JP4655593B2 - Bipolar battery - Google Patents
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Description
本発明は、バイポーラ電池に関する。 The present invention relates to a bipolar battery.
バイポーラ電池は、単電池が複数直列に接続されるように積層したリチウムイオン二次電池である。 The bipolar battery is a lithium ion secondary battery that is stacked so that a plurality of single cells are connected in series.
このような複数の単電池を積層した電池では、一つひとつの単電池の電圧を計測するために単電池ごとに電圧検出用のタブを各単電池から引き出している。このような電圧検出用タブは、積層された単電池の一つひとつの正極と負極から取り出されるため、隣接する電極(正極と負極、または正極同士や負極同士)が互いに接触して短絡しないように、電圧検出用タブの取り付け位置を単電池同士で互いに異なる位置となるように配置している(特許文献1参照)。
しかしながら、このように単電池ごとに電圧検出用タブを設け、しかもその設置位置を積層される単電池ごとに異なる位置に配置するとなると、電圧検出用タブ以外は積層される単電池同士で同じ形状であるにも関わらず、電圧検出用タブを形成するために単電池ごとにそれぞれ異なる形状の電極を製造する必要があった。このため製造効率が悪く、また、製造コストがかさんでしまうという問題があった。 However, when the voltage detection tab is provided for each unit cell and the installation position is arranged at a different position for each stacked unit cell, the same shape is used for the stacked unit cells except for the voltage detection tab. Despite it has been necessary to manufacture the electrodes of different shapes for each unit cell to form the voltage detection tab. For this reason, there existed a problem that manufacturing efficiency was bad and manufacturing cost was complicated.
そこで、本発明の目的は、積層される単電池を構成する電極形状を同一形状としつつ、電圧検出用タブとなる部分を設けたバイポーラ電池を提供することである。 It is an object of the present invention, while the electric-pole-like constituting the unit cell is layered on the same shape, to provide a bipolar battery having a portion that becomes the voltage detection tab.
本発明は、第1面に正極、第2面に負極が形成された集電体からなり、同一形状の複数のバイポーラ電極と、前記正極と前記負極の間に介在される電解質層と、を有し、前記集電体の少なくとも一方の端において前記集電体の表面の一部が露出するように、複数の前記バイポーラ電極がずらして積層され、露出した前記集電体の表面部分を電圧検出用タブとして機能させることを特徴とするバイポーラ電池。 The present invention includes a positive electrode on the first surface, Ri Do from the second surface to the current collector negative electrode is formed, a plurality of bipolar electrodes of the same shape, and an electrolyte layer interposed between the the positive electrode negative electrode, A plurality of the bipolar electrodes are shifted and laminated so that a part of the surface of the current collector is exposed at at least one end of the current collector , and the exposed surface portion of the current collector is A bipolar battery characterized by functioning as a voltage detection tab .
本発明によれば、複数の同一形状のバイポーラ電極を積層する際に、集電体表面の一部が露出するようにずらして積層することとしたので、露出した集電体表面部分が電圧検出用タブとして機能する。したがって、バイポーラ電極の製造効率が向上し、製造コストの低減に効果がある。 According to the present invention, when a plurality of bipolar electrodes having the same shape are stacked, the current collector surface is shifted so that a part of the current collector surface is exposed. It functions as a tab. Therefore, improved manufacturing efficiency of a bipolar electrode, is effective in reducing the manufacturing cost.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明を適用したバイポーラ電池の概観構成を示す断面図であり、図2は、図1の部分拡大断面図である。なお、図示する場合には、各部材の構成をわかりやすくするために、各部材の縮尺は実際とは異なって描いている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a general configuration of a bipolar battery to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. In the illustrated case, the scale of each member is drawn differently from the actual scale in order to facilitate understanding of the configuration of each member.
