JP6349442B1 - Composite membrane and battery - Google Patents

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Abstract

【課題】低温時には電気抵抗が低く、かつ高温時には電気抵抗が高い特性を有するコンポジット膜および電池を提供する。【解決手段】複数の導電性粒子1と絶縁性の高分子材料2とを含み、PTC特性を有するコンポジット膜10を提供する。高分子材料2は、第1材料2Aと、第1材料2Aより融点が低い第2材料2Bとを少なくとも含む。第2材料2Bの融点は、54〜58℃である。複数の導電性粒子1は、少なくとも一部がコンポジット膜10の一方の面10aから他方の面10bにかけて列をなすように配置されている。【選択図】図1Disclosed are a composite film and a battery that have low electrical resistance at low temperatures and high electrical resistance at high temperatures. A composite film 10 having a plurality of conductive particles 1 and an insulating polymer material 2 and having PTC characteristics is provided. The polymer material 2 includes at least a first material 2A and a second material 2B having a melting point lower than that of the first material 2A. The melting point of the second material 2B is 54 to 58 ° C. The plurality of conductive particles 1 are arranged so that at least a part thereof forms a row from one surface 10a of the composite film 10 to the other surface 10b. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、コンポジット膜および電池に関する。   The present invention relates to a composite membrane and a battery.

電池、電子機器などには、PTC特性(Positive Temperature Coefficient:正の抵抗温度係数)を有するPTC膜を備えたPTC素子が用いられることがある(例えば、特許文献1を参照)。PTC特性とは、温度が上昇した場合、体積電気抵抗率が上昇して電流を制限する特性である。
例えば、電気自動車、ハイブリット車等に搭載されるリチウムイオン電池において熱暴走を防ぐには、電流を遮断して電池反応を抑制することが有効である。電解液の温度は、55℃を超えると、電池反応の速度が増すとともに、電解液の熱分解反応が起こりやすくなる。また、電解液の温度は、安全面の配慮(発火防止等)から130℃以下とするのが好ましい。そのため、リチウムイオン電池では、55℃と130℃を基準に温度管理が行われている場合が多い。JIS C8712においても、55℃における短絡の有無、および130℃における発火の有無によって安全性を確かめるよう規定されている。また、正極板もしくは負極板で金属粒子のコンタミネーションが起きると、短絡電流、過充電といった異常な充放電が起こり、ジュール発熱で電池の温度が上昇して電池反応が速くなり、更なる異常な充放電が生じる可能性がある。
For batteries, electronic devices, and the like, a PTC element including a PTC film having a PTC characteristic (Positive Temperature Coefficient) may be used (for example, see Patent Document 1). The PTC characteristic is a characteristic that limits the current by increasing the volume resistivity when the temperature rises.
For example, in order to prevent thermal runaway in a lithium ion battery mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, etc., it is effective to cut off the current and suppress the battery reaction. When the temperature of the electrolytic solution exceeds 55 ° C., the rate of the battery reaction increases, and the thermal decomposition reaction of the electrolytic solution easily occurs. The temperature of the electrolytic solution is preferably 130 ° C. or lower in consideration of safety (ignition prevention, etc.). Therefore, in lithium ion batteries, temperature management is often performed based on 55 ° C and 130 ° C. JIS C8712 also stipulates that safety should be confirmed by the presence or absence of a short circuit at 55 ° C. and the presence or absence of ignition at 130 ° C. In addition, when contamination of metal particles occurs on the positive electrode plate or negative electrode plate, abnormal charging / discharging such as short-circuit current and overcharging occurs, the temperature of the battery rises due to Joule heating, and the battery reaction is accelerated. Charging / discharging may occur.

異常な温度上昇および充放電を防ぐ手段として、PTC特性を持つPTC素子(例えばPTCサーミスタ)が用いられている。PTC素子が用いられた保護回路、保護素子等は、短絡電流や過大電流を制限し、電池を保護することができる。
PTC素子に用いられるPTC膜は、例えば導電性粒子と高分子材料を含む。PTC膜は、低温時には導電性粒子が導電性経路を形成するため高い導電性を示すが、高温時には高分子材料の熱膨張により導電性経路が切断され、導電性が低下する。そのため、高温時において電流が制限され、異常発熱を防ぐことができる。
As means for preventing abnormal temperature rise and charging / discharging, a PTC element having a PTC characteristic (for example, a PTC thermistor) is used. A protection circuit, a protection element, or the like using a PTC element can limit a short-circuit current or an excessive current and protect a battery.
The PTC film used for the PTC element includes, for example, conductive particles and a polymer material. The PTC film exhibits high conductivity because the conductive particles form a conductive path at a low temperature, but at a high temperature, the conductive path is cut due to thermal expansion of the polymer material, resulting in a decrease in conductivity. Therefore, the current is limited at a high temperature, and abnormal heat generation can be prevented.

特開2016−44257号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-44257

従来のPTC膜では、低温時の電気抵抗を低くするために導電性粒子の含有量を増やすと、温度が上昇したときの電気抵抗変化が小さくなり、電流制限効果が小さくなる場合がある。そのため、低温時には電気抵抗が低く、かつ高温時には電気抵抗が高い特性を有するPTC膜が求められている。   In the conventional PTC film, when the content of the conductive particles is increased in order to reduce the electric resistance at low temperatures, the change in electric resistance when the temperature rises becomes small, and the current limiting effect may be reduced. Therefore, there is a demand for a PTC film that has a low electrical resistance at low temperatures and a high electrical resistance at high temperatures.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、低温時には電気抵抗が低く、かつ高温時には電気抵抗が高い特性を有するコンポジット膜および電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a composite film and a battery that have low electrical resistance at low temperatures and high electrical resistance at high temperatures.

本発明の第1の態様は、複数の導電性粒子と絶縁性の高分子材料とを含み、PTC特性を有するコンポジット膜である。前記高分子材料は、第1材料と、前記第1材料より融点が低い第2材料とを少なくとも含む。前記第2材料の融点は、54〜58℃である。前記複数の導電性粒子は、少なくとも一部が前記コンポジット膜の一方の面から他方の面にかけて列をなすように配置されている。
本発明の第2の態様は、前記第1の態様のコンポジット膜において、前記第1材料は、結晶性材料である。前記第2材料は、非結晶性材料である。
本発明の第3の態様は、前記第1または第2の態様のコンポジット膜において、前記第1材料の含有率C1と前記第2材料の含有率C2との比率C2/C1(体積基準)は、1/3〜1である。
本発明の第4の態様は、前記第1〜第3の態様のコンポジット膜において、前記第2材料は、パラフィンである。
The first aspect of the present invention is a composite film having a plurality of conductive particles and an insulating polymer material and having PTC characteristics. The polymer material includes at least a first material and a second material having a melting point lower than that of the first material. The melting point of the second material is 54 to 58 ° C. The plurality of conductive particles are arranged so that at least a part thereof forms a row from one surface of the composite film to the other surface.
According to a second aspect of the present invention, in the composite film of the first aspect, the first material is a crystalline material. The second material is an amorphous material.
According to a third aspect of the present invention, in the composite film of the first or second aspect, a ratio C2 / C1 (volume basis) of the content ratio C1 of the first material and the content ratio C2 of the second material is 1/3 to 1.
According to a fourth aspect of the present invention, in the composite film of the first to third aspects, the second material is paraffin.

本発明の第5の態様は、正極板と、負極板と、電解液と、を備えた電池である。前記正極板は、正極集電板と、前記正極集電板の内面側に設けられた正極活物質層とを有する。前記負極板は、負極集電板と、前記負極集電板の内面側に設けられた負極活物質層とを有する。前記負極集電板と前記負極活物質層との間に、前記コンポジット膜と、前記コンポジット膜の内面側に設けられた金属被覆層とが形成されている。
本発明の第6の態様は、前記第5の態様の電池において、前記コンポジット膜の一部は、前記金属被覆層の周縁の少なくとも一部から外方に延出して形成されている。
The 5th aspect of this invention is a battery provided with the positive electrode plate, the negative electrode plate, and electrolyte solution. The positive electrode plate includes a positive electrode current collector plate and a positive electrode active material layer provided on the inner surface side of the positive electrode current collector plate. The negative electrode plate includes a negative electrode current collector plate and a negative electrode active material layer provided on the inner surface side of the negative electrode current collector plate. Between the negative electrode current collector plate and the negative electrode active material layer, the composite film and a metal coating layer provided on the inner surface side of the composite film are formed.
According to a sixth aspect of the present invention, in the battery according to the fifth aspect, a part of the composite film is formed to extend outward from at least a part of a peripheral edge of the metal coating layer.

本発明の一態様によれば、高分子材料は第1材料と第2材料とを含み、第2材料の融点は54〜58℃である。第2材料は低融点であり流動性が高いため、第2材料からなる相において導電性粒子が移動しやすいことから、磁場に従って導電性粒子が整列しやすい。よって、低温域において電気抵抗率が低いコンポジット膜が得られる。また、高融点の第1材料を含む相は熱膨張係数が高いため、高温域においては熱膨張によりコンポジット膜の導電性経路が切断されやすくなる。よって、電気抵抗率を十分に高くできる。したがって、低温時には電気抵抗が低く、かつ高温時には電気抵抗が高い特性を有するコンポジット膜が得られる。   According to one embodiment of the present invention, the polymer material includes the first material and the second material, and the melting point of the second material is 54 to 58 ° C. Since the second material has a low melting point and high fluidity, the conductive particles easily move in the phase made of the second material, so that the conductive particles are easily aligned according to the magnetic field. Therefore, a composite film having a low electrical resistivity in a low temperature range can be obtained. In addition, since the phase containing the first material having a high melting point has a high coefficient of thermal expansion, the conductive path of the composite film is likely to be cut due to thermal expansion in a high temperature range. Therefore, the electrical resistivity can be sufficiently increased. Therefore, it is possible to obtain a composite film having a characteristic that the electrical resistance is low at a low temperature and the electrical resistance is high at a high temperature.

一実施形態のコンポジット膜の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the composite film of one Embodiment. 一実施形態のコンポジット膜の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the composite film of one Embodiment. 導電性粒子の断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section of electroconductive particle. 導電性粒子の一例の写真である。It is a photograph of an example of electroconductive particle. 複数の導電性粒子を模式的に示す断面図であり、コンポジット膜の厚さ方向に沿う断面を示す図である。It is sectional drawing which shows a some electroconductive particle typically, and is a figure which shows the cross section along the thickness direction of a composite film. 本実施形態のコンポジット膜の断面を拡大した写真である。It is the photograph which expanded the cross section of the composite film of this embodiment. 本実施形態のコンポジット膜の製造方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the manufacturing method of the composite film of this embodiment. 図7に続く工程図である。FIG. 8 is a process diagram following FIG. 7. 本実施形態のコンポジット膜を製造する装置の第1の例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the 1st example of the apparatus which manufactures the composite film of this embodiment. 図9の製造装置における磁石の作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of the magnet in the manufacturing apparatus of FIG. 本実施形態のコンポジット膜の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the composite film of this embodiment. 従来のコンポジット膜の一例の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of an example of the conventional composite film. 本実施形態のコンポジット膜を製造する装置の第2の例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the 2nd example of the apparatus which manufactures the composite film of this embodiment. 本実施形態のコンポジット膜を用いたリチウムイオン電池を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the lithium ion battery using the composite film of this embodiment. 本実施形態のコンポジット膜を製造する装置の第3の例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the 3rd example of the apparatus which manufactures the composite film of this embodiment. 試験例のコンポジット膜の断面の写真である。It is a photograph of the section of the composite film of a test example. 試験例のコンポジット膜の断面の写真である。It is a photograph of the section of the composite film of a test example. 試験例のコンポジット膜について、電気抵抗率の温度依存性を示す図である。It is a figure which shows the temperature dependence of an electrical resistivity about the composite film of a test example. 試験例のコンポジット膜について、電気抵抗率の温度依存性を示す図である。It is a figure which shows the temperature dependence of an electrical resistivity about the composite film of a test example. 試験例のコンポジット膜の表面の写真である。It is a photograph of the surface of the composite film of a test example. 試験例のコンポジット膜の表面の写真である。It is a photograph of the surface of the composite film of a test example.

