JP5754002B2 - 耐熱可撓性電池、および耐熱可撓性電池の製造方法 - Google Patents
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本発明にかかる耐熱可撓性電池は、第1耐熱可撓性集電体と、耐熱可撓性正極と、耐熱可撓性セパレータと、第2耐熱可撓性集電体と、耐熱可撓性負極と、電解質含有媒体とを備える。耐熱可撓性正極は、第1耐熱可撓性集電体上に形成される。耐熱可撓性負極は、第2耐熱可撓性集電体上に形成される。この耐熱可撓性負極は、耐熱可撓性セパレータを挟んで耐熱可撓性正極に対向するように配置される。電解質含有媒体は、耐熱可撓性正極と耐熱可撓性負極との間に充填される。なお、本発明において「耐熱性を備える」とは、電解質含有媒体の注入工程より前の乾燥工程で、200℃までの熱処理に耐える構造および材料で構成されていることをいう。この乾燥工程で200℃の熱処理が行われることで、電池内部から完全に水が除去され、水分混入による電池の劣化が防がれる。さらに、電解質含有媒体の注入工程より後の工程で耐熱性の電解質含有媒体を用いることにより、耐熱可撓性電池は電池使用時においても耐熱性を備えることができる。従来、リチウム二次電池用の耐熱性材料として、活物質、セパレータ、およびバインダ等それぞれ個別で耐熱性の高い材料は提案されていたが、実際に耐熱性を備える電池を構成するにはそれだけでは十分でなかった。本発明では、耐熱性を備える活物質やセパレータ、バインダを用いることに加えて、耐熱性を有する、絶縁性のフィルムおよび樹脂と、導電性のフィルムおよび樹脂、とを用途に応じて使い分けることで、良好な耐熱性と可撓性とを兼ね備える電池を提供する。
上述(1)の第1電気絶縁性樹脂と、第2電気絶縁性樹脂と、第3電気絶縁性樹脂とをさらに備えることが好ましい。第1電気絶縁性樹脂は、第1耐熱可撓性集電体と耐熱可撓性セパレータとの間に形成される。第2電気絶縁性樹脂は、第2耐熱可撓性集電体と耐熱可撓性セパレータとの間に形成される。第3電気絶縁性樹脂は、耐熱可撓性セパレータの外周部に形成される。第1電気絶縁性樹脂、第2電気絶縁性樹脂、および第3電気絶縁性樹脂は、一体的で枠状である。
上述(1)の枠状の耐熱接着フィルムをさらに備えることが好ましい。耐熱接着フィルムは、耐熱可撓性セパレータ、耐熱可撓性正極、および耐熱可撓性負極の外周を囲む。耐熱接着フィルムは、第1耐熱可撓性集電体と第2耐熱可撓性集電体との間に形成される。
上述(1)〜(3)のいずれかの耐熱可撓性電池は、活物質層を有することが好ましい。活物質層は、主に、活物質粒子と、多孔質ポリイミド樹脂とから成る。多孔質ポリイミド樹脂は、活物質粒子同士を結着させる。
上述(1)〜(4)のいずれかの耐熱可撓性電池は、第1アンダーコート層と、第2アンダーコート層とをさらに備えることが好ましい。第1アンダーコート層は、第1耐熱可撓性集電体上に形成される。第2アンダーコート層は、第2耐熱可撓性集電体上に形成される。耐熱可撓性正極は、第1アンダーコート層上に形成される。耐熱可撓性負極は、第2アンダーコート層上に形成される。集電体上にアンダーコート層が形成される場合、アンダーコート層形成用の「導電性フィラー入りポリイミド樹脂溶液」を50℃から100℃の間の温度で数十分間加熱した後に、合剤スラリーを塗布するのが好ましい。このようにすれば、アンダーコート層が完全に固化されない状態で合剤スラリーが塗布されることになるので、アンダーコート層と活物質層とが良好に接着することになる。
本発明にかかる耐熱可撓性電池積層体では、上述(1)〜(5)のいずれかの耐熱可撓性電池が、第1耐熱可撓性集電体と第2耐熱可撓性集電体とが交互に重なるようにして複数積層される。
上述(1)の耐熱可撓性電池は、耐熱可撓性リブ部をさらに備えることが好ましい。耐熱可撓性リブ部は、耐熱可撓性セパレータの両面において耐熱可撓性セパレータの周辺部に設けられる。耐熱可撓性正極および耐熱可撓性負極は、耐熱可撓性リブ部の内部空間に挿入される。電解質含有媒体は、耐熱可撓性セパレータ内部に充填される。