このバイポーラ電池1は、第1面に正極11が形成され、この第1面と対向する第2面に負極13が形成された集電体12からなるバイポーラ電極14と、正極11および負極13の間に介在される電解質層であるセパレータ15とからなり、集電体12の端が露出するようにずらして複数のバイポーラ電極14がセパレータ15を挟んで積層されている。なお、最外部の集電体は、正極11または負極13のいずれか一方のみが形成されており、そのまま電池全体の電極となる端子板18および19が積層されて接続されている。
The
ここでは、一つのバイポーラ電極14の正極11と、セパレータ15と、このセパレータ15を挟んで次の層のバイポーラ電極14の負極13によって単電池が構成されることになる。
Here, a single battery is constituted by the
ここでバイポーラ電極14は、各単電池を直列に接続するが、そのために接続部材を介在させる必要がない。このため、接続部材などの抵抗成分による出力の低下がない。また、接続部分が存在しないため電池モジュールの小型化が図れる。さらには、接続部分が存在しない分、電池モジュール全体のエネルギー密度が向上する。
Here, the
そして、本実施形態では、各集電体12をずらして配置することによりできた集電体表面の露出部分21を電圧検出用のタブとして機能させている。
In the present embodiment, the exposed
ずらし方向は、複数層ごとに所定方向としている。これはたとえば、一つのバイポーラ電池1として単電池を100層積層したものを例に説明すると、5層ごとに互いに反対方向にずれるように配置している(図1参照)。また、5層ごとに絶縁シート17を入れて、互いに反対方向にずらした集電体12の他方の露出部分22が接触して短絡しないようにしている。もちろん、5層ごとに反転させるものに限らず、10層ごと、20層ごとなど、その他の層数ごとであってもよい。
The shifting direction is a predetermined direction for each of the plurality of layers. For example, as an example of a single
そして、集電体12の露出部分21には、フレキシブル配線31のリード32が接続されている。
The
フレキシブル配線31は、図3に示すように、ポリイミドなどの樹脂33内に、この樹脂33により互いに絶縁された状態で複数のリード32となる複数の導線(通常は銅線またはアルミニウム線)が埋め込まれて一体化されたものである。そして、導線の先端部分は、集電体12の露出部分と接続される領域が剥離されていて、各導線(リード32)の端部が、集電体12と接続する面のみ露出している。各導線(リード32)の形状は、集電体12の露出部分21と接続が容易になるように扁平であることが好ましい。なお、各導線(リード32)の形状は、集電体12の露出部分21と接続で記せば、断面円形やまたより線などであってもよいし、また、導線の先端に扁平な端子をつけたものであってもよい。
As shown in FIG. 3, the
なお、このバイポーラ電池1においては、正極11または負極13の少なくとも一方には、高分子固体電解質が含浸されている。活物質層における活物質間の空隙に高分子固体電解質を充填することによって、活物質層におけるイオン伝導がスムーズになり、バイポーラ電池全体としての出力向上が図れる。また、セパレータ15にも高分子固体電解質が含浸されている(詳細後述)。
In the
また、各単電池には、その外周部、集電体12と集電体12の間にシール材16を設けて内部の電解質が漏れ出るのを防いでいる。これにより一つひとつの単電池内部がシール材16で密封され、電極やセパレータ15から滲出する可能性のある電解液が単電池の外に漏れ出すのを防止し、単電池同士の液絡を防止する。
Further, each unit cell is provided with a
ここで、リード32と集電体の露出部分21との接続について説明する。
Here, the connection between the
図4は、ずらして配置した集電体12のリード接続部分を示す拡大平面図である。
FIG. 4 is an enlarged plan view showing a lead connection portion of the
本実施形態では、集電体露出部21とリード32との接続に異方導電フィルム25を用いている。
In the present embodiment, the anisotropic
この異方導電フィルム25は異方性導電材料であり、接着、導電、そして絶縁という3つの機能を同時に有する高分子材料である。この異方導電フィルム25は熱圧着加工により、圧着部における厚み方向(圧を加えた方向)に対しては導通性を示し、その圧着部の面方向に対しては絶縁性を示すという電気的異方性をもつ材料である。このような材料は、一例を挙げれば、異方導電フィルム(日立化成工業株式会社製)、異方性導電フィルム(株式会社フジクラ製)などがある。また、ペースト状の異方性導電ペースト(株式会社フジクラ製)も同様に用いることが可能である。