以下、一実施形態のコンポジット膜について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際とは異なる場合がある。また、本発明は以下の実施形態に限定されない。   Hereinafter, a composite film according to an embodiment will be described with reference to the drawings. Note that in the drawings used in the following description, in order to make the characteristics easy to understand, there are cases where the characteristic portions are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components may differ from the actual ones. Further, the present invention is not limited to the following embodiment.

<コンポジット膜>
図1および図2は本実施形態のコンポジット膜10(複合膜)の構造を示す模式図である。図1および図2は厚さ方向に沿うコンポジット膜10の断面を示す図である。なお、厚さ方向とはコンポジット膜10の表面に垂直な方向である。図3は導電性粒子1の断面を模式的に示す図である。図4は導電性粒子1の一例の写真である。図5は複数の導電性粒子1を模式的に示す断面図であり、コンポジット膜10の厚さ方向に沿う断面を示す図である。
<Composite membrane>
1 and 2 are schematic views showing the structure of the composite film 10 (composite film) of this embodiment. 1 and 2 are cross-sectional views of the composite film 10 along the thickness direction. The thickness direction is a direction perpendicular to the surface of the composite film 10. FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section of the conductive particle 1. FIG. 4 is a photograph of an example of the conductive particles 1. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a plurality of conductive particles 1, and is a view showing a cross section along the thickness direction of the composite film 10.

図1に示すように、コンポジット膜10は、複数の導電性粒子1と高分子材料2とを含む複合材料3から構成されている。
図3に示すように、導電性粒子1は、導電性の磁性体粒子4と、磁性体粒子4を覆う炭素材被覆5とを有する。
磁性体粒子4は、例えばニッケル(Ni),コバルト(Co),鉄(Fe)のうち1または2以上を含む磁性材料から構成されている。磁性材料は金属であることが好ましい。磁性体粒子4は、導電性および耐食性に優れた金属である、NiまたはNi合金から構成されていることが好ましい。すなわち、磁性体粒子4を構成する磁性体は、NiまたはNi合金であってもよい。
As shown in FIG. 1, the composite film 10 is composed of a composite material 3 including a plurality of conductive particles 1 and a polymer material 2.
As shown in FIG. 3, the conductive particles 1 have conductive magnetic particles 4 and a carbon material coating 5 that covers the magnetic particles 4.
The magnetic particles 4 are made of a magnetic material containing one or more of nickel (Ni), cobalt (Co), and iron (Fe), for example. The magnetic material is preferably a metal. The magnetic particles 4 are preferably made of Ni or Ni alloy, which is a metal having excellent conductivity and corrosion resistance. That is, the magnetic material constituting the magnetic particles 4 may be Ni or a Ni alloy.

図3および図4に示すように、磁性体粒子4は、外表面に複数の突起6を有する形状(例えば粒子本体7と、粒子本体7の外表面7aから突出する複数の突起6とを有する形状)であってよい。突起6は先細り形状、すなわち外表面7aから離れるほど幅(外形寸法、例えば外径)が狭くなる形状(例えば多角錐状、円錐状などの錐状)であることが好ましい。突起6は、例えば粒子本体7と一体とされている。磁性体粒子4が突起6を有するため、複数の導電性粒子1が互いに接触する際の接触点が多くなり、導電性が高められる。鋭利な先細り形状の突起を有する粒子を「スパイク状粒子」という。   As shown in FIGS. 3 and 4, the magnetic particle 4 has a shape having a plurality of protrusions 6 on the outer surface (for example, a particle main body 7 and a plurality of protrusions 6 protruding from the outer surface 7 a of the particle main body 7. Shape). It is preferable that the protrusion 6 has a tapered shape, that is, a shape (for example, a pyramid shape such as a polygonal cone shape or a cone shape) whose width (outside dimension, for example, an outside diameter) becomes narrower as the distance from the outer surface 7a increases. The protrusion 6 is integrated with the particle body 7, for example. Since the magnetic particles 4 have the protrusions 6, the number of contact points when the plurality of conductive particles 1 come into contact with each other increases, and the conductivity is improved. Particles having sharply tapered protrusions are called “spike-like particles”.

磁性体粒子4は、例えば、1個の球形の粒子本体7の表面に、鋭利な突起6を複数個(通常は10個〜500個)有する。突起6の高さは、粒子本体7の粒径に対して概ね1/3〜1/500である。導電性粒子1は、例えば、カルボニル金属粉(純度99.99%のニッケルカルボニル)を原料として、Ni(CO)→Ni+4COという反応に従って得られる(特開平5−47503号公報を参照)。 The magnetic particle 4 has, for example, a plurality of sharp protrusions 6 (usually 10 to 500) on the surface of one spherical particle body 7. The height of the protrusion 6 is approximately 1/3 to 1/500 with respect to the particle size of the particle body 7. The conductive particles 1 are obtained, for example, according to a reaction of Ni (CO) 4 → Ni + 4CO using carbonyl metal powder (nickel carbonyl having a purity of 99.99%) as a raw material (refer to Japanese Patent Laid-Open No. 5-47503).

磁性体粒子4の平均粒径は、例えば0.2〜10μm(好ましくは1〜3μm)である。磁性体粒子4は粒径が小さすぎれば、製造工程において、磁場をかけても例えば導電性粒子1に生じる力が小さいことで導電性粒子1が移動しにくくなるが、磁性体粒子4の平均粒径が前記範囲であれば、導電性粒子1は磁場中で移動しやすくなり、後述のように、列をなす配置をとりやすくなる。また、磁性体粒子4は粒径が大きすぎると、製造工程において、例えば液状の高分子材料2内での流動抵抗が高くなることで、磁場をかけても導電性粒子1が移動しにくくなるが、磁性体粒子4の平均粒径が前記範囲であれば、導電性粒子1は磁場中で移動しやすくなり、列をなす配置をとりやすくなる。   The average particle diameter of the magnetic particles 4 is, for example, 0.2 to 10 μm (preferably 1 to 3 μm). If the particle size of the magnetic particles 4 is too small, even if a magnetic field is applied in the manufacturing process, for example, the force generated in the conductive particles 1 is small so that the conductive particles 1 are difficult to move. When the particle diameter is in the above range, the conductive particles 1 are easy to move in a magnetic field, and as described later, it is easy to take a row arrangement. If the particle size of the magnetic particles 4 is too large, the flow resistance in the liquid polymer material 2 is increased in the manufacturing process, for example, so that the conductive particles 1 are difficult to move even when a magnetic field is applied. However, if the average particle diameter of the magnetic particles 4 is within the above range, the conductive particles 1 can easily move in a magnetic field, and can easily be arranged in rows.

平均粒径は、例えばレーザー回折散乱法に基づく粒度分布測定装置によって測定することができる。平均粒径としては、例えば50%累積粒子径(質量基準または体積基準)、最頻粒子径などを採用できる。平均粒径は、粒子を観察した画像に基づく十分な数(例えば100以上)の粒子についての測定値の平均値を採用してもよい。粒子の画像は、例えば光学顕微鏡、電子顕微鏡などを用いて得られた観察画像である。非球形の粒子の粒径としては、例えば観察画像における最長径と最短径の平均値を採用してよい。   The average particle diameter can be measured by, for example, a particle size distribution measuring apparatus based on a laser diffraction scattering method. As the average particle size, for example, 50% cumulative particle size (mass basis or volume basis), mode particle size, etc. can be adopted. As the average particle diameter, an average value of measured values for a sufficient number (for example, 100 or more) of particles based on an image obtained by observing the particles may be employed. The image of the particles is an observation image obtained using, for example, an optical microscope or an electron microscope. As the particle diameter of the non-spherical particles, for example, an average value of the longest diameter and the shortest diameter in the observation image may be adopted.

図3に示すように、炭素材被覆5は炭素材から構成されている。炭素材としては、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンブラックなどが挙げられる。炭素材としては、導電性および耐久性に優れた材料であるグラフェンが好ましい。炭素材被覆5は、磁性体粒子4の外表面を覆って形成されている。炭素材被覆5の厚さは、例えば1〜100nm(好ましくは10〜20nm)である。   As shown in FIG. 3, the carbon material coating 5 is made of a carbon material. Examples of the carbon material include graphene, carbon nanotube, and carbon black. As the carbon material, graphene which is a material excellent in conductivity and durability is preferable. The carbon material coating 5 is formed so as to cover the outer surface of the magnetic particles 4. The thickness of the carbon material coating 5 is, for example, 1 to 100 nm (preferably 10 to 20 nm).

炭素材被覆5は、磁性体粒子4を保護する機能を有する。そのため、後述のように、コンポジット膜10を電池に適用した場合に、電解液から磁性体粒子4を保護することができる。炭素材被覆5には、導電性粒子1どうしの接触面積を大きくし、コンポジット膜10の電気抵抗を小さくする機能もある。   The carbon material coating 5 has a function of protecting the magnetic particles 4. Therefore, as will be described later, when the composite film 10 is applied to a battery, the magnetic particles 4 can be protected from the electrolytic solution. The carbon material coating 5 also has a function of increasing the contact area between the conductive particles 1 and reducing the electrical resistance of the composite film 10.

導電性粒子1の平均粒径は、例えば0.2〜10μm(好ましくは1〜3μm)である。導電性粒子1の平均粒径は、コンポジット膜10の厚さより小さい。なお 、複数の導電性粒子1における最大粒径は、コンポジット膜10の厚さより小さい。また、導電性粒子1に、コンポジット膜10の厚さ方向に圧縮歪みが加えられていてもよい。   The average particle diameter of the conductive particles 1 is, for example, 0.2 to 10 μm (preferably 1 to 3 μm). The average particle diameter of the conductive particles 1 is smaller than the thickness of the composite film 10. Note that the maximum particle size of the plurality of conductive particles 1 is smaller than the thickness of the composite film 10. Further, compressive strain may be applied to the conductive particles 1 in the thickness direction of the composite film 10.

図5に示すように、導電性粒子1は、突起6を有するため他の導電性粒子1と接触しやすいことから、導電性経路が形成されやすい。そのため、コンポジット膜10中の導電性粒子1の含有率が低くてもコンポジット膜10の電気抵抗率を低くできる。   As shown in FIG. 5, since the conductive particles 1 have protrusions 6 and are easily in contact with other conductive particles 1, a conductive path is easily formed. Therefore, even if the content rate of the conductive particles 1 in the composite film 10 is low, the electrical resistivity of the composite film 10 can be lowered.

