部から双極型リチウム二次電池100に導電体20が発電要素1に刺さった場合に、集電板2が開裂変形することで、導電体20と集電板2の強電タブ17とが接触しなくなり、電気的な接続が解除される。そのため、集電板2を介して短絡電流が流れることを抑制することができ、短絡電流が流れることで生じる双極型リチウム二次電池100の電池機能の劣化を抑制することができる。
When the
集電板2は集電板2の面内方向に張力が掛かるように保持されており、導電体20が発電要素1に刺さった時に集電板2は素早く開裂変形する。そのため、短絡電流が集電板2を介して流れる前に、集電板2と導電体20との電気的な接続を解除することができ、双極型リチウム二次電池100の電池機能が劣化することを抑制することができる。
The
強電タブ17に弾性膜16を接着して集電板2を構成するので、導電体20が発電要素1に刺さっていない場合には十分な導電性を保つことができる。一方、導電体20が発電要素1に刺さった場合には集電板2と導電体20との電気的な接続を解除し、双極型リチウム二次電池100の電池機能が劣化することを抑制することができる。
Since the
次に本発明の第2実施形態について用いて説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
本実施形態は、集電板30が異なっており、本実施形態の集電板30は、導電材を弾性膜に埋め込んで構成される。図3に本実施形態の発電要素に導電体20が刺さった状態を示す。図3に示すように、本実施形態では、集電板30は面内方向に開裂変形する。
In the present embodiment, the
本実施形態の効果について説明する。 The effect of this embodiment will be described.
導電材を弾性膜に埋め込んで集電板30を構成することで、第1実施形態と同様に導電体20が発電要素に刺さった場合に、双極型リチウム二次電池100の電池機能が劣化することを抑制することができる。
By configuring the
なお、上記実施形態において、集電板を熱収縮性または熱硬化性部材を用いて構成してもよい。また、このような集電板と上記実施形態の集電板とを組み合わせてもよい。これらにより、双極型リチウム二次電池で発生した熱によって導電体と集電板との電気的な接続を解除することができる。 In the above embodiment, the current collector plate may be configured using a heat-shrinkable or thermosetting member. Moreover, you may combine such a current collection plate and the current collection plate of the said embodiment. As a result, the electrical connection between the conductor and the current collector plate can be released by the heat generated in the bipolar lithium secondary battery.
次に本発明の第3実施形態について図4〜図6を用いて説明する。図4は本実施形態の双極型リチウム二次電池の平面図である。図5は、本実施形態の双極型リチウム二次電池の側面図である。図6は、図4のVI-VI断面図である。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a plan view of the bipolar lithium secondary battery of this embodiment. FIG. 5 is a side view of the bipolar lithium secondary battery of the present embodiment. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG.
第3実施形態については第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。本実施形態の双極型リチウム二次電池101は、集電板41と張力保持機構42とが第1実施形態と異なっている。
The third embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment. The bipolar lithium
集電板41は、例えばアルミニウムなどの導電性部材をバネ形状にすることで形成される。集電板41は例えば厚さ1mm、幅20mmである。
The
張力保持機構42は、集電板41の直線状に形成された端部41aに第1固定用ボルト44を介して連結する第1固定部材43と、発電要素1を挟んで向かい合う正極側の第1固定部材43と負極側の第1固定部材43とに第2固定用ボルト46を介して連結する第2固定部材45とを備える。
The
第1固定部材43は、直線状の絶縁性部材であり、中央部付近で集電板41の端部41aと第1固定用ボルト44を介して連結する。第1固定部材43は、正極側、負極側にそれぞれ一対設けられている。一対の第1固定部材43には、集電板41が例えば引張強さ0.1GPaで張力をかけられた状態で第1固定用ボルト44によって固定されている。
The first fixing
なお、図4〜6においては、集電板41を説明のため、1本の細板を曲げたものを図示しているが、これに限られることはなく、集電箔との接触面積が大きく、集電板41の面内方向に張力を生じさせるものであればよい。
In FIGS. 4 to 6, for the purpose of explaining the
正極側の集電板41、負極側の集電板41は同じ構成であり、本実施形態の双極型リチウム二次電池は、上記する集電板41を正極側、負極側に備える。
The
第2固定部材45は、絶縁性部材であり、図5に示すように発電要素1に対して同一側に位置する正極側の第1固定部材43と、負極側の第1固定部材43とに第2固定用ボルト46を介して連結する。なお、第2固定部材45は、図示しないケースなどに取り付けられている。
The second fixing
次の本実施形態の作用について説明する。 The operation of the present embodiment will be described.
本実施形態では、外部から導電体20が発電要素1に刺さると、集電板41が切断され、集電板41の復元力によって、図7に示すように第1固定部材43に固定された端部41a側へ、集電板41は収縮する。これによって、導電体20と集電板41とは接触しなくなる。
In the present embodiment, when the
本実施形態の効果について説明する。 The effect of this embodiment will be described.
本実施形態では、集電板41をバネ形状とするだけで、上記実施形態の効果に加えて、軽量化、体積減少およびコストを削減することができる。
In the present embodiment, simply by making the
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and improvements that can be made within the scope of the technical idea.
1 発電要素
2、41 集電板
3 張力保持機構(張力保持手段)
6 単位発電要素
7 双極型電極
8 電解質層
9 集電箔
16 弾性膜(弾性手段)
17 強電タブ(導電性部材)
18 連結部材
19 固定用ボルト
20 導電体
43 第1固定部材
44 第1固定用ボルト
45 第2固定部材
46 第2固定用ボルト
100、101 双極型リチウム二次電池(双極型二次電池)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
6 Unit
17 High-power tab (conductive member)
18 connecting
Claims (4)
電解質層を介して前記双極型電極を積層した単位発電要素を積層した発電要素と、
前記単位発電要素の積層方向において前記発電要素の両端に配置され、前記発電要素に当接する集電板と、
前記集電板の面内方向に張力を掛けた状態で前記集電板を保持する張力保持手段とを備えることを特徴とする双極型二次電池。 A bipolar secondary battery having a bipolar electrode,
A power generation element in which unit power generation elements in which the bipolar electrode is stacked through an electrolyte layer are stacked;
Current collector plates disposed at both ends of the power generation element in the stacking direction of the unit power generation elements, and abutting the power generation element
A bipolar secondary battery, comprising: tension holding means for holding the current collector plate in a state where tension is applied in an in-plane direction of the current collector plate.
前記発電要素に当接する導電性部材と、
前記導電性部材に接着する弾性手段とを備えることを特徴とする請求項1に記載の双極型二次電池。 The current collector plate is
A conductive member in contact with the power generation element;
The bipolar secondary battery according to claim 1, further comprising an elastic unit that adheres to the conductive member.
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