This anisotropic
この異方導電フィルム25を用いた接続は、まず、集電体12をそれぞれずらして積層することによって露出した集電体表面の露出部分21を覆うように異方導電フィルム25を載せ、その上からさらにフレキシブル配線を載せる。そして、各電極である集電体12の露出部分21と、それぞれの電極に対応させたリード32との交点部分にのみ圧力がかかるようにして、集電体表面の露出部分21とフレキシブル配線とを圧着する。
In the connection using the anisotropic
このとき、異方導電フィルム25の機能により、圧着された部分、すなわち各電極となる露出部分21とそれに対応したリード32部分のみが導通状態として接続され、その他の部分は非導通の状態で集電体表面の露出部分とフレキシブル配線が接続される。
At this time, by the function of the anisotropic
なお、圧着の際には、フレキシブル配線のリード32の露出部分が、集電体表面の露出部分21と対応する世に正確に露出されている場合には、フレキシブル配線の全面を集電体方向へ圧着するようにしてもよい。
When crimping, if the exposed portion of the
ここで各集電体12のずらし量は、集電体12の露出部分21がリード32と接続できる程度となればよく、特に限定されないが、本実施形態では、上記のように異方導電フィルム25を用いることで2〜5mm程度としている。したがって、たとえば、積層する単電池10層分のずれ量とした場合、全ずれ量は20〜50mm程度である。この量は、たとえば、バイポーラ電池全体の図示長手方向の大きさを300〜400mm程度とした場合、0.5〜2%以下である。
Here, the shift amount of each
また、ずらし量は、たとえば10層ごとに反転させると、100層積層した場合でもバイポーラ電池1全体としては20〜100mm程度大きくなるだけですむ。なお、厚さは、たとえば、10層分の厚さが0.5〜1.0mmとすると、100層のバイポーラ電池1全体でもその厚さは5〜10mm程度である。
Further, if the shift amount is reversed every 10 layers, for example, even when 100 layers are stacked, the entire
なお、このずらし量については、露出させた電極部分とリード32が接続できる量であればよく、特に限定されるものではない。したがって、リード32の接続方法にあわせて決めればよい。
The shift amount is not particularly limited as long as the exposed electrode portion and the
図4に示したリードの接続方向は、バイポーラ電池1の長手方向にそのまま延長する方向にリードを取り出すように接続したものであるが、リードはさまざまな方向へ取り出すように接続することが可能である。
The lead connection direction shown in FIG. 4 is such that the lead is taken out in a direction extending as it is in the longitudinal direction of the
図5は、リード接続方向が異なる場合の平面図である。 FIG. 5 is a plan view when the lead connection directions are different.
この接続形態は、リード32の接続方向を電池の長手方向と直角な方向としたものである。この場合、集電体12のずらし量は、リード32の幅方向とほぼ同じでよい。なお、その他の電池構成自体は上述したものと同じである。
In this connection form, the connection direction of the
なお、集電体12とリード32との接続は、違法導電フィルムを用いる以外にも、たとえば、超音波溶接、導電性接着剤などを利用することもできる。
For the connection between the
以上のように構成されたバイポーラ電池1では、わずかに集電体12をずらして配置するだけで、集電体表面の露出部分21を各単電池の電極として利用することができるようになる。そして、この露出部分21にフレキシブル配線31を用いてリード32それぞれ接続することで簡単に各単電池の電圧測定などを行うことができる。また、集電体は同じ形状のものをずらして用いているだけであるので、集電体の製造はもとより、この集電体に形成する正極および負極、またその他の部材においても同じ形状のものを製造すればよいので、各部材の製造コストを低減することができ、ひいては電池そのもののコスト低減を図ることも可能になる。
In the
以下さらに電池を構成する主要な部材について説明する。 The main members constituting the battery will be further described below.