図1に示す高分子材料2は、結晶性材料2A(第1材料)と、非結晶性材料2B(第2材料)とを含む。
結晶性材料2Aは、絶縁性材料である。結晶性材料2Aとしては、例えばポリオレフィン樹脂、ポリアミド系樹脂等を挙げることができる。
ポリオレフィン樹脂としては、例えば、高密度ポリエチレン(融点120〜140℃)、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン(融点95〜130℃)、エチレンプロピレンジエン共重合体(EPDM)、エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)等のポリエチレン類;アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン等のポリプロピレン類(融点100〜140℃);ポリブテン等を挙げることができる。ポリアミド系樹脂としては、例えば、ナイロン6、ナイロン8、ナイロン11、ナイロン66、ナイロン610等を挙げることができる。結晶性材料2Aとしては、そのほか、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができる。結晶性材料2Aは、これらのうち1つを単独で用いてもよいし、2つ以上を混合して用いてもよい。結晶性材料2Aは、液状硬化性の材料(例えば熱可塑性の材料)であることが好ましい。
結晶性材料2Aは、非結晶性材料2Bに比べて熱膨張係数が高いことが好ましい。
A polymer material 2 shown in FIG. 1 includes a crystalline material 2A (first material) and an amorphous material 2B (second material).
The crystalline material 2A is an insulating material. Examples of the crystalline material 2A include polyolefin resins and polyamide resins.
Examples of the polyolefin resin include high density polyethylene (melting point 120 to 140 ° C.), medium density polyethylene, low density polyethylene (melting point 95 to 130 ° C.), ethylene propylene diene copolymer (EPDM), and ethylene / vinyl acetate copolymer. Polyethylenes such as (EVA); Polypropylenes such as isotactic polypropylene and syndiotactic polypropylene (melting point: 100 to 140 ° C.); polybutene and the like. Examples of the polyamide-based resin include nylon 6, nylon 8, nylon 11, nylon 66, nylon 610, and the like. Other examples of the crystalline material 2A include polyacetal resin, polyester resin, and fluororesin. As the crystalline material 2A, one of these may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used. The crystalline material 2A is preferably a liquid curable material (for example, a thermoplastic material).
The crystalline material 2A preferably has a higher coefficient of thermal expansion than the non-crystalline material 2B.

結晶性材料2Aとしては、ポリエチレンが好ましい。ポリエチレンの脆化温度は−80〜−20℃で、ガラス転移点は−20〜−120℃である。   As the crystalline material 2A, polyethylene is preferable. The embrittlement temperature of polyethylene is −80 to −20 ° C., and the glass transition point is −20 to −120 ° C.

高分子材料2における結晶性材料2Aの含有率(体積基準)は、例えば50〜75Vol.%とすることができる。含有率が50Vol.%以上であると、高温域において電気抵抗率を高くできる。また、コンポジット膜10の機械的強度を高くできる。含有率が75Vol.%以下であると、高分子材料2の流動性が高くなり、導電性粒子1の列が形成されやすくなるため、低温域において電気抵抗率を低くできる。   The content (volume basis) of the crystalline material 2A in the polymer material 2 is, for example, 50 to 75 Vol. %. Content rate is 50 Vol. When it is at least%, the electrical resistivity can be increased at high temperatures. Further, the mechanical strength of the composite film 10 can be increased. Content rate is 75 Vol. If it is less than or equal to%, the fluidity of the polymer material 2 becomes high and the rows of the conductive particles 1 are easily formed, so that the electrical resistivity can be lowered in a low temperature range.

非結晶性材料2Bは、絶縁性材料である。非結晶性材料2Bとしては、例えばパラフィン類を挙げることができる。非結晶性材料2Bとしては、ポリスチレン樹脂等も使用できるが、パラフィン類が好ましい。非結晶性材料2Bは、これらのうち1つを単独で用いてもよいし、2つ以上を混合して用いてもよい。結晶性材料2Aは、液状硬化性の材料(例えば熱可塑性の材料)であることが好ましい。非結晶性材料2Bは、結晶性材料2Aに比べて分子量が低いことが好ましい。   The amorphous material 2B is an insulating material. Examples of the amorphous material 2B include paraffins. As the non-crystalline material 2B, polystyrene resin or the like can be used, but paraffins are preferable. As the non-crystalline material 2B, one of these may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used. The crystalline material 2A is preferably a liquid curable material (for example, a thermoplastic material). The amorphous material 2B preferably has a lower molecular weight than the crystalline material 2A.

非結晶性材料2Bの融点は、結晶性材料2Aの融点より低い。非結晶性材料2Bの融点は、54〜58℃とされる。非結晶性材料2Bの融点が54℃以上であると、非結晶性材料2Bの過度の流動化を抑えることができる。そのため、非結晶性材料2Bがコンポジット膜10の表面付近に流出することによって前述の構造の列形成が阻害されるのを防ぐことができる。非結晶性材料2Bの融点が58℃以下であると、非結晶性材料2Bに適度な流動性を与え、非結晶性相9における導電性粒子1の列形成を促すことができる。   The melting point of the amorphous material 2B is lower than the melting point of the crystalline material 2A. The melting point of the amorphous material 2B is 54 to 58 ° C. When the melting point of the amorphous material 2B is 54 ° C. or higher, excessive fluidization of the amorphous material 2B can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the row formation of the above-described structure from being inhibited by the non-crystalline material 2B flowing out near the surface of the composite film 10. When the melting point of the non-crystalline material 2B is 58 ° C. or less, the non-crystalline material 2B can be imparted with appropriate fluidity, and the formation of the rows of the conductive particles 1 in the non-crystalline phase 9 can be promoted.

高分子材料2における非結晶性材料2Bの含有率(体積基準)は、例えば25〜50Vol.%とすることができる。含有率が25Vol.%以上であると、高分子材料2の流動性が高くなり、導電性粒子1の列が形成されやすくなるため、低温域において電気抵抗率を低くできる。含有率が50Vol.%以下であると、高温域において電気抵抗率を高くできる。   The content (volume basis) of the amorphous material 2B in the polymer material 2 is, for example, 25 to 50 Vol. %. Content rate is 25 Vol. When it is at least%, the fluidity of the polymer material 2 becomes high and the rows of the conductive particles 1 are easily formed, so that the electrical resistivity can be lowered in a low temperature range. Content rate is 50 Vol. When it is at most%, the electrical resistivity can be increased at high temperatures.

高分子材料2中における、結晶性材料2Aの含有率C1と非結晶性材料2Bの含有率C2との比率C2/C1(体積基準)は、1/3〜1であることが好ましい。比率C2/C1が1/3以上であると、高分子材料2の流動性が高くなり、導電性粒子1の列が形成されやすくなるため、低温域において電気抵抗率を低くできる。比率C2/C1が1以下であると、高温域において電気抵抗率を高くできる。   In the polymer material 2, the ratio C2 / C1 (volume basis) between the content C1 of the crystalline material 2A and the content C2 of the amorphous material 2B is preferably 1/3 to 1. When the ratio C2 / C1 is 1/3 or more, the fluidity of the polymer material 2 is increased, and the rows of the conductive particles 1 are easily formed, so that the electrical resistivity can be lowered in a low temperature range. When the ratio C2 / C1 is 1 or less, the electrical resistivity can be increased in a high temperature range.

高分子材料2に対する導電性粒子1の添加比率は、必要となる電気抵抗率が得られるように選択される。コンポジット膜10における導電性粒子1の含有率は、例えば10〜20Vol.%とすることができる。すなわち、コンポジット膜10に含まれる複数の導電性粒子1の体積は、コンポジット膜10の体積の10〜20%であってよい。
コンポジット膜10の厚さは、例えば20〜100μmとすることができる。
The addition ratio of the conductive particles 1 to the polymer material 2 is selected so that the required electrical resistivity is obtained. The content rate of the electroconductive particle 1 in the composite film 10 is 10-20 Vol. %. That is, the volume of the plurality of conductive particles 1 included in the composite film 10 may be 10 to 20% of the volume of the composite film 10.
The thickness of the composite film 10 can be set to, for example, 20 to 100 μm.

図1に示すように、厚さ方向に沿う断面において、コンポジット膜10は、1または複数の結晶性相8と、1または複数の非結晶性相9と、を有する。図1においては、結晶性相8および非結晶性相9はそれぞれ複数設けられている。「T」はコンポジット膜10の厚さ方向を示し、「t1」は、厚さ方向Tのうち第1面10aから第2面10bに向かう第1方向である。「t2」は、厚さ方向Tのうち第2面10bから第1面10aに向かう第2方向である。第2方向t2は、第1方向t1の反対の方向である。結晶性相8と非結晶性相9とは、厚さ方向に沿う断面において帯状であって、コンポジット膜10の面内方向に交互に配置された縞状のパターンを形成していてもよい。   As shown in FIG. 1, the composite film 10 has one or more crystalline phases 8 and one or more amorphous phases 9 in a cross section along the thickness direction. In FIG. 1, a plurality of crystalline phases 8 and non-crystalline phases 9 are provided. “T” indicates the thickness direction of the composite film 10, and “t1” is the first direction from the first surface 10 a toward the second surface 10 b in the thickness direction T. “T2” is a second direction in the thickness direction T from the second surface 10b toward the first surface 10a. The second direction t2 is a direction opposite to the first direction t1. The crystalline phase 8 and the non-crystalline phase 9 may have a strip shape in a cross section along the thickness direction, and may form a striped pattern alternately arranged in the in-plane direction of the composite film 10.

結晶性相8は結晶性材料2Aを含んで構成されている。結晶性相8に含まれる導電性粒子1の量は、非結晶性相9に含まれる導電性粒子1の量より少ない。複数の結晶性相8のうち少なくとも一部は、コンポジット膜10の一方の面(例えば第1面10a)から他方の面(例えば第2面10b)にかけて形成されていることが好ましい。   The crystalline phase 8 includes the crystalline material 2A. The amount of the conductive particles 1 contained in the crystalline phase 8 is less than the amount of the conductive particles 1 contained in the amorphous phase 9. At least a part of the plurality of crystalline phases 8 is preferably formed from one surface (for example, the first surface 10a) of the composite film 10 to the other surface (for example, the second surface 10b).

非結晶性相9は、非結晶性材料2Bを含んで構成されている。複数の非結晶性相9のうち少なくとも一部は、コンポジット膜10の一方の面(例えば第1面10a)から他方の面(例えば第2面10b)にかけて形成されていることが好ましい。   The non-crystalline phase 9 includes the non-crystalline material 2B. At least a part of the plurality of amorphous phases 9 is preferably formed from one surface (for example, the first surface 10a) of the composite film 10 to the other surface (for example, the second surface 10b).

非結晶性相9では、複数の導電性粒子1のうち少なくとも一部は、コンポジット膜10の一方の面(例えば第1面10a)から他方の面(例えば第2面10b)にかけて列をなすように配置されている。すなわち、コンポジット膜10に含まれる複数の導電性粒子1のうち、少なくとも一部である複数の導電性粒子1が、コンポジット膜10の一方の面(例えば第1面10a)から他方の面(例えば第2面10b)まで列をなすように配置されている。図5に示すように、「複数の導電性粒子1がコンポジット膜10の一方の面から他方の面にかけて列をなす」とは、例えば常温(例えば20℃)において、複数の導電性粒子1が、1または複数の列11を形成するように並び、列11の一端11aおよび他端11bがそれぞれコンポジット膜10の一方の面(例えば第1面10a)と他方の面(例えば第2面10b)に達していることをいう。   In the non-crystalline phase 9, at least some of the plurality of conductive particles 1 form a line from one surface (for example, the first surface 10a) of the composite film 10 to the other surface (for example, the second surface 10b). Is arranged. That is, among the plurality of conductive particles 1 included in the composite film 10, the plurality of conductive particles 1 that are at least a part of the composite film 10 are transferred from one surface (for example, the first surface 10 a) to the other surface (for example, the first surface 10 a). They are arranged in rows up to the second surface 10b). As shown in FIG. 5, “the plurality of conductive particles 1 form a line from one surface of the composite film 10 to the other surface” means that the plurality of conductive particles 1 are, for example, at room temperature (for example, 20 ° C.). The one end 11a and the other end 11b of the row 11 are arranged so as to form one or a plurality of rows 11, respectively, and one surface (for example, the first surface 10a) and the other surface (for example, the second surface 10b) of the composite film 10, respectively. It means that it has reached.

