【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池モジュール及びその充電方法に関し、特に、リチウムイオンポリマー二次電池を複数直列に接続してなる電池モジュール及びその電池モジュールの充電方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンクリートや石材等を穿孔するために用いられる穿孔装置の一例として、大出力、高回転型の電気モータを備えた電気ドリルに類似した構成の穿孔装置が知られている。
【０００３】
このような大出力、高回転型の穿孔装置は、電気モータのロータ軸に穿孔用の刃先を有する工具が直接的に取り付けられ、ロータ軸の回転力が直接に工具の刃先に伝達されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような構成の穿孔装置にあっては、電気モータの電源に商用電源又は発電機を用い、大出力、高回転によるコンクリート等の穿孔作業を可能としている。
【０００５】
しかしながら、商用電源又は発電機を電気モータの電源として穿孔作業を行った場合に、工具の刃先が硬石等に突き当った瞬間に電気モータの回転が停止することがある。この場合、電気モータの消費電力が過大（例えば１５Ａ以上）となるため、商用電源又は発電機の容量が不足し、ブレーカ等の保護装置が作動し、電気モータに対する電力の供給が停止され、穿孔作業が中断され、作業効率が著しく低下する。
【０００６】
また、出力が例えば１５００Ｗ（最大瞬間電流：２５Ａ以上）の電気モータを駆動させる発電機は、大型で、重量が重く、持ち運びができないため、穿孔装置の使用箇所が制限されてしまう。さらに、電気コードのハンドリングが大変であるため、作業効率が大幅に低下する。さらに、電気コードの長さが長い場合には、オーム抵抗による電圧降下が大きくなるため、大出力、高回転で穿孔作業を行うことが困難になる。
【０００７】
一方、持ち運びを可能とするために、リチウムイオンポリマー二次電池を複数並列に接続して電源として用いることも考えられる。しかし、現在市場に提供されているリチウムポリマー二次電池は、リード線が細いために並列に接続して容量を大きくしても大出力に対応することが困難である。また、電極と活物質層との密着力が弱いためにそれらの間の界面抵抗が大きくなり、大出力に対応することが困難となる。
【０００８】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、穿孔装置によるコンクリート等の穿孔作業中に、工具の刃先が硬石に突き当って電気モータの消費電力が過大になった場合であっても、電気モータの回転数が低下することなく、高速で穿孔作業を継続することができ、これにより作業効率を大幅に高めることができる電池モジュール及びその充電方法を提供することを目的とするものである。また、全体がコンパクトで、重量が軽く、持ち運びが可能であって、穿孔装置の使用箇所が制限されることのない、電池モジュール及びその充電方法を提供することを第２の目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような手段を採用している。すなわち、請求項１に係る発明は、正極集電体の表面に活物質中に結着剤が含まれる正極活物質層が形成された正極シートと、負極集電体の表面に活物質中に結着剤が含まれる負極活物質層が形成された負極シートとを、ポリマー電解質層を介して積層してなるリチウムイオンポリマー二次電池を複数直列に接続してなる電池モジュールであって、前記各リチウムイオンポリマー二次電池は、対向する辺の一方に一方の電極が帯状に形成され、同他方に他方の電極が帯状に形成されていることを特徴とする。
この発明による電池モジュールによれば、電流容量を大きくとすることが可能となり、大電流の出力に対応することが可能となる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電池モジュールであって、前記各リチウムイオンポリマー二次電池は、前記正極集電体と前記正極活物質層との間及び前記負極集電体と前記負極活物質層との間に、前記結着剤を変性物質により変性させた高分子化合物からなる結着剤と導電性物質とを含む密着層をそれぞれ有することを特徴とする。
この発明による電池モジュールによれば、密着層に含まれる結着剤は、正極活物質層および負極活物質層にそれぞれ含まれる結着剤を変性物質により変性させた高分子化合物であるため、正極活物質層又は負極活物質層に対する密着力が高まる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の電池モジュールであって、前記各リチウムイオンポリマー二次電池の前記正極シート又は負極シートは、少なくとも一回以上折り畳まれて、折目を除く前記ポリマー電解質層間にそれぞれ折畳み面積に応じた面積の複数の負極シート又は正極シートが挟持されていることを特徴とする。
この発明による電池モジュールによれば、正極シート又は負極シートは少なくとも一回以上折り畳まれることになるので、比較的小型薄型の状態のまま放電容量を拡大できる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１から３の何れかに記載の電池モジュールであって、前記各リチウムイオンポリマー二次電池は、正極端子と負極端子が互い違いになるように接合されていることを特徴とする。
この発明による電池モジュールによれば、複数の各リチウムイオンポリマー二次電池をケース内にコンパクトに収納することができることになる。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１から４の何れかに記載の電池モジュールであって、前記各リチウムイオンポリマー二次電池の各密着層の厚さがそれぞれ０．５〜３０μｍであることを特徴とする。