[集電体]
集電体12は、製法上、スプレーコートなどの薄膜製造技術により、いかような形状を有するものにも製膜積層して形成し得る必要上、たとえば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金などの金属粉末を主成分として、これにバインダー(樹脂)、溶剤を含む集電体金属ペーストを加熱して成形してなるものであり、上記金属粉末およびバインダーにより形成されてなるものである。また、これら金属粉末を1種単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよいし、さらに、製法上の特徴を生かして金属粉末の種類の異なるものを多層に積層したものであってもよい。
[Current collector]
The
上記バインダーとしては、特に制限されるべきものではなく、たとえば、エポキシ樹脂など、従来公知の樹脂バインダー材料を用いることができるほか、導電性高分子材料を用いてもよい。 The binder is not particularly limited. For example, a conventionally known resin binder material such as an epoxy resin can be used, and a conductive polymer material may be used.
また集電体12は、上記金属(またはそれらの合金)の薄膜であってもよい。
The
なお、集電体の厚さは、特に限定されないが、通常は1〜100μm程度である。 The thickness of the current collector is not particularly limited, but is usually about 1 to 100 μm.
[正極(正極活物質層)]
正極は、正極活物質を含む。このほかにも、イオン伝導性を高めるために電解質、リチウム塩、導電助材などが含まれ得る。特に、正極または負極の少なくとも一方に電解質、好ましくは高分子電解質が含まれていることが望ましいが、バイポーラ電池の電池特性をより向上させるためには、双方に含まれることが好適である。
[Positive electrode (positive electrode active material layer)]
The positive electrode includes a positive electrode active material. In addition, an electrolyte, a lithium salt, a conductive aid, and the like can be included in order to increase ion conductivity. In particular, it is desirable that at least one of the positive electrode and the negative electrode contains an electrolyte, preferably a polymer electrolyte. However, in order to further improve the battery characteristics of the bipolar battery, it is preferable to contain them in both.
上記正極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される、遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用できる。具体的には、LiCoO2などのLi・Co系複合酸化物、LiNiO2などのLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMn2O4などのLi・Mn系複合酸化物、LiFeO2などのLi・Fe系複合酸化物などが挙げられる。このほか、LiFePO4などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物;V2O5、MnO2、TiS2、MoS2、MoO3などの遷移金属酸化物や硫化物;PbO2、AgO、NiOOHなどが挙げられる。 As the positive electrode active material, a composite oxide of transition metal and lithium, which is also used in a solution-type lithium ion battery, can be used. Specifically, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, Li · Mn-based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4, Li · such LiFeO 2 Examples thereof include Fe-based composite oxides. In addition, transition metal and lithium phosphate compounds and sulfate compounds such as LiFePO 4 ; transition metal oxides and sulfides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 ; PbO 2 , AgO, NiOOH etc. are mentioned.
正極活物質の粒径は、製法上、正極材料をペースト化してスプレーコートなどにより製膜し得るものであればよいが、さらにバイポーラ電池の電極抵抗を低減するために、電解質が固体でない溶液タイプのリチウムイオン電池で一般に用いられる粒径よりも小さいものを使用するとよい。具体的には、正極活物質の平均粒径が10〜0.1μmであるとよい。 The positive electrode active material may have any particle size as long as the positive electrode material can be formed into a paste by spray coating and the like, but in order to reduce the electrode resistance of the bipolar battery, the electrolyte is not a solid solution type. A particle size smaller than the particle size generally used in lithium ion batteries may be used. Specifically, the average particle diameter of the positive electrode active material is preferably 10 to 0.1 μm.
上記正極に含まれる電解質としては、固体高分子電解質、高分子ゲル電解質、およびこれらを積層したものなどが利用できる。すなわち、正極を多層構造とすることもでき、集電体側と電解質側とで、正極を構成する電解質の種類や活物質の種類や粒径、さらにはこれらの配合比を変えた層を形成することもできる。好ましくは、高分子ゲル電解質を構成する高分子と電解液との比率(質量比)が、20:80〜2:98とする、比較的電解液の比率が大きい範囲である。 As the electrolyte contained in the positive electrode, a solid polymer electrolyte, a polymer gel electrolyte, a laminate of these, and the like can be used. That is, the positive electrode can have a multi-layer structure, and on the collector side and the electrolyte side, a layer in which the type of electrolyte constituting the positive electrode, the type and particle size of the active material, and the mixing ratio thereof are changed is formed. You can also. Preferably, the ratio (mass ratio) between the polymer constituting the polymer gel electrolyte and the electrolytic solution is 20:80 to 2:98, and the ratio of the electrolytic solution is relatively large.