コンポジット膜10の一方の面(例えば第1面10a)に達している導電性粒子1は、この一方の面においてコンポジット膜10の外部に露出されており、コンポジット膜10の外部に対して電気的に導通可能となっている。また、コンポジット膜10の他方の面(例えば第2面10b)に達している導電性粒子1は、この他方の面においてコンポジット膜10の外部に露出されており、コンポジット膜10の外部に対して電気的に導通可能となっている。
列11を構成する複数の導電性粒子1のうち隣り合う導電性粒子1,1は互いに当接し、電気的に接続されている。列11は、途中で枝分かれしていてもよい。
図1に示すように、非結晶性相9の幅は、厚さ方向Tに一定であってもよいが、一定でなくてもよい。非結晶性相9は分岐していてもよい。
The conductive particles 1 reaching one surface (for example, the first surface 10 a) of the composite film 10 are exposed to the outside of the composite film 10 on this one surface, and are electrically connected to the outside of the composite film 10. Can be conducted. In addition, the conductive particles 1 reaching the other surface (for example, the second surface 10b) of the composite film 10 are exposed to the outside of the composite film 10 on the other surface, and to the outside of the composite film 10 Electrical conduction is possible.
Of the plurality of conductive particles 1 constituting the row 11, the adjacent conductive particles 1, 1 are in contact with each other and are electrically connected. The column 11 may be branched on the way.
As shown in FIG. 1, the width of the amorphous phase 9 may be constant in the thickness direction T, but may not be constant. The amorphous phase 9 may be branched.

図6は、実施形態のコンポジット膜10の断面を拡大した写真である。図6では、複数の導電性粒子1の一部は、コンポジット膜10の第1面10aから第2面10bにかけて列をなすように配置されている。   FIG. 6 is an enlarged photograph of the cross section of the composite film 10 of the embodiment. In FIG. 6, some of the plurality of conductive particles 1 are arranged in a row from the first surface 10 a to the second surface 10 b of the composite film 10.

列11(図5参照)を構成する導電性粒子1は、コンポジット膜10の厚さ方向に沿う断面において、コンポジット膜10の一方の面(例えば第1面10a)から他方の面(例えば第2面10b)にかけて、後戻りせずに配列していることが好ましい。図5に示すように、「後戻りせずに配列する」とは、例えば、列11における導電性粒子1の並び方向を、一端11a(第1面10a)から他端11b(第2面10b)に向かう方向としたとき、列11を構成する導電性粒子1のうち、隣り合う導電性粒子1,1の重心1a,1aを結ぶ直線1bが、第2方向t2(図1における上方)の成分を含まないことである。   In the cross section along the thickness direction of the composite film 10, the conductive particles 1 constituting the row 11 (see FIG. 5) are from one surface (for example, the first surface 10 a) of the composite film 10 to the other surface (for example, the second surface). It is preferable that the arrangement is carried out without going backwards over the surface 10b). As shown in FIG. 5, “arrange without backtracking” means, for example, that the direction of arrangement of the conductive particles 1 in the row 11 is from one end 11 a (first surface 10 a) to the other end 11 b (second surface 10 b). , The straight line 1b connecting the centroids 1a, 1a of the adjacent conductive particles 1, 1 among the conductive particles 1 constituting the row 11 is a component in the second direction t2 (upward in FIG. 1). Is not included.

コンポジット膜10は、温度が低いときには、導電性粒子1どうしの接触により導電性経路が形成され、コンポジット膜10の電気抵抗(第1面10aと第2面10bとの間の電気抵抗)は低く保たれる。導電性粒子1は、コンポジット膜10の一方の面から他方の面にかけて列をなすように配置されているため、コンポジット膜10中の導電性粒子1の含有量が少ない場合でも、コンポジット膜10の一方の面から他方の面に至る導電性経路が確保され、コンポジット膜10の電気抵抗は低くなる。コンポジット膜10の温度が上昇すると、高分子材料2は膨張し、それに伴って一部の接触していた導電性粒子1が互いに離間する。そのため、導電性経路の一部が切れて、コンポジット膜10の電気抵抗が高くなる。その結果、コンポジット膜10に流れる電流が小さくなる。温度上昇によって電気抵抗が高くなるため、コンポジット膜10は、PTC(Positive Temperature Coefficient:正の抵抗温度係数)特性を有する。   When the temperature of the composite film 10 is low, a conductive path is formed by contact between the conductive particles 1, and the electrical resistance of the composite film 10 (the electrical resistance between the first surface 10a and the second surface 10b) is low. Kept. Since the conductive particles 1 are arranged so as to form a line from one surface of the composite film 10 to the other surface, even if the content of the conductive particles 1 in the composite film 10 is small, A conductive path from one surface to the other surface is ensured, and the electrical resistance of the composite film 10 is lowered. When the temperature of the composite film 10 rises, the polymer material 2 expands, and along with this, the conductive particles 1 that have been in contact with each other are separated from each other. Therefore, a part of the conductive path is cut and the electrical resistance of the composite film 10 is increased. As a result, the current flowing through the composite film 10 is reduced. Since the electrical resistance increases as the temperature rises, the composite film 10 has a PTC (Positive Temperature Coefficient) characteristic.

<コンポジット膜の製造方法>(第1の例)
次に、第1の例のコンポジット膜の製造方法について説明する。
<Production Method of Composite Film> (First Example)
Next, the manufacturing method of the composite film of the first example will be described.

(導電性粒子の作製)
図3に示すように、磁性体粒子4の表面に、例えばCVD等の気相蒸着法、アルコール液相法、液相放電法等の液相成長法などにより炭素材被覆5を形成する。これによって、導電性粒子1を得る。
(Preparation of conductive particles)
As shown in FIG. 3, a carbon material coating 5 is formed on the surface of the magnetic particles 4 by a vapor phase deposition method such as CVD, a liquid phase growth method such as an alcohol liquid phase method, a liquid phase discharge method, or the like. Thereby, the conductive particles 1 are obtained.

(複合材料の調製)
図7に示すように、導電性粒子1と、高分子材料2とを混練し、複合材料3Aを得る。例えば、結晶性材料2Aから構成される粒子と、非結晶性材料2Bから構成される粒子と、導電性粒子1とを混合し、押し出し機等により複合材料3Aを未硬化のままシート状に成形する(これをシート20(図9参照)という)。この時点では、複合材料3Aの導電性粒子1は、例えば高分子材料2に均一に分散されている。
加熱により結晶性材料2Aおよび非結晶性材料2Bを溶融させる。結晶性材料2Aは粘度が高いが、高分子材料2には非結晶性材料2Bが含まれるため、高分子材料2の粘度は低く抑えられる。
(Preparation of composite material)
As shown in FIG. 7, the conductive particles 1 and the polymer material 2 are kneaded to obtain a composite material 3A. For example, particles composed of the crystalline material 2A, particles composed of the non-crystalline material 2B, and the conductive particles 1 are mixed, and the composite material 3A is formed into an uncured sheet by an extruder or the like. (This is referred to as a sheet 20 (see FIG. 9)). At this point, the conductive particles 1 of the composite material 3A are uniformly dispersed in the polymer material 2, for example.
The crystalline material 2A and the amorphous material 2B are melted by heating. Although the crystalline material 2A has a high viscosity, the polymer material 2 contains the non-crystalline material 2B, so that the viscosity of the polymer material 2 can be kept low.

(複合材料の膜化)
図9は、コンポジット膜10を製造する装置の第1の例である製造装置30を模式的に示す図である。図9に示すように、製造装置30は、一対のカレンダーロール21,22(第1カレンダーロール21および第2カレンダーロール22)を備えている。第1カレンダーロール21と第2カレンダーロール22は、例えば同じ外径を有する。カレンダーロール21,22は、一定の間隔をおいて並行配置されている。図9では、第1カレンダーロール21は第2カレンダーロール22の上方に位置している。
(Membrane of composite material)
FIG. 9 is a diagram schematically showing a manufacturing apparatus 30 which is a first example of an apparatus for manufacturing the composite film 10. As shown in FIG. 9, the manufacturing apparatus 30 includes a pair of calendar rolls 21 and 22 (a first calendar roll 21 and a second calendar roll 22). The first calendar roll 21 and the second calendar roll 22 have, for example, the same outer diameter. The calendar rolls 21 and 22 are arranged in parallel at regular intervals. In FIG. 9, the first calendar roll 21 is located above the second calendar roll 22.

第1カレンダーロール21の外周面21bには、複数の第1磁石23が設けられている。複数の第1磁石23は、第1カレンダーロール21の外周面21bに、周方向(中心軸21a周りの方向)に間隔をおいて配置されている。第1磁石23は、第1カレンダーロール21の外周面21bに露出して形成してもよい。複数の第1磁石23は、周方向だけでなく、中心軸21a方向(図9の奥行き方向)に並ぶ配置、例えばマトリクス状に並ぶ配置としてもよい。   A plurality of first magnets 23 are provided on the outer peripheral surface 21 b of the first calendar roll 21. The plurality of first magnets 23 are arranged on the outer peripheral surface 21b of the first calendar roll 21 at intervals in the circumferential direction (direction around the central axis 21a). The first magnet 23 may be formed so as to be exposed on the outer peripheral surface 21 b of the first calendar roll 21. The plurality of first magnets 23 may be arranged not only in the circumferential direction but also in the central axis 21a direction (depth direction in FIG. 9), for example, in a matrix.

第2カレンダーロール22の外周面22bには、第1カレンダーロール21の第1磁石23とは異なる極性を有する複数の第2磁石24が設けられている。すなわち、第1磁石23をS極とN極の一方とすると、第2磁石24は他方の極である。複数の第2磁石24は、第2カレンダーロール22の外周面22bに、周方向(中心軸22a周りの方向)に間隔をおいて配置されている。第2磁石24は、第2カレンダーロール22の外周面22bに露出して形成してもよい。複数の第2磁石24は、周方向だけでなく、中心軸22a方向(図9の奥行き方向)に並ぶ配置、例えばマトリクス状に並ぶ配置としてもよい。外周面22bにおける第2磁石24の配置は、第1カレンダーロール21と第2カレンダーロール22とが最も近づく位置(最近接位置P1)において、第1磁石23と対向して配置できるように定められる。   A plurality of second magnets 24 having a different polarity from the first magnet 23 of the first calendar roll 21 are provided on the outer peripheral surface 22 b of the second calendar roll 22. That is, when the first magnet 23 is one of the S pole and the N pole, the second magnet 24 is the other pole. The plurality of second magnets 24 are arranged on the outer peripheral surface 22b of the second calendar roll 22 at intervals in the circumferential direction (direction around the central axis 22a). The second magnet 24 may be formed so as to be exposed on the outer peripheral surface 22 b of the second calendar roll 22. The plurality of second magnets 24 may be arranged not only in the circumferential direction but also in the center axis 22a direction (depth direction in FIG. 9), for example, in a matrix. The arrangement of the second magnets 24 on the outer peripheral surface 22b is determined so that the first magnet rolls 21 and the second calendar rolls 22 can be arranged to face the first magnets 23 at the closest position (closest position P1). .

第1磁石23および第2磁石24としては、例えば永久磁石、電磁石を用いることができる。永久磁石としては、例えばネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石などが使用できる。   As the 1st magnet 23 and the 2nd magnet 24, a permanent magnet and an electromagnet can be used, for example. As the permanent magnet, for example, a neodymium magnet, a ferrite magnet, a samarium cobalt magnet, or the like can be used.

未硬化の複合材料3Aから構成されたシート20を、第1カレンダーロール21と第2カレンダーロール22との間に導入し、カレンダーロール21,22によって厚さ方向(シート20の厚さ方向)に圧縮する力を加える。カレンダーロール21,22は、シート20を下流方向(図9の右方向)に送り出す方向に回転する。図9では、第1カレンダーロール21は中心軸21a周りに左回りに回転し、第2カレンダーロール22は中心軸22a周りに右回りに回転する。   The sheet 20 composed of the uncured composite material 3A is introduced between the first calender roll 21 and the second calender roll 22, and in the thickness direction (thickness direction of the sheet 20) by the calender rolls 21 and 22. Apply compression force. The calendar rolls 21 and 22 rotate in a direction in which the sheet 20 is sent out in the downstream direction (right direction in FIG. 9). In FIG. 9, the first calendar roll 21 rotates counterclockwise around the central axis 21a, and the second calendar roll 22 rotates clockwise around the central axis 22a.