上述(7)の耐熱可撓性電池は、活物質層を有する。活物質層は、主に、活物質粒子と、多孔質ポリイミド樹脂とから成る。多孔質ポリイミド樹脂は、多孔質構造を有し、活物質粒子を包含する鋳型材料として機能し、その孔内の活物質粒子を結着させると共に、集電体と活物質粒子とを結着させる役目を担っている。
上述(7)または(8)の耐熱可撓性電池は、第1アンダーコート層と、第2アンダーコート層とをさらに備えることが好ましい。第1アンダーコート層は、第1耐熱可撓性集電体上に形成される。第2アンダーコート層は、第2耐熱可撓性集電体上に形成される。耐熱可撓性正極は、第1アンダーコート層上に形成される。耐熱可撓性負極は、第2アンダーコート層上に形成される。
本発明にかかる耐熱可撓性電池の製造方法は、貼付工程と、硬化工程とを備える。貼付工程では、耐熱可撓性正極が形成される第1耐熱可撓性集電体、および、耐熱可撓性負極が形成される第2耐熱可撓性集電体が、電気絶縁性樹脂前駆体ペーストを介して耐熱可撓性セパレータに貼り付けられる。硬化工程では、電気絶縁性樹脂前駆体ペーストが硬化させられる。
上述(10)の耐熱可撓性電池の製造方法は、塗布工程をさらに備えることが好ましい。塗布工程では、電気絶縁性樹脂前駆体ペーストが、耐熱可撓性セパレータの外周部に含浸しつつ塗布される。
上述(10)または(11)の耐熱可撓性電池の製造方法は、引き出し電極取り付け工程をさらに備えることが好ましい。引き出し電極取り付け工程では、導電性樹脂前駆体ペーストで、前記第1耐熱可撓性集電体および前記第2耐熱可撓性集電体の少なくとも一方に引き出し電極が取り付けられる。硬化工程では、電気絶縁性樹脂前駆体ペーストおよび前記導電性樹脂前駆体ペーストが硬化させられる。
図1に示されるように、本発明の第1実施形態にかかる耐熱可撓性電池100は、第1耐熱可撓性集電体210と、耐熱可撓性正極220と、第1引き出し電極230と、第1導電性樹脂240と、耐熱可撓性セパレータ300と、第2耐熱可撓性集電体410と、耐熱可撓性負極420と、第2引き出し電極430と、第2導電性樹脂440と、電解質含有媒体および包材(図示せず)とを備える。耐熱可撓性電池100は、二次電池であることが好ましく、非水電解質二次電池であることがより好ましい。なお、本発明において「耐熱性を備える」とは、電解質含有媒体の注入工程より前の乾燥工程で、200℃までの熱処理に耐える構造および材料で構成されていることをいう。
この耐熱可撓性電池100は、良好な耐熱性と可撓性とを兼ね備える。
(A)
図2に示されるように、耐熱可撓性電池100aでは、第1アンダーコート層250および第2アンダーコート層450が形成されてもよい。
図3に示されるように、耐熱可撓性電池100bは、第1耐熱可撓性リブ部260と、第2耐熱可撓性リブ部460とをさらに備えてもよい。耐熱可撓性リブ部260、460は、耐熱可撓性セパレータ300の両面において、耐熱可撓性セパレータ300の外周にそれぞれ設けられる。
図5、6に示されるように、本発明の第2実施形態に係る耐熱可撓性電池100cは、上記の第1実施形態に係る耐熱可撓性電池100と異なり、第1電気絶縁層510、第2電気絶縁層520、第3電気絶縁層530をさらに備える。なお、第2実施形態に係る耐熱可撓性電池100cと、上記の第1実施形態に係る耐熱可撓性電池100とで共通する構成については、適宜その説明を省略する。
耐熱可撓性電池100cの製造方法は、塗布工程と、貼付工程と、引き出し電極取り付け工程と、硬化工程とを備える。
第1耐熱可撓性集電体210、第2耐熱可撓性集電体410、第1電気絶縁性樹脂510、第2電気絶縁性樹脂520、および第3電気絶縁性樹脂530で囲まれる耐熱可撓性電池100cの内部は密閉される。そのため、耐熱可撓性電池100cは、充填された電解質含有媒体の液漏れを気にする必要がないので取り扱いやすい。よって、耐熱可撓性電池100cは、高電圧化のために、容易に複数積層させることができる。
(A)