高分子ゲル電解質は、イオン伝導性を有する高分子骨格中に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を保持させたものや、あるいは、それ自身ではリチウムイオン伝導性を持たない高分子骨格中に同様の電解液を保持させたものなどが含まれる。 The polymer gel electrolyte is a polymer skeleton having an ion conductivity in which an electrolytic solution usually used in a lithium ion battery is held, or a polymer skeleton having no lithium ion conductivity by itself. The thing etc. which hold | maintained the same electrolyte solution are contained.
ここで、高分子ゲル電解質として用いる高分子は、たとえば、ポリエチレンオキシドを主鎖または側鎖に持つ高分子(PEO)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸エステル、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(PVdF−HFP)などが用いられる。ただし、これに限られるわけではない。 Here, the polymer used as the polymer gel electrolyte is, for example, a polymer having polyethylene oxide in the main chain or side chain (PEO), polyacrylonitrile (PAN), polymethacrylic acid ester, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyfluoride. A copolymer of vinylidene chloride and hexafluoropropylene (PVdF-HFP) or the like is used. However, it is not limited to this.
高分子ゲル電解質に含まれる電解液(電解質塩および可塑剤)としては、通常リチウムイオン電池で用いられるものであればよく、たとえば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種類のリチウム塩(電解質塩)、またはこれらの混合物を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから1種類または2種以上を混合した、非プロトン性有機溶媒(可塑剤)を用いたものなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。 As an electrolytic solution contained in the polymer gel electrolyte (electrolytic salt and plasticizer) may be those usually used in a lithium ion battery, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4 , inorganic acid anion salts such as Li 2 B 10 Cl 10 , organic acid anion salts such as LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N At least one lithium salt (electrolyte salt) selected from the above, or a mixture thereof, cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and diethyl carbonate; Tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1 Ethers such as 4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; Lactones such as γ-butyrolactone; Nitriles such as acetonitrile; Esters such as methyl propionate; Amides such as dimethylformamide Kinds: those using an aprotic organic solvent (plasticizer) in which at least one selected from methyl acetate and methyl formate or a mixture of two or more thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these.
上記リチウム塩としては、たとえば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。 As the lithium salt, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 and the like inorganic acid anion salts, Li (CF 3 SO 2) 2 N, An organic acid anion salt such as Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N or a mixture thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these.
導電助材としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。 Examples of the conductive aid include acetylene black, carbon black, and graphite. However, it is not necessarily limited to these.
正極における、正極活物質、電解質、リチウム塩、導電助剤の配合量は、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。たとえば、正極内における電解質の配合量が少なすぎると、活物質層内でのイオン伝導抵抗やイオン拡散抵抗が大きくなり、電池性能が低下してしまう。一方、正極内における電解質の配合量が多すぎると、電池のエネルギー密度が低下してしまう。したがって、これらの要因を考慮して、目的に合致した電解質量を決定する。 The blending amount of the positive electrode active material, electrolyte, lithium salt, and conductive additive in the positive electrode should be determined in consideration of the intended use of the battery (output importance, energy importance, etc.) and ion conductivity. For example, if the amount of the electrolyte in the positive electrode is too small, the ionic conduction resistance and the ionic diffusion resistance in the active material layer will increase, and the battery performance will deteriorate. On the other hand, when the amount of the electrolyte in the positive electrode is too large, the energy density of the battery is lowered. Therefore, in consideration of these factors, the electrolytic mass suitable for the purpose is determined.