カレンダーロール21,22は、最近接位置P1において第1磁石23と第2磁石24とが対向するように動作する。そのため、シート20は、カレンダーロール21,22によって押圧されて膜化し、その際、図10に示すように、第1磁石23と第2磁石24とによって磁場がかけられる。図10における符号25は、第1磁石23と第2磁石24との間に生成した磁力線である。   The calendar rolls 21 and 22 operate so that the first magnet 23 and the second magnet 24 face each other at the closest position P1. Therefore, the sheet 20 is pressed by the calendar rolls 21 and 22 to form a film, and at that time, a magnetic field is applied by the first magnet 23 and the second magnet 24 as shown in FIG. Reference numeral 25 in FIG. 10 is a line of magnetic force generated between the first magnet 23 and the second magnet 24.

図7に示すように、導電性粒子1は、加熱により流動化した高分子材料2中で移動可能である。
図8に示すように、結晶性材料2Aの融点は非結晶性材料2Bの融点より高いため、高分子材料2が硬化する過程において、結晶性材料2Aは非結晶性材料2Bより先に流動性が低下し、集合して結晶性相を形成する。そのため、導電性粒子1は非結晶性材料2B中に安定して存在する。これは、非結晶性材料2Bでは分子鎖の動きが束縛されず導電性粒子1が移入しやすいが、結晶性材料2Aでは分子鎖間に働く引力が強く導電性粒子1が移入しにくいためである。
As shown in FIG. 7, the conductive particles 1 can move in the polymer material 2 fluidized by heating.
As shown in FIG. 8, since the melting point of the crystalline material 2A is higher than the melting point of the amorphous material 2B, the crystalline material 2A is fluid before the amorphous material 2B in the process of curing the polymer material 2. Decreases and aggregates to form a crystalline phase. Therefore, the conductive particles 1 are stably present in the amorphous material 2B. This is because the movement of the molecular chain is not constrained in the non-crystalline material 2B and the conductive particles 1 are easily transferred, but the crystalline material 2A has a strong attractive force acting between the molecular chains and is difficult to transfer. is there.

図9に示すように、前記磁場によって、少なくとも一部の導電性粒子1は、コンポジット膜10の一方の面から他方の面にかけて列をなすように配置される。高分子材料2は低融点の非結晶性材料2Bを含むため流動性が高いことから、導電性粒子1は容易に前述のように配列される。カレンダーロール21,22によって厚さ方向に圧縮されることによってシート20は膜化される。得られた膜を、冷却等により硬化させることによって、図1等に示すコンポジット膜10を得る(膜化工程)。   As shown in FIG. 9, at least some of the conductive particles 1 are arranged in a row from one surface of the composite film 10 to the other surface by the magnetic field. Since the polymer material 2 includes the low melting point amorphous material 2B and has high fluidity, the conductive particles 1 are easily arranged as described above. The sheet 20 is formed into a film by being compressed in the thickness direction by the calendar rolls 21 and 22. The obtained film is cured by cooling or the like to obtain the composite film 10 shown in FIG. 1 or the like (film forming step).

図1に示すように、導電性粒子1は、コンポジット膜10の一方の面から他方の面にかけて配列するため、非結晶性材料2Bを含む非結晶性相9は、導電性粒子1の列を覆うように、コンポジット膜10の一方の面から他方の面にかけて形成される。   As shown in FIG. 1, since the conductive particles 1 are arranged from one surface of the composite film 10 to the other surface, the amorphous phase 9 including the non-crystalline material 2 </ b> B forms a row of the conductive particles 1. The composite film 10 is formed so as to cover from one surface to the other surface.

図2に示すように、コンポジット膜10では、温度が上昇すると、高分子材料2は膨張する。高分子材料2は、結晶性材料2Aを含むため、高温域において体積が増大しやすい。高分子材料2の膨張に伴って一部の導電性粒子1が互いに離間する。そのため、導電性経路の一部が切れて、コンポジット膜10の電気抵抗が高くなる。その結果、コンポジット膜10に流れる電流が小さくなる。   As shown in FIG. 2, in the composite film 10, when the temperature rises, the polymer material 2 expands. Since the polymer material 2 includes the crystalline material 2A, the volume tends to increase in a high temperature range. As the polymer material 2 expands, some of the conductive particles 1 are separated from each other. Therefore, a part of the conductive path is cut and the electrical resistance of the composite film 10 is increased. As a result, the current flowing through the composite film 10 is reduced.

コンポジット膜10では、高分子材料2は結晶性材料2Aと非結晶性材料2Bとを含み、非結晶性材料2Bの融点は54〜58℃である。非結晶性材料2Bは低融点であり流動性が高いため、非結晶性相9において導電性粒子1が移動しやすいことから、磁場に従って導電性粒子1が整列しやすい。よって、低温域において電気抵抗率が低いコンポジット膜10が得られる。また、高融点の結晶性材料2Aを含む結晶性相8は熱膨張係数が高いため、高温域においては熱膨張によりコンポジット膜10の導電性経路が切断されやすくなる。よって、電気抵抗率を十分に高くできる。したがって、低温時には電気抵抗が低く、かつ高温時には電気抵抗が高い特性を有するコンポジット膜10が得られる。   In the composite film 10, the polymer material 2 includes a crystalline material 2A and an amorphous material 2B, and the melting point of the amorphous material 2B is 54 to 58 ° C. Since the non-crystalline material 2B has a low melting point and high fluidity, the conductive particles 1 are likely to move in the non-crystalline phase 9, so that the conductive particles 1 are easily aligned according to the magnetic field. Therefore, the composite film 10 having a low electrical resistivity in the low temperature range can be obtained. In addition, since the crystalline phase 8 including the crystalline material 2A having a high melting point has a high coefficient of thermal expansion, the conductive path of the composite film 10 is likely to be cut due to thermal expansion in a high temperature range. Therefore, the electrical resistivity can be sufficiently increased. Therefore, it is possible to obtain the composite film 10 having a characteristic that the electrical resistance is low at a low temperature and the electrical resistance is high at a high temperature.

コンポジット膜10は、導電性粒子1の一部がコンポジット膜10の一方の面から他方の面にかけて列をなすように配置される(図11参照)。そのため、導電性粒子101が高分子材料102中にランダムに配置されたコンポジット膜110(図12参照)に比べ、コンポジット膜10の導電性粒子1の含有量が少ない場合でも、コンポジット膜10の一方の面から他方の面に至る導電性経路が確保され、低温時におけるコンポジット膜10の電気抵抗は低くなる。また、導電性粒子1の含有量を少なくできるため、高温時においては高分子材料2の熱膨張により導電性経路を適切に切断でき、電気抵抗を十分に高くできる。   The composite film 10 is arranged such that a part of the conductive particles 1 forms a line from one surface of the composite film 10 to the other surface (see FIG. 11). Therefore, even when the content of the conductive particles 1 in the composite film 10 is smaller than that of the composite film 110 (see FIG. 12) in which the conductive particles 101 are randomly arranged in the polymer material 102, A conductive path from one surface to the other surface is ensured, and the electrical resistance of the composite film 10 at a low temperature is lowered. In addition, since the content of the conductive particles 1 can be reduced, the conductive path can be appropriately cut by the thermal expansion of the polymer material 2 at a high temperature, and the electrical resistance can be sufficiently increased.

コンポジット膜10は、図2等に示すように、導電性粒子1が炭素材被覆5を有するが、炭素材被覆がない導電性粒子を用いてもよい。前記コンポジット膜では、前述の導電性粒子の列構造を適切に構成できるため、高価な炭素材被覆を有する導電性粒子を用いず、炭素材被覆がない導電性粒子を使用する場合でも、低温時には電気抵抗が低く、かつ高温時には電気抵抗が高い特性を有する。よって、製造コスト削減を図ることができる。   As shown in FIG. 2 and the like, the conductive film 1 has the carbon material coating 5, but the composite film 10 may use conductive particles without the carbon material coating. In the composite film, since the row structure of the conductive particles described above can be appropriately configured, even when conductive particles having no carbon material coating are used, even when conductive particles having no carbon material coating are used, The electrical resistance is low and the electrical resistance is high at high temperatures. Therefore, manufacturing cost can be reduced.

第1の例の製造方法では、複合材料3Aに磁場を印加することによって、導電性粒子1を、容易に列をなす配置とすることができる。この例の製造方法は、複合材料3Aを膜化するとともに磁場をかけることができるため、最近接位置P1において複合材料3に強い磁力を作用させ、導電性粒子1を、確実に前述のように配置させることができる。この製造方法では、複合材料3Aを膜化すると同時に磁場をかけるため、シート20の変形に伴う導電性粒子1の配列乱れが起こりにくい。   In the manufacturing method of the first example, the conductive particles 1 can be easily arranged in rows by applying a magnetic field to the composite material 3A. In the manufacturing method of this example, since the composite material 3A can be formed into a film and a magnetic field can be applied, a strong magnetic force is applied to the composite material 3 at the closest position P1 to ensure that the conductive particles 1 are as described above. Can be placed. In this manufacturing method, since the composite material 3A is formed into a film and a magnetic field is applied at the same time, disorder of the arrangement of the conductive particles 1 due to deformation of the sheet 20 hardly occurs.

<コンポジット膜の製造方法>(第2の例)
次に、第2の例のコンポジット膜の製造方法について説明する。
この例の製造方法では、第1の例の製造方法と同様にして得た複合材料3Aを使用できる。
<Production Method of Composite Film> (Second Example)
Next, a method for manufacturing the composite film of the second example will be described.
In the manufacturing method of this example, the composite material 3A obtained in the same manner as the manufacturing method of the first example can be used.

(磁場の印加)
図13は、コンポジット膜10を製造する装置の第2の例である製造装置40を模式的に示す図である。図13に示すように、製造装置40は、カレンダーロール41,42に磁石が設けられていない点、および、カレンダーロール41,42の前段(シート20の送り方向の上流側の位置)に第1磁石33および第2磁石34が設けられている点で、図10に示す製造装置30と異なる。符号41a,42aはカレンダーロール41,42の中心軸である。第1磁石33と第2磁石34は異なる極性を有する。すなわち、第1磁石33をS極とN極の一方とすると、第2磁石34は他方の極である。第1磁石33と第2磁石34とは向い合せて配置されている。第1磁石33および第2磁石34としては、例えば永久磁石(ネオジム磁石等)、電磁石を用いることができる。
(Application of magnetic field)
FIG. 13 is a diagram schematically showing a manufacturing apparatus 40 which is a second example of an apparatus for manufacturing the composite film 10. As shown in FIG. 13, the manufacturing apparatus 40 is first in a point where the magnets are not provided in the calendar rolls 41 and 42, and in the front stage of the calendar rolls 41 and 42 (position on the upstream side in the feeding direction of the sheet 20). It differs from the manufacturing apparatus 30 shown in FIG. 10 in that the magnet 33 and the second magnet 34 are provided. Reference numerals 41 a and 42 a are the central axes of the calendar rolls 41 and 42. The first magnet 33 and the second magnet 34 have different polarities. That is, when the first magnet 33 is one of the S pole and the N pole, the second magnet 34 is the other pole. The first magnet 33 and the second magnet 34 are arranged facing each other. As the 1st magnet 33 and the 2nd magnet 34, a permanent magnet (neodymium magnet etc.) and an electromagnet can be used, for example.