図7に示されるように、耐熱可撓性電池100dは、第1アンダーコート層250と、第2アンダーコート層450とをさらに備えてもよい。第1アンダーコート層250は、第1耐熱可撓性集電体210上に形成される。第2アンダーコート層450は、第2耐熱可撓性集電体410上に形成される。耐熱可撓性正極220および第1導電性樹脂510は、第1アンダーコート層250上に形成される。耐熱可撓性負極420および第2導電性樹脂520は、第2アンダーコート層450上に形成される。
図8に示されるように、耐熱可撓性電池積層体600では、第1耐熱可撓性集電体210と第2耐熱可撓性集電体410とが交互に重なるようにして、2つの耐熱可撓性電池100cが積層されてもよい。この耐熱可撓性電池積層体600では、第1耐熱可撓性集電体210と第2耐熱可撓性集電体410との間の引き出し電極230、430が省略される。なお、耐熱可撓性電池100cは、3つ以上の耐熱可撓性電池100cが、第1耐熱可撓性集電体210と第2耐熱可撓性集電体410とが交互に重なるようにして積層されていてもよい。
図9、10に示されるように、本発明の第3実施形態に係る耐熱可撓性電池100eは、上記の第1実施形態に係る耐熱可撓性電池100と異なり、枠状の耐熱接着フィルム700をさらに備える。
第1耐熱可撓性集電体210、第2耐熱可撓性集電体410、および耐熱接着フィルム700で囲まれる耐熱可撓性電池100eの内部は密閉される。そのため、耐熱可撓性電池100eは、充填された電解質含有媒体の液漏れを気にする必要がないので取り扱いやすい。よって、耐熱可撓性電池100eは、高電圧化のために、容易に複数積層させることができる。
(A)
図11に示されるように、耐熱可撓性電池100fは、第1アンダーコート層250と、第2アンダーコート層450とをさらに備えてもよい。第1アンダーコート層250は、第1耐熱可撓性集電体210上に形成される。第2アンダーコート層450は、第2耐熱可撓性集電体410上に形成される。耐熱可撓性正極220および耐熱接着フィルム700は、第1アンダーコート層250上に形成される。耐熱可撓性負極420および耐熱接着フィルム700は、第2アンダーコート層450上に形成される。
図12に示されるように、耐熱可撓性電池積層体600eでは、第1耐熱可撓性集電体210と第2耐熱可撓性集電体410とが交互に重なるようにして、2つの耐熱可撓性電池100eが積層されてもよい。なお、耐熱可撓性電池積層体600eでは、3つ以上の耐熱可撓性電池100eが、第1耐熱可撓性集電体210と第2耐熱可撓性集電体410とが交互に重なるようにして積層されていてもよい。
210 第1耐熱可撓性集電体
220 耐熱可撓性正極
230 第1引き出し電極(引き出し電極)
250 第1アンダーコート層
260 第1耐熱可撓性リブ部(耐熱可撓性リブ部)
300 耐熱可撓性セパレータ
410 第2耐熱可撓性集電体
420 耐熱可撓性負極
430 第2引き出し電極(引き出し電極)
450 第1アンダーコート層
460 第2耐熱可撓性リブ部(耐熱可撓性リブ部)
510 第1電気絶縁性樹脂
520 第2電気絶縁性樹脂
530 第3電気絶縁性樹脂
600、600e 耐熱可撓性電池
700 耐熱接着フィルム
Claims (7)
- ポリイミド樹脂を含む第1耐熱可撓性集電体と、
ポリイミド樹脂を含み、前記第1耐熱可撓性集電体上に形成される耐熱可撓性正極と、
耐熱可撓性セパレータであって、ポリイミド樹脂製のセパレータ、ガラス不織布セパレータ、パルプセパレータ、アラミドセパレータ、及び、ポリアミドイミド樹脂製のセパレータのうちの何れかである、耐熱可撓性セパレータと、
ポリイミド樹脂を含む第2耐熱可撓性集電体と、
ポリイミド樹脂を含み、前記第2耐熱可撓性集電体上に形成され、前記耐熱可撓性セパレータを挟んで前記耐熱可撓性正極に対向するように配置される耐熱可撓性負極と、
前記耐熱可撓性正極と前記耐熱可撓性負極との間に充填される電解質含有媒体であって、有機溶媒にリチウム塩又はナトリウム塩を溶解させたもの、あるいは、イオン性液体を溶媒とする液体電解質である、電解質含有媒体と、