正極の厚さは、特に限定するものではなく、配合量について述べたように、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。一般的な正極活物質層の厚さは10〜500μm程度である。 The thickness of the positive electrode is not particularly limited, and should be determined in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, emphasis on energy, etc.) and ion conductivity, as described for the blending amount. A typical positive electrode active material layer has a thickness of about 10 to 500 μm.
[負極(負極活物質層)]
負極13は、負極活物質を含む。このほかにも、イオン伝導性を高めるために電解質、リチウム塩や導電材などが含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極」の項で記載した内容と同様であるため説明を省略する。
[Negative electrode (negative electrode active material layer)]
The
負極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される負極活物質を用いることができる。たとえば、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物金属、カーボンなどが好ましい。より好ましくは、カーボン、遷移金属酸化物、リチウム−遷移金属複合酸化物である。さらに好ましくは、チタン酸化物、リチウム−チタン複合酸化物、カーボンである。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 As the negative electrode active material, a negative electrode active material that is also used in a solution-type lithium ion battery can be used. For example, metal oxide, lithium-metal composite oxide metal, carbon and the like are preferable. More preferred are carbon, transition metal oxide, and lithium-transition metal composite oxide. More preferred are titanium oxide, lithium-titanium composite oxide, and carbon. These may be used alone or in combination of two or more.
[セパレータ]
ここで用いているセパレータ15は電解質層となるもので、正極11および負極13内の活物質そのものが混合することなく分離させた状態を保ち、かつ、イオンのみを通過させるものである。このようなセパレータ15としては、たとえば、高分子繊維や高分子膜などを基材として、この基材に、高分子骨格中に数質量%〜98質量%程度電解液を保持させたゲル電解質を保持させて、膜状に整形したものである。
[Separator]
The
[電解質]
セパレータ15に含ませる電解質としては、たとえば、高分子ゲル電解質である。この電解質は多層構造とすることもでき、正極側と負極側とで、電解質の種類や成分配合比を変えた層を形成することもできる。
[Electrolytes]
The electrolyte included in the
高分子ゲル電解質を用いる場合、該高分子ゲル電解質を構成する高分子と電解液との比率(質量比)が、20:80〜2:98と比較的電解液の比率が大きい範囲である。 When the polymer gel electrolyte is used, the ratio (mass ratio) between the polymer constituting the polymer gel electrolyte and the electrolytic solution is 20:80 to 2:98, which is a relatively large range of the electrolytic solution.
このような高分子ゲル電解質としては、イオン伝導性を有する高分子骨格中に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を保持させたものや、あるいは、それ自身ではリチウムイオン伝導性を持たない高分子骨格中に同様の電解液を保持させたものなどが含まれる。これらについては、正極に含まれる電解質の1種として説明した高分子ゲル電解質と同様であるため、ここでの説明は省略する。 As such a polymer gel electrolyte, a polymer skeleton having ion conductivity and an electrolyte solution usually used in a lithium ion battery are held, or a high-performance polymer that does not have lithium ion conductivity by itself. Those having a similar electrolyte solution held in the molecular skeleton are included. Since these are the same as the polymer gel electrolyte described as one type of electrolyte contained in the positive electrode, description thereof is omitted here.
これら高分子ゲル電解質は、電池を構成する高分子電解質のほか、上記したように正極および/または負極にも含まれ得るが、電池を構成する高分子電解質、正極、負極によって異なる高分子電解質を用いてもよいし、同一の高分子電解質を使用してもよいし、層によって異なる高分子電解質を用いてもよい。 These polymer gel electrolytes can be included in the positive electrode and / or the negative electrode as described above in addition to the polymer electrolyte constituting the battery. However, different polymer electrolytes are used depending on the polymer electrolyte, positive electrode, and negative electrode constituting the battery. The same polymer electrolyte may be used, or different polymer electrolytes may be used depending on the layer.