図13に示すように、未硬化の複合材料3Aから構成されるシート20を、第1磁石33と第2磁石34との間に導入する。シート20の導入方向は、例えば第1磁石33と第2磁石34の並び方向に対して直交(または交差)する方向である。シート20には、第1磁石33と第2磁石34とによって磁場がかけられる。前記磁場によって、少なくとも一部の導電性粒子1は、シート20の一方の面から他方の面にかけて列をなすように配置される。   As shown in FIG. 13, the sheet 20 made of the uncured composite material 3 </ b> A is introduced between the first magnet 33 and the second magnet 34. The introduction direction of the sheet 20 is, for example, a direction orthogonal (or intersecting) to the arrangement direction of the first magnet 33 and the second magnet 34. A magnetic field is applied to the sheet 20 by the first magnet 33 and the second magnet 34. Due to the magnetic field, at least some of the conductive particles 1 are arranged in a row from one surface of the sheet 20 to the other surface.

(複合材料の膜化)
シート20を、第1カレンダーロール41と第2カレンダーロール42との間に導入し、カレンダーロール41,42によって厚さ方向に圧縮する力を加える。すなわち、第1磁石33と第2磁石34とによって磁場が印加された方向に沿って、カレンダーロール41,42によってシート20(複合材料3A)に圧縮力を加える。シート20は、導電性粒子1が列をなす配置となったままでカレンダーロール41,42によって押圧されて膜化する。得られた膜を硬化させることによって、図1等に示すコンポジット膜10を得る(膜化工程)。
(Membrane of composite material)
The sheet 20 is introduced between the first calendar roll 41 and the second calendar roll 42, and a force for compressing the sheet 20 in the thickness direction by the calendar rolls 41 and 42 is applied. That is, a compressive force is applied to the sheet 20 (composite material 3A) by the calendar rolls 41 and 42 along the direction in which the magnetic field is applied by the first magnet 33 and the second magnet 34. The sheet 20 is pressed into a film by the calender rolls 41 and 42 while the conductive particles 1 are arranged in rows. The composite film 10 shown in FIG. 1 and the like is obtained by curing the obtained film (film forming step).

第2の例の製造方法では、第1の例の製造方法とは異なり、磁力により導電性粒子1を整列させる際に導電性粒子1に他の力が加えられないため、導電性粒子1を正確に配列させることができる。また、シート20を成形する際には既に導電性粒子1が整列しているため、カレンダーロール41,42による導電性粒子1の圧縮歪み(後述)の調整を精度よく行うことができる。よって、優れたPTC特性(すなわち低温時に電気抵抗が低く、高温時に電気抵抗が高い特性)を有するコンポジット膜10を容易に作製できる。   In the manufacturing method of the second example, unlike the manufacturing method of the first example, no other force is applied to the conductive particles 1 when aligning the conductive particles 1 by magnetic force. It can be arranged accurately. Further, since the conductive particles 1 are already aligned when the sheet 20 is molded, the compression strain (described later) of the conductive particles 1 by the calendar rolls 41 and 42 can be adjusted with high accuracy. Therefore, the composite film 10 having excellent PTC characteristics (that is, characteristics having low electrical resistance at low temperatures and high electrical resistance at high temperatures) can be easily manufactured.

この製造方法では、カレンダーロール41,42とは別に設けられた磁石33,34を用いるため、カレンダーロール21,22に設けた磁石23,24を用いる第1の例の製造方法に比べて、磁石33,34に関する装置上の制約が少ない。そのため、例えば大型の磁石33,34を用いれば、シート20の送り方向の広い範囲でシート20に磁場をかけることができる。よって、磁力が弱い磁石33,34を用いた場合でも導電性粒子1を確実に前述のように配列させることができる。また、複合材料3Aの粘度が低い低温条件においても導電性粒子1を精度よく配列させることができる。したがって、製造の容易性およびコストの点で有利となる。   In this manufacturing method, the magnets 33 and 34 provided separately from the calendar rolls 41 and 42 are used. Therefore, compared with the manufacturing method of the first example using the magnets 23 and 24 provided on the calendar rolls 21 and 22, the magnets. There are few restrictions on the apparatus regarding 33,34. Therefore, for example, if the large magnets 33 and 34 are used, a magnetic field can be applied to the sheet 20 in a wide range in the feeding direction of the sheet 20. Therefore, even when the magnets 33 and 34 having a weak magnetic force are used, the conductive particles 1 can be reliably arranged as described above. Further, the conductive particles 1 can be arranged with high precision even under a low temperature condition where the viscosity of the composite material 3A is low. Therefore, it is advantageous in terms of manufacturing ease and cost.

第2の例の製造方法では、複合材料3Aの膜化に先だって磁場をかけることができる。すなわち、製造工程の早期において複合材料3Aの硬化がそれほど進行していないうちに複合材料3Aに磁場をかけることができるため、磁場中で導電性粒子1が変位しやすくなることから、導電性粒子1を、確実に前述のように配置させることができる。   In the manufacturing method of the second example, a magnetic field can be applied prior to film formation of the composite material 3A. That is, since it is possible to apply a magnetic field to the composite material 3A while the curing of the composite material 3A is not progressing so much in the early stage of the manufacturing process, the conductive particles 1 are easily displaced in the magnetic field. 1 can be reliably placed as described above.

<電池>
図14は、コンポジット膜10を用いたリチウムイオン電池50を模式的に示す図である。リチウムイオン電池50は、正極板51と、負極板52と、セパレータ53と、外装容器54と、電解液55を備えている。図14において、左方は前方であり、右方は後方である。前後方向は負極板52に沿う方向である。
<Battery>
FIG. 14 is a diagram schematically showing a lithium ion battery 50 using the composite film 10. The lithium ion battery 50 includes a positive electrode plate 51, a negative electrode plate 52, a separator 53, an exterior container 54, and an electrolytic solution 55. In FIG. 14, the left is the front and the right is the rear. The front-rear direction is a direction along the negative electrode plate 52.

正極板51は、正極集電板56と、正極活物質層57とを備えている。正極集電板56は、例えばアルミニウム箔などから構成される。正極集電板56は、正極活物質層57の後端よりもさらに後方に延出している。
正極活物質層57は、リチウム系材料などの正極活物質を含む。正極活物質層57は、正極集電板56の内面56a側に設けられている。
The positive electrode plate 51 includes a positive electrode current collector plate 56 and a positive electrode active material layer 57. The positive electrode current collector plate 56 is made of, for example, an aluminum foil. The positive electrode current collector plate 56 extends further rearward than the rear end of the positive electrode active material layer 57.
The positive electrode active material layer 57 includes a positive electrode active material such as a lithium-based material. The positive electrode active material layer 57 is provided on the inner surface 56 a side of the positive electrode current collector plate 56.

負極板52は、負極集電板58と、コンポジット膜10と、金属被覆層60と、負極活物質層59とを備えている。負極集電板58は、例えば銅箔などから構成される。負極集電板58は、負極活物質層59の後端よりさらに後方に延出している。負極活物質層59は、カーボン系材料などの負極活物質を含む。   The negative electrode plate 52 includes a negative electrode current collector plate 58, a composite film 10, a metal coating layer 60, and a negative electrode active material layer 59. The negative electrode current collector plate 58 is made of, for example, copper foil. The negative electrode current collector plate 58 extends further rearward than the rear end of the negative electrode active material layer 59. The negative electrode active material layer 59 includes a negative electrode active material such as a carbon-based material.

コンポジット膜10および金属被覆層60は、負極集電板58と負極活物質層59との間に形成されている。
コンポジット膜10は、負極集電板58の内面58aに形成されている。コンポジット膜10は、負極集電板58と金属被覆層60との間に介在し、負極集電板58と金属被覆層60とを隔てている。
The composite film 10 and the metal coating layer 60 are formed between the negative electrode current collector plate 58 and the negative electrode active material layer 59.
The composite film 10 is formed on the inner surface 58 a of the negative electrode current collector plate 58. The composite film 10 is interposed between the negative electrode current collector plate 58 and the metal coating layer 60, and separates the negative electrode current collector plate 58 and the metal coating layer 60.

コンポジット膜10の一部は、金属被覆層60の周縁60aの少なくとも一部から外方に延出して形成されている。コンポジット膜10の前縁を含む部分は、金属被覆層60の周縁60aの一部である前縁60a1に比べて前方に延出している。コンポジット膜10のうち金属被覆層60の前縁60a1よりも前方に延出した部分を前延出部分10Aという。前延出部分10Aによって、金属被覆層60と負極集電板58との前縁どうしの接触を阻止できる。
前延出部分10Aは、導電性粒子1が前述の列構造を持たないことが好ましい。前延出部分10Aに導電性粒子1の列構造がないと、前延出部分10Aの電気抵抗が高くなるため、金属被覆層60と負極集電板58との短絡が起こりにくくなる。
A part of the composite film 10 is formed to extend outward from at least a part of the peripheral edge 60 a of the metal coating layer 60. The portion including the front edge of the composite film 10 extends forward compared to the front edge 60a1 which is a part of the peripheral edge 60a of the metal coating layer 60. A portion of the composite film 10 that extends forward from the front edge 60a1 of the metal coating layer 60 is referred to as a front extension portion 10A. The front extension portion 10 </ b> A can prevent contact between the front edges of the metal coating layer 60 and the negative electrode current collector plate 58.
In the front extension portion 10A, it is preferable that the conductive particles 1 do not have the above-described row structure. If there is no row structure of the conductive particles 1 in the front extension portion 10A, the electrical resistance of the front extension portion 10A is increased, so that a short circuit between the metal coating layer 60 and the negative electrode current collector plate 58 is less likely to occur.

コンポジット膜10の後縁を含む部分は、金属被覆層60の周縁60aの一部である後縁60a2に比べて後方に延出している。コンポジット膜10のうち金属被覆層60の後縁60a2から後方に延出した部分を後延出部分10Bという。後延出部分10Bによって、金属被覆層60と負極集電板58との後縁どうしの接触を阻止できる。
後延出部分10Bは、導電性粒子1が前述の列構造を持たないことが好ましい。後延出部分10Bに導電性粒子1の列構造がないと、後延出部分10Bの電気抵抗が高くなるため、金属被覆層60と負極集電板58との短絡が起こりにくくなる。
コンポジット膜10は、周縁を含む部分が全周にわたって金属被覆層60の周縁から外方に突出していてもよい。この構造は、金属被覆層60と負極集電板58との周縁どうしの接触を阻止する点で有利となる。
The portion including the rear edge of the composite film 10 extends rearward as compared with the rear edge 60a2 which is a part of the peripheral edge 60a of the metal coating layer 60. A portion of the composite film 10 that extends rearward from the rear edge 60a2 of the metal coating layer 60 is referred to as a rear extension portion 10B. The rear extension portion 10B can prevent the rear edges of the metal coating layer 60 and the negative electrode current collector plate 58 from contacting each other.
In the rear extension portion 10B, it is preferable that the conductive particles 1 do not have the above-described row structure. If there is no row structure of the conductive particles 1 in the rear extension portion 10B, the electrical resistance of the rear extension portion 10B is increased, so that the short circuit between the metal coating layer 60 and the negative electrode current collector plate 58 is less likely to occur.
In the composite film 10, a portion including the peripheral edge may protrude outward from the peripheral edge of the metal coating layer 60 over the entire periphery. This structure is advantageous in that contact between the peripheral edges of the metal coating layer 60 and the negative electrode current collector plate 58 is prevented.

金属被覆層60は、コンポジット膜10の内面10cに形成されている。金属被覆層60は、金属被覆層60の厚さ方向から見て、例えば負極活物質層59の外面59aと同じ形状であり、負極活物質層59に積層して形成されている。   The metal coating layer 60 is formed on the inner surface 10 c of the composite film 10. The metal coating layer 60 has, for example, the same shape as the outer surface 59 a of the negative electrode active material layer 59 when viewed from the thickness direction of the metal coating layer 60, and is laminated on the negative electrode active material layer 59.