前記第1耐熱可撓性集電体と前記耐熱可撓性セパレータとの間に形成される第1電気絶縁性樹脂と、
前記第2耐熱可撓性集電体と前記耐熱可撓性セパレータとの間に形成される第2電気絶縁性樹脂と、
前記耐熱可撓性セパレータの外周部に形成される第3電気絶縁性樹脂と、を備え、
前記第1電気絶縁性樹脂、前記第2電気絶縁性樹脂、および前記第3電気絶縁性樹脂は、ポリイミド前駆体を含む電気絶縁性樹脂前駆体ペーストを、前記耐熱可撓性セパレータの外周部に含浸させつつ塗布することによって形成され、一体的で枠状である耐熱可撓性電池。 - ポリイミド樹脂を含む第1耐熱可撓性集電体と、
ポリイミド樹脂を含み、前記第1耐熱可撓性集電体上に形成される耐熱可撓性正極と、
耐熱可撓性セパレータであって、ポリイミド樹脂製のセパレータ、ガラス不織布セパレータ、パルプセパレータ、アラミドセパレータ、及び、ポリアミドイミド樹脂製のセパレータのうちの何れかである、耐熱可撓性セパレータと、
ポリイミド樹脂を含む第2耐熱可撓性集電体と、
ポリイミド樹脂を含み、前記第2耐熱可撓性集電体上に形成され、前記耐熱可撓性セパレータを挟んで前記耐熱可撓性正極に対向するように配置される耐熱可撓性負極と、
前記耐熱可撓性正極と前記耐熱可撓性負極との間に充填される電解質含有媒体あって、有機溶媒にリチウム塩又はナトリウム塩を溶解させたもの、あるいは、イオン性液体を溶媒とする液体電解質である、電解質含有媒体と、
樹脂フィルムを打ち抜き加工することによって形成され、前記耐熱可撓性セパレータ、前記耐熱可撓性正極、および前記耐熱可撓性負極の外周を囲む枠状の耐熱接着フィルムと、を備え、
前記耐熱接着フィルムは、前記第1耐熱可撓性集電体と前記第2耐熱可撓性集電体との間に形成される耐熱可撓性電池。 - 前記耐熱可撓性正極および前記耐熱可撓性負極の少なくとも一方は、主に、活物質粒子と、前記活物質粒子同士を結着させる多孔質ポリイミド樹脂とから成る活物質層を有する請求項1または2に記載の耐熱可撓性電池。
- 前記第1耐熱可撓性集電体上に形成される第1アンダーコート層と、
前記第2耐熱可撓性集電体上に形成される第2アンダーコート層とをさらに備え、
前記耐熱可撓性正極は、前記第1アンダーコート層上に形成され、
前記耐熱可撓性負極は、前記第2アンダーコート層上に形成される請求項1〜3のいずれか一項に記載の耐熱可撓性電池。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の耐熱可撓性電池が、前記第1耐熱可撓性集電体と前記第2耐熱可撓性集電体とが交互に重なるようにして複数積層される耐熱可撓性電池積層体。
- ポリイミド前駆体を含む電気絶縁性樹脂前駆体ペーストを、耐熱可撓性セパレータの外周部に含浸させつつ塗布する塗布工程と、
耐熱可撓性正極が形成される第1耐熱可撓性集電体、および、耐熱可撓性負極が形成される第2耐熱可撓性集電体を、前記電気絶縁性樹脂前駆体ペーストを介して前記耐熱可撓性セパレータに貼り付ける貼付工程と、
前記電気絶縁性樹脂前駆体ペーストを硬化させて、前記耐熱可撓性セパレータの外周部に電気絶縁性樹脂を形成する硬化工程とを備える耐熱可撓性電池の製造方法であって、
前記第1耐熱可撓性集電体、前記第2耐熱可撓性集電体、前記耐熱可撓性正極、及び、前記耐熱可撓性負極は、何れもポリイミド樹脂を含んでおり、
前記耐熱可撓性セパレータは、ポリイミド樹脂製のセパレータ、ガラス不織布セパレータ、パルプセパレータ、アラミドセパレータ、及び、ポリアミドイミド樹脂製のセパレータのうちの何れかである、耐熱可撓性電池の製造方法。 - 導電性樹脂前駆体ペーストで、前記第1耐熱可撓性集電体および前記第2耐熱可撓性集電体の少なくとも一方に引き出し電極を取り付ける引き出し電極取り付け工程をさらに備え、
前記硬化工程では、前記電気絶縁性樹脂前駆体ペーストおよび前記導電性樹脂前駆体ペーストを硬化させる請求項6に記載の耐熱可撓性電池の製造方法。
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