なお、セパレータ自体に電解質を含ませず、セパレータに代えて固体高分子電解質を用いることも可能である。固体高分子電解質を用いた場合の電解質層の厚さは、特に限定するものではない。しかしながら、コンパクトなバイポーラ電池を得るためには、電解質としての機能が確保できる範囲で極力薄くすることが好ましい。一般的な固体高分子電解質層の厚さは10〜100μm程度である。ただし、電解質の形状は、製法上の特徴を生かして、電極(正極または負極)の上面ならびに側面外周部も被覆するように形成することも容易である。 In addition, it is also possible to use a solid polymer electrolyte instead of the separator without including the electrolyte in the separator itself. The thickness of the electrolyte layer when a solid polymer electrolyte is used is not particularly limited. However, in order to obtain a compact bipolar battery, it is preferable to make it as thin as possible as long as the function as an electrolyte can be secured. The thickness of a general solid polymer electrolyte layer is about 10 to 100 μm. However, the shape of the electrolyte can be easily formed so as to cover the upper surface of the electrode (positive electrode or negative electrode) as well as the outer peripheral portion of the side surface by taking advantage of the manufacturing method.
[正極および負極端子]
正極および負極の端子板18および19は、電池全体の電極端子としての機能を有する。電池の薄型化の観点からは、この端子板18および19も極力薄い方がよいが、製膜により積層されてなる電極(正極および負極)、電解質、および集電体はいずれも機械的強度が弱いため、これらを両側から挟示し支持するだけの強度を持たせることが望ましい。さらに、端子部での内部抵抗を抑える観点から、正極および負極端子板の厚さは、通常0.1〜2mm程度が望ましいといえる。
[Positive electrode and negative electrode terminal]
The positive and negative
正極および負極端子板の材質は、通常リチウムイオン電池で用いられる材質を用いることができる。たとえば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金などを利用することができる。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウムを用いることが好ましい。 As the material of the positive electrode and the negative electrode terminal plate, materials usually used in lithium ion batteries can be used. For example, aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof can be used. Aluminum is preferably used from the viewpoints of corrosion resistance, ease of production, economy, and the like.
正極および負極端子板の材質は、同一の材質を用いてもよいし、異なる材質のものを用いてもよい。さらに、これら正極および負極端子板は、材質の異なるものを多層に積層したものであってもよい。 The material of the positive electrode and the negative electrode terminal plate may be the same material or different materials. Furthermore, the positive electrode and the negative electrode terminal plate may be a laminate of different materials.
[電池外装材(電池ケース)]
バイポーラ電池は、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、バイポーラ電池本体である型板を含めた電池積層体全体を電池外装材または電池ケースに収容するとよい。
[Battery exterior material (battery case)]
In order to prevent external impact and environmental degradation, the bipolar battery is a battery that includes the entire battery stack including the template, which is the main body of the bipolar battery, in order to prevent external impact and environmental degradation during use. It may be housed in an exterior material or a battery case.
軽量化の観点からは、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属(合金を含む)をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムなど、従来公知の電池外装材を用いて、その周辺部の一部または全部を熱圧着にて接合することにより、電池積層体(図1に示したバイポーラ電池1)を減圧封入し密封することが好ましい。
From the viewpoint of weight reduction, a conventionally known battery exterior material such as a polymer-metal composite laminate film in which a metal (including an alloy) such as aluminum, stainless steel, nickel, or copper is covered with an insulator such as a polypropylene film is used. The battery stack (
図6は、図1に示したバイポーラ電池1をアルミラミネートパックにより電池40として構成した場合の外観を示す図面である。
FIG. 6 is a diagram showing an external appearance when the
図示するように、この電池40は、バイポーラ電池1の端部の集電体12に設けられた正極端子板18および負極端子板19(必要により、さらに電極リードを取り付けてもよい)が、ラミネートパックより取り出されている。また、ラミネートパックからは、各集電体12にそれぞれリード32を接続したフレキシブル配線31も取り出されている。
As shown in the figure, this
バイポーラ電池1は、ラミネートパックに減圧封入することで、ラミネートパック材によって各集電体12にはほぼ均等に圧力が加わるようになる。
The
なお、ラミネートパックのほか、金属ケースなどに封入しても同様に電池として構成できることは言うまでもない。 Needless to say, the battery can be configured in the same manner even when sealed in a metal case or the like in addition to the laminate pack.