セパレータ53は、正極板51と負極板52との間に介在して設けられる。
電解液55は、正極板51および負極板52とともに外装容器54に収容される。電解液55としては、例えばプロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチレンカーボネート(EC)などが使用できる。
The separator 53 is provided between the positive electrode plate 51 and the negative electrode plate 52.
The electrolytic solution 55 is accommodated in the outer container 54 together with the positive electrode plate 51 and the negative electrode plate 52. As the electrolytic solution 55, for example, propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), ethylene carbonate (EC), or the like can be used.

リチウムイオン電池50では、負極板52にコンポジット膜10が用いられているため、高温時において電流を制限し、異常発熱を防ぐことができる。
コンポジット膜10は、正極板51に比べて電位が低い負極板52に設けられているため、導電性粒子1の金属は電解液55に溶出しにくい。
In the lithium ion battery 50, since the composite film 10 is used for the negative electrode plate 52, current can be limited at high temperatures to prevent abnormal heat generation.
Since the composite film 10 is provided on the negative electrode plate 52 having a lower potential than the positive electrode plate 51, the metal of the conductive particles 1 is less likely to elute into the electrolyte solution 55.

コンポジット膜10は、一部(前延出部分10Aおよび後延出部分10B)が金属被覆層60の周縁60aから延出して形成されているため、金属被覆層60と負極集電板58との接触を阻止し、金属被覆層60と負極集電板58との短絡を防ぐことができる。   Since the composite film 10 is formed such that a part (the front extension portion 10A and the rear extension portion 10B) extends from the peripheral edge 60a of the metal coating layer 60, the metal coating layer 60 and the negative electrode current collector plate 58 are Contact can be prevented, and a short circuit between the metal coating layer 60 and the negative electrode current collector plate 58 can be prevented.

以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における構成は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
例えば、図2等に示す導電性粒子1の磁性体粒子4は、突起6を有する形状であるが、磁性体粒子4の形状はこれに限らず、突起6がない形状であってもよい。
高分子材料2は、結晶性材料2Aおよび非結晶性材料2B以外の成分を含んでいてもよい。
なお、PTC特性とは、所定の温度範囲において、温度上昇とともに電気抵抗が高くなる特性である。
The embodiment of the present invention has been described above. However, the configuration in the embodiment is an example, and the addition, omission, replacement, and other modifications of the configuration can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the magnetic particles 4 of the conductive particles 1 shown in FIG. 2 and the like have a shape having protrusions 6, but the shape of the magnetic particles 4 is not limited to this and may be a shape without the protrusions 6.
The polymer material 2 may contain components other than the crystalline material 2A and the amorphous material 2B.
The PTC characteristic is a characteristic in which the electrical resistance increases as the temperature rises within a predetermined temperature range.

(試験例1)
図1等に示すコンポジット膜10を、次のようにして作製した。
導電性粒子としては、スパイク状粒子であるNi粒子(ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション社製、平均粒径1〜2μm)を用いた。
高分子材料の結晶性材料としては結晶性ポリエチレン(融点100℃以上)を用い、非結晶性材料としてはパラフィン(融点54℃)を用いた。結晶性材料と非結晶性材料とは同じ量(体積基準)を使用した。複合材料における導電性粒子の含有率(体積基準)は20Vol.%である。導電性粒子と結晶性材料と非結晶性材料との含有率(体積基準)は、20:40:40である。導電性粒子と高分子材料とを温度180℃で混練し、未硬化の複合材料を得た。この複合材料から厚さ200μmのシート20(図15参照)を作製した。
(Test Example 1)
A composite film 10 shown in FIG. 1 and the like was produced as follows.
As conductive particles, Ni particles (manufactured by New Metals End Chemical Corporation, average particle size of 1 to 2 μm), which are spike-like particles, were used.
Crystalline polyethylene (melting point: 100 ° C. or higher) was used as the crystalline material, and paraffin (melting point: 54 ° C.) was used as the non-crystalline material. The same amount (volume basis) was used for the crystalline material and the non-crystalline material. The content (volume basis) of the conductive particles in the composite material is 20 Vol. %. The content ratio (volume basis) of the conductive particles, the crystalline material, and the amorphous material is 20:40:40. The conductive particles and the polymer material were kneaded at a temperature of 180 ° C. to obtain an uncured composite material. A sheet 20 (see FIG. 15) having a thickness of 200 μm was produced from this composite material.

図15に示す製造装置31を用意した。なお、図15は、シート20の厚さ方向(図15の紙面上下方向)における製造装置31の断面図を示している。第1磁石33および第2磁石34としては、吸着力35N(磁束密度0.42T)のネオジム磁石を用いた。第1磁石33および第2磁石34との間にシート20 を導入した。第1磁石33とシート20との間にテフロン(登録商標)板45を設け、第2磁石34とシート20との間にテフロン板46を設けた。すなわち、テフロン板45、46の板面の間にシート20が配置されている。テフロン板45、46のそれぞれの厚さは1mmである。シート20の両側(図15の紙面左右方向における両側)には、ポリイミド製で膜厚200μm(すなわちテフロン板45、46の対向方向における厚さが200μm)のスペーサー60をそれぞれ設けた。一対のスペーサー60は、テフロン板45、46によって挟持されている。これらのスペーサー60は、両テフロン板45、46を互いに並行にし、第1磁石33および第2磁石34の間の距離を一定とし、シート20内に印加されている磁界を一定にするために設けられている。温度120℃において10分間第1磁石33および第2磁石34によってシート20に磁場をかけて、その後磁場をかけつつ室温まで徐冷してコンポジット膜(厚さ約200μm)を得た。   A manufacturing apparatus 31 shown in FIG. 15 was prepared. 15 shows a cross-sectional view of the manufacturing apparatus 31 in the thickness direction of the sheet 20 (up and down direction in FIG. 15). As the first magnet 33 and the second magnet 34, neodymium magnets having an attractive force of 35N (magnetic flux density of 0.42T) were used. The sheet 20 was introduced between the first magnet 33 and the second magnet 34. A Teflon (registered trademark) plate 45 was provided between the first magnet 33 and the sheet 20, and a Teflon plate 46 was provided between the second magnet 34 and the sheet 20. That is, the sheet 20 is disposed between the plate surfaces of the Teflon plates 45 and 46. The thickness of each of the Teflon plates 45 and 46 is 1 mm. Spacers 60 made of polyimide and having a film thickness of 200 μm (that is, a thickness in the opposing direction of the Teflon plates 45 and 46) are provided on both sides of the sheet 20 (both sides in the left-right direction in FIG. 15). The pair of spacers 60 are sandwiched between Teflon plates 45 and 46. These spacers 60 are provided so that both Teflon plates 45 and 46 are parallel to each other, the distance between the first magnet 33 and the second magnet 34 is constant, and the magnetic field applied in the sheet 20 is constant. It has been. A magnetic field was applied to the sheet 20 by the first magnet 33 and the second magnet 34 at a temperature of 120 ° C. for 10 minutes, and then gradually cooled to room temperature while applying the magnetic field to obtain a composite film (thickness: about 200 μm).

図16に、コンポジット膜10の断面の写真を示す。コンポジット膜10の厚さ方向Tを矢印で示す。コンポジット膜10の複数の導電性粒子1のうち一部は、一方の面から他方の面にかけて列をなすように配置されている。   FIG. 16 shows a photograph of a cross section of the composite film 10. The thickness direction T of the composite film 10 is indicated by an arrow. Some of the plurality of conductive particles 1 of the composite film 10 are arranged in a row from one surface to the other surface.

(試験例2)
磁場をかけないこと以外は試験例1と同様にしてコンポジット膜を作製した。
図17に、コンポジット膜の断面の写真を示す。このコンポジット膜では、導電性粒子1Aは高分子材料2A中にランダムに配置されている。このコンポジット膜では、試験例1のコンポジット膜10に比べて、低温(40℃)での電気抵抗率が高かった。
(Test Example 2)
A composite film was produced in the same manner as in Test Example 1 except that no magnetic field was applied.
FIG. 17 shows a photograph of a cross section of the composite film. In this composite film, the conductive particles 1A are randomly arranged in the polymer material 2A. This composite film had a higher electrical resistivity at a low temperature (40 ° C.) than the composite film 10 of Test Example 1.

(試験例3〜5)
複合材料における、導電性粒子と結晶性材料と非結晶性材料との含有率(体積基準)を、それぞれ20:60:20(試験例3)、20:20:60(試験例4)、20:0:80(試験例5)として、コンポジット膜を作製した。複合材料の成分比率以外の条件は試験例1に準じて定めた。
(Test Examples 3 to 5)
The content ratio (volume basis) of the conductive particles, the crystalline material, and the amorphous material in the composite material is 20:60:20 (Test Example 3), 20:20:60 (Test Example 4), and 20 respectively. : 0:80 (Test Example 5), a composite film was produced. Conditions other than the component ratio of the composite material were determined according to Test Example 1.

図18は、試験例1,3〜5について、電気抵抗率の温度依存性を示す図である。横軸は温度であり、縦軸は電気抵抗率である。電気抵抗率は2端子法を用いて測定した。試料の温度は、試料をホットプレート上に置いて熱電対により測定した。   FIG. 18 is a diagram showing the temperature dependence of the electrical resistivity for Test Examples 1 and 3-5. The horizontal axis is temperature, and the vertical axis is electrical resistivity. The electrical resistivity was measured using a two-terminal method. The temperature of the sample was measured with a thermocouple by placing the sample on a hot plate.

図18に示すように、試験例1,3,4では、PTC特性(低温時に電気抵抗が低いが、温度上昇により電気抵抗が大きく上昇する特性)が発現した。
結晶性材料と非結晶性材料との比率が60:20である試験例3では、40℃における電気抵抗率は約2.4Ω・cmであった。100℃における電気抵抗率は約1.0×10Ω・cmであった。
結晶性材料と非結晶性材料との比率が40:40である試験例1では、40℃における電気抵抗率は約0.8Ω・cmであり、100℃における電気抵抗率は約1.0×10Ω・cmであった。
結晶性材料と非結晶性材料との比率が20:60である試験例4では、40℃における電気抵抗率は約1.7Ω・cmであり、100℃における電気抵抗率は約1.0×10Ω・cmであった。
結晶性材料と非結晶性材料との比率が0:80である試験例5では、40℃における電気抵抗率は約5.3Ω・cmであった。試験例5では、60℃を超えた時点でコンポジット膜が形状を維持できなくなった。
As shown in FIG. 18, in Test Examples 1, 3, and 4, PTC characteristics (characteristics in which the electrical resistance is low at low temperatures but the electrical resistance greatly increases as the temperature rises) were developed.
In Test Example 3 in which the ratio of the crystalline material to the amorphous material was 60:20, the electrical resistivity at 40 ° C. was about 2.4 Ω · cm. The electrical resistivity at 100 ° C. was about 1.0 × 10 5 Ω · cm.
In Test Example 1 in which the ratio of the crystalline material to the amorphous material is 40:40, the electrical resistivity at 40 ° C. is about 0.8 Ω · cm, and the electrical resistivity at 100 ° C. is about 1.0 × It was 10 4 Ω · cm.
In Test Example 4 in which the ratio of the crystalline material to the amorphous material is 20:60, the electrical resistivity at 40 ° C. is about 1.7 Ω · cm, and the electrical resistivity at 100 ° C. is about 1.0 ×. 10 2 Ω · cm.
In Test Example 5 in which the ratio of crystalline material to amorphous material was 0:80, the electrical resistivity at 40 ° C. was about 5.3 Ω · cm. In Test Example 5, the composite film could not maintain its shape when the temperature exceeded 60 ° C.