また、このような電池40は、さらに電池40を複数個直列および/または並列に接続して組電池や電池モジュールとして提供することも可能である。
Further, such a
図7は組電池の斜視図であり、図8はこの組電池の内部構成を上方から見た図面である。 FIG. 7 is a perspective view of the assembled battery, and FIG. 8 is a view of the internal configuration of the assembled battery as viewed from above.
図示するようにこの組電池50は、上述した電池40を複数個直列に接続したものをさらに並列に接続したものである。電池40同士は、導電バー53により各電池の端子板18および19が接続されている。この組電池50には電極ターミナル51および52が、この組電池50の電極として組電池50の一側面に設けられている。
As shown in the figure, this assembled
この組電池においては、電池40を直接に接続しさらに並列に接続する際の接続方法として、超音波溶接、熱溶接、レーザー溶接、リベット、かしめ、電子ビームなどを用いることができる。このような接続方法をとることで、長期的信頼性のある組電池を製造することができる。
In this assembled battery, ultrasonic welding, thermal welding, laser welding, rivets, caulking, electron beam, or the like can be used as a connection method when the
なお、組電池としての電池40の接続は、電池40を複数個全て並列に接続してもよいし、また、電池40を複数個全て直列に接続してもよい。
In addition, the connection of the
図9は、組電池モジュールの斜視図である。 FIG. 9 is a perspective view of the assembled battery module.
この組電池モジュール60は、前述した組電池50を複数個積層し、各組電池50の電極ターミナル51、52を導電バー61および62によって接続し、モジュール化したものである。
The assembled
このように、組電池50をモジュール化することによって、電池制御を容易にし、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車などの車載用として最適な組電池モジュールとなる。なお、このような組電池モジュールも組電池の一種である。
As described above, by modularizing the assembled
さらに参考までに、図10に、組電池モジュール60を搭載する自動車100の概略図を示す。この自動車は、上述した組電池モジュール60を搭載し、モータの電源として使用してなる自動車である。
For further reference, FIG. 10 shows a schematic diagram of an
組電池モジュール60をモータ用電源として用いる自動車としては、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車など、車輪をモータによって駆動している自動車である。これらの自動車に本発明を適用したバイポーラ電池による組電池や電池モジュールを用いることで、単電池ごとの充電制御を行うなど非常にきめ細かい制御が可能となり、電気自動車などの性能の向上、たとえば1回の充電当りの走行距離の向上、車載電池としての寿命の向上などが期待できる。
An automobile using the assembled
本発明は、リチウムイオンに二次電池に適用可能である。 The present invention can be applied to a lithium ion secondary battery.
1…バイポーラ電池、
11…正極活物質層、
12…集電体、
13…負極活物質層、
15…セパレータ、
16…シール材、
17…絶縁シート、
31…フレキシブル配線、
32…リード、
25…異方導電フィルム、
40…電池、
50…組電池、
60…組電池モジュール、
100…自動車。
1 ... Bipolar battery,
11 ... positive electrode active material layer,
12 ... current collector,
13 ... negative electrode active material layer,
15 ... separator,
16 ... sealing material,
17 ... Insulating sheet,
31 ... Flexible wiring,
32 ... Lead,
25. Anisotropic conductive film,
40 ... Battery,
50 ... assembled battery,
60 ... assembled battery module,
100 ... an automobile.
Claims (8)
前記集電体の少なくとも一方の端において前記集電体の表面の一部が露出するように、複数の前記バイポーラ電極がずらして積層され、露出した前記集電体の表面部分を電圧検出用タブとして機能させることを特徴とするバイポーラ電池。 The positive electrode is formed on the first surface, Ri Do from the first surface facing the second surface of the negative electrode is formed current collector, a plurality of bipolar electrodes of the same shape, interposed between the positive electrode and the negative electrode An electrolyte layer, and
A plurality of the bipolar electrodes are stacked in a shifted manner so that a part of the surface of the current collector is exposed at at least one end of the current collector , and the exposed surface portion of the current collector is a voltage detection tab. Bipolar battery characterized by functioning as
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