結晶性材料と非結晶性材料との比率が60:20〜40:40(非結晶性材料/結晶性材料=1/3〜1)である試験例1,3では、40℃における電気抵抗率が低く、かつ100℃における電気抵抗率が高かったため、PTC特性は良好であった。特に、結晶性材料と非結晶性材料との比率が40:40(非結晶性材料/結晶性材料=1)である試験例1では、40℃における電気抵抗率が低かったため、PTC特性は優れていた。   In Test Examples 1 and 3 in which the ratio of the crystalline material to the amorphous material is 60:20 to 40:40 (noncrystalline material / crystalline material = 1/3 to 1), the electrical resistivity at 40 ° C. And the electrical resistivity at 100 ° C. was high, the PTC characteristics were good. In particular, in Test Example 1 in which the ratio of the crystalline material to the amorphous material was 40:40 (noncrystalline material / crystalline material = 1), the electrical resistivity at 40 ° C. was low, so the PTC characteristics were excellent. It was.

(試験例6〜8)
複合材料における非結晶性材料として、それぞれ低融点パラフィン(融点48℃。試験例6)、中融点パラフィン(融点54℃。試験例7)、高融点パラフィン(融点58℃。試験例8)を用いて、コンポジット膜を作製した。
結晶性材料と非結晶性材料とは同じ量(体積基準)を使用した。複合材料における導電性粒子の含有率(体積基準)は5Vol.%である。その他の条件は試験例1に準じて定めた。
(Test Examples 6 to 8)
As the amorphous material in the composite material, low melting point paraffin (melting point 48 ° C., Test Example 6), medium melting point paraffin (melting point 54 ° C., Test Example 7), and high melting point paraffin (melting point 58 ° C., Test Example 8) are used. Thus, a composite film was produced.
The same amount (volume basis) was used for the crystalline material and the non-crystalline material. The content (volume basis) of the conductive particles in the composite material is 5 Vol. %. Other conditions were determined according to Test Example 1.

図19は、試験例6〜8について、電気抵抗率の温度依存性を示す図である。横軸は温度であり、縦軸は電気抵抗率である。
図19に示すように、非結晶性材料として中融点パラフィン(融点54℃)を用いた試験例7、および高融点パラフィン(融点58℃)を用いた試験例8では、低温(例えば40℃)における電気抵抗率が低く、かつ高温(例えば70〜80℃)における電気抵抗率が高かったため、PTC特性は良好であった。
FIG. 19 is a diagram illustrating the temperature dependence of the electrical resistivity for Test Examples 6 to 8. The horizontal axis is temperature, and the vertical axis is electrical resistivity.
As shown in FIG. 19, in Test Example 7 using a medium melting point paraffin (melting point 54 ° C.) as a non-crystalline material and Test Example 8 using a high melting point paraffin (melting point 58 ° C.), a low temperature (for example, 40 ° C.). PTC characteristics were good because the electrical resistivity was low and the electrical resistivity was high at high temperatures (for example, 70 to 80 ° C.).

試験例7,8では、試験例6に比べて、高温域において電気抵抗率が高くなった。これについては次の推測が可能である。
試験例7,8では、非結晶性材料の融点が適切な範囲にあるため、非結晶性材料が過剰に流動化することはないことから、前述の構造の導電性粒子の列の形成が適切になされた。図20は、試験例7のコンポジット膜の表面を示す写真である。
In Test Examples 7 and 8, the electrical resistivity was higher in the high temperature region than in Test Example 6. The following guess is possible for this.
In Test Examples 7 and 8, since the melting point of the amorphous material is in an appropriate range, the amorphous material is not excessively fluidized. Therefore, it is appropriate to form a row of conductive particles having the structure described above. Was made. FIG. 20 is a photograph showing the surface of the composite film of Test Example 7.

これに対し、低融点の非結晶性材料を用いた試験例6において、高温域での電気抵抗率が低くなったことについては、次のような推測ができる。すなわち、試験例6では、過度に流動化した非結晶性材料がコンポジット膜の表面に流出したため、磁気整列による導電性粒子の列形成時に導電性粒子が非結晶性材料中に安定して存在できず前述の構造の導電性粒子の列形成が阻害され、その結果、PTC特性(電気抵抗率の上昇)が小さくなった可能性がある。
また、試験例6において高温域での電気抵抗率が低くなったことについては、過度に流動化した非結晶性材料が膜表面に流出したため非結晶性材料が膜内で少なくなり、膜内部の導電性粒子の見かけの体積比率が増えたため電気抵抗率が低くなったという推測もできる。
図21は、試験例6のコンポジット膜の表面を示す写真である。図21より、試験例6のコンポジット膜は、試験例7のコンポジット膜(図20参照)に比べ、表面に白いパラフィンの層が広く形成されていることがわかる。
In contrast, in Test Example 6 using an amorphous material having a low melting point, the following assumption can be made about the decrease in electrical resistivity in the high temperature range. That is, in Test Example 6, since the excessively fluidized amorphous material flowed out to the surface of the composite film, the conductive particles can stably exist in the amorphous material when the conductive particles are formed by magnetic alignment. First, it is possible that the formation of the conductive particles having the above-described structure is hindered, and as a result, the PTC characteristic (increase in electric resistivity) is reduced.
In addition, regarding the low electrical resistivity in the high temperature region in Test Example 6, the non-crystalline material decreased in the film because the excessively fluidized non-crystalline material flowed out to the film surface. It can also be assumed that the electrical resistivity has decreased due to an increase in the apparent volume ratio of the conductive particles.
FIG. 21 is a photograph showing the surface of the composite film of Test Example 6. From FIG. 21, it can be seen that the composite membrane of Test Example 6 has a white paraffin layer formed on the surface more widely than the composite membrane of Test Example 7 (see FIG. 20).

なお、コンポジット膜における導電性粒子の含有率は、Vol.%や質量%で表すことができるが、コンポジット膜に含まれる導電性粒子や高分子材料の質量および密度から数式(1)を用いてVol.%を算出でき、また、コンポジット膜に含まれる導電性粒子や高分子材料の体積および密度から数式(2)を用いて質量%を算出できる。すなわち、コンポジット膜における導電性粒子の含有率を表すVol.%および質量%は、数式(1)、(2)を用いて互いに換算できる。   In addition, the content rate of the electroconductive particle in a composite film is Vol. % And mass%, but from the mass and density of the conductive particles and polymer material contained in the composite film, using the formula (1), Vol. % Can be calculated, and mass% can be calculated from the volume and density of the conductive particles and the polymer material contained in the composite film using Equation (2). In other words, Vol. % And mass% can be converted into each other using the formulas (1) and (2).

なお、Vparticleは、コンポジット膜に含まれる導電性粒子の体積(cm)を示し、Vpolymerは、コンポジット膜に含まれる高分子材料の体積(cm)を示し、Wparticleは、コンポジット膜に含まれる導電性粒子の質量(g)を示し、Wpolymerは、コンポジット膜に含まれる高分子材料の質量(g)を示し、ρparticleは、導電性粒子の密度(g/cm)を示し、ρpolymerは、高分子材料の密度(g/cm)を示す。 Incidentally, V particle shows a volume of the conductive particles contained in the composite film (cm 3), V polymer represents the volume of polymeric material contained in the composite film (cm 3), W particle is a composite film W polymer represents the mass (g) of the polymer material contained in the composite film, and ρ particle represents the density (g / cm 3 ) of the conductive particles. Ρ polymer indicates the density (g / cm 3 ) of the polymer material.

1…導電性粒子、2…高分子材料、2A…結晶性材料(第1材料)、2B…非結晶性材料(第2材料)、10…コンポジット膜、10A…前延出部分、10B…後延出部分、11…列、50…リチウムイオン電池(電池)、51…正極板、52…負極板、55…電解液、56…正極集電板、57…正極活物質層、58…負極集電板、59…負極活物質層、60…金属被覆層。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Conductive particle, 2 ... Polymer material, 2A ... Crystalline material (1st material), 2B ... Amorphous material (2nd material), 10 ... Composite film, 10A ... Front extension part, 10B ... Back Extension part, 11 ... row, 50 ... lithium ion battery (battery), 51 ... positive electrode plate, 52 ... negative electrode plate, 55 ... electrolyte, 56 ... positive electrode current collector plate, 57 ... positive electrode active material layer, 58 ... negative electrode collector Electroplate, 59 ... negative electrode active material layer, 60 ... metal coating layer.

Claims (6)

複数の導電性粒子と絶縁性の高分子材料とを含み、PTC特性を有するコンポジット膜であって、
前記高分子材料は、第1材料と、前記第1材料より融点が低い第2材料とを少なくとも含み、
前記第2材料の融点は、54〜58℃であり、
前記複数の導電性粒子は、磁性を有し、少なくとも一部が前記コンポジット膜の一方の面から他方の面にかけて、前記第2材料中において列をなすように配置され
前記第1材料は、結晶性材料であり、
前記第2材料は、非結晶性材料である、コンポジット膜。
A composite film comprising a plurality of conductive particles and an insulating polymer material, and having PTC characteristics,
The polymer material includes at least a first material and a second material having a melting point lower than that of the first material,
The melting point of the second material is 54-58 ° C.
The plurality of conductive particles have magnetism, and are arranged so that at least a part thereof is arranged in a row in the second material from one surface of the composite film to the other surface ,
The first material is a crystalline material;
The second material is a composite film, which is an amorphous material .
複数の導電性粒子と絶縁性の高分子材料とを含み、PTC特性を有するコンポジット膜であって、
前記高分子材料は、第1材料と、前記第1材料より融点が低い第2材料とを少なくとも含み、
前記第2材料の融点は、54〜58℃であり、
前記第2材料は、前記コンポジット膜の厚さ方向に沿う断面において帯状をなす第2材料相を構成し、
前記複数の導電性粒子は、磁性を有し、少なくとも一部が前記コンポジット膜の一方の面から他方の面にかけて、前記第2材料中において列をなすように配置されている、コンポジット膜。
A composite film comprising a plurality of conductive particles and an insulating polymer material, and having PTC characteristics,
The polymer material includes at least a first material and a second material having a melting point lower than that of the first material,
The melting point of the second material is 54-58 ° C.
The second material constitutes a second material phase having a band shape in a cross section along the thickness direction of the composite film,
The composite film, wherein the plurality of conductive particles have magnetism, and at least a part thereof is arranged in a row in the second material from one surface to the other surface of the composite film.
前記第1材料の含有率C1と前記第2材料の含有率C2との比率C2/C1(体積基準)は、1/3〜1である、請求項1または2に記載のコンポジット膜。   The composite film according to claim 1 or 2, wherein a ratio C2 / C1 (volume basis) of the content C1 of the first material and the content C2 of the second material is 1/3 to 1. 前記第2材料は、パラフィンである、請求項1〜3のうちいずれか1項に記載のコンポジット膜。   The composite film according to claim 1, wherein the second material is paraffin. 正極板と、負極板と、電解液と、を備え、
前記正極板は、正極集電板と、前記正極集電板の内面側に設けられた正極活物質層とを有し、
前記負極板は、負極集電板と、前記負極集電板の内面側に設けられた負極活物質層とを有し、
前記負極集電板と前記負極活物質層との間に、請求項1〜4のうちいずれか1項に記載のコンポジット膜と、前記コンポジット膜の内面側に設けられた金属被覆層とが形成されている、電池。
A positive electrode plate, a negative electrode plate, and an electrolyte solution,
The positive electrode plate has a positive electrode current collector plate, and a positive electrode active material layer provided on the inner surface side of the positive electrode current collector plate,
The negative electrode plate has a negative electrode current collector plate and a negative electrode active material layer provided on the inner surface side of the negative electrode current collector plate,
The composite film according to any one of claims 1 to 4 and a metal coating layer provided on an inner surface side of the composite film are formed between the negative electrode current collector plate and the negative electrode active material layer. Being a battery.
前記コンポジット膜の一部は、前記金属被覆層の周縁の少なくとも一部から外方に延出して形成されている、請求項5に記載の電池。   The battery according to claim 5, wherein a part of the composite film is formed to extend outward from at least a part of a peripheral edge of the metal coating layer.
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