この発明による電池モジュールによれば、密着層の厚さが０．５μｍ未満であると、集電体を腐食から保護する機能が低下し、放電容量のサイクル特性が悪くなる。また、密着層形成時に導電性粉末を均一に分散させることが困難になるため、内部インピーダンスの上昇を招く。３０μｍを超えると、電池反応に寄与しない部分の体積及び重量が増加するため、体積及び重量エネルギー密度が低下する。
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項１から５の何れかに記載の電池モジュールであって、前記各リチウムイオンポリマー二次電池の各密着層中に分散剤を更に０．１〜２０重量％含有することを特徴とする。
この発明による電池モジュールによれば、分散剤を密着層中に０．１〜２０重量％含有させることにより、導電性物質を密着層中に均一に分散できる。分散剤としては、酸性高分子系分散剤、塩基性高分子系分散剤又は中性高分子系分散剤等が挙げられる。０．１重量％未満であると、導電性粉末の分散が分散剤を添加しない場合と差がなく、添加した効果が得られない。２０重量％を超えても、導電性粉末の分散状況は変わらず、電池反応に寄与するものでないため、過剰に添加する必要がない。
【００１５】
請求項７に係る発明は、請求項１から６の何れかに記載の電池モジュールであって、前記導電性物質が粒径０．５〜３０μｍ、黒鉛化度５０％以上の炭素材を用い、各密着層に含まれる各結着剤と前記導電性物質との重量比が１３／８７〜５０／５０であることを特徴とする。
この発明による電池モジュールによれば、結着剤と導電性物質との重量比は１３／８７〜５０／５０である。重量比が５０／５０を超えると、導電性物質が少なく、集電体と活物質層間の電子移動が十分に行えず、内部インピーダンスが上昇する。
【００１６】
請求項８に係る発明は、請求項１から７の何れかに記載の電池モジュールの充電方法であって、前記複数のリチウムイオンポリマー二次電池の何れか一つの充電電圧が設定値となったときに、電流を減少させて充電を行うことを特徴とする。
この発明による電池モジュールの充電方法によれば、各リチウムイオンポリマー二次電池が過充電状態になることなく、リチウムイオンポリマー二次電池モジュールを満充電まで充電することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１〜図９には、本発明による電池モジュールの一実施の形態が示されていて、この電池モジュール１は、図１に示すように、複数のリチウムイオンポリマー二次電池１０を直列に接続し、これをケース２内に収納して構成したものである。
【００１８】
各リチウムイオンポリマー二次電池１０は、図２に示すように、正極シート１１と負極シート１５との間にポリマー電解質層１９を介装し、その正極シート１１及び負極シート１５を積層して構成したものである。正極シート１１は、正極集電体１２の表面に正極活物質層１３が形成されたものであり、負極シート１５は、負極集電体１６の表面に負極活物質層１７が形成されたものである。正極活物質層１３の活物質中には第１結着剤が含まれ、負極活物質層１７の活物質中には第１結着剤と同一又は異なる第２結着剤が含まれる。ポリマー電解質層１９は、正極集電体１２に形成された正極活物質層１３と負極集電体１６に形成された負極活物質層１７との間に介装される。
【００１９】
正極集電体１２と正極活物質層１３との間には第１密着層１４が設けられ、負極集電体１６と負極活物質層１７との間には第２密着層１８が設けられる。第１密着層１４及び第２密着層１８は、第１結着剤又は第２結着剤又は前記結着剤の主基を変性物質により変性させた高分子化合物からなる第３結着剤と導電性物質の双方をそれぞれ含むものである。
【００２０】
ここで、「変性」とは、性質が変わることを意味し、この実施の形態においては、高分子化合物を変性物質により変性することにより、従来の高分子化合物が持つ性質だけでなく、変性物質が持つ性質を併せ持ったり、両者にない性質を新たに持たせることを意味する。
【００２１】
この変性させた高分子化合物は、正極活性物質層１３中の第１結着剤及び負極活物質層１７中の第２結着剤を主基とするため、両活物質層１３、１７との密着性が高い。一方、正極集電体１２及び負極集電体１６との密着性が高い変性物質により変性したことにより、両集電体１２、１６との密着性も両活物質層１３、１７と同様の結着剤を用いる場合より大幅に向上する。このため、両活物質層１３、１７の両集電体１２、１６からの剥がれが抑制され、サイクル特性が向上するとともに、大出力に対応することが可能となる。
【００２２】
また、変性高分子化合物は、両活物質層１３，１７に用いる結着剤に比べて変性させたことにより、化学的に安定となり、電解液に対して溶解されることなく、両活物質層１３、１７の両集電体１２、１６からの剥がれが抑制される。また、同様の理由から、両密着層１４、１８中に分散される導電性物質が崩落することなく保持されるため、良好な電子伝導を維持し、長期保存性やサイクル特性に優れる。また、化学的に安定な層に両集電体１２、１６が被覆されるため、電池内部でフッ酸などが発生した場合でも両密着層１４、１８が保護層となり、両集電体１２、１６の腐食を抑制できる。
【００２３】
更に、変性高分子化合物は、両活物質層１３、１７に用いる結着剤に比べて変性させたことにより、熱的に安定となり、電池が高温下におかれても、電池内溶媒に溶解することがなく、電池の劣化を抑制できる。変性高分子化合物は、両活物質層１３、１７に用いる結着剤に比べて変性させたことにより、電気化学的に安定となり、正極が満充電時に高電位下におかれても、劣化することなく、安定した密着力と導電性を保つ。また、電解液が変性高分子化合物中に浸透するのが困難であるため、両集電体１２、１６への電解液の付着が殆どなく、満充電時における正極集電体１２の溶出が抑制できる。
【００２４】
次に、各リチウムイオンポリマー二次電池１０の製造手順について説明する。まず、正極活物質層１３又は負極活物質層１７にそれぞれ含有する結着剤を変性物質により変性させ、この変性高分子化合物を第１密着層１４及び第２密着層１８の第３結着剤とする。
【００２５】
第１密着層１４及び第２密着層１８は、化学的、電気化学的、熱的に安定であることが要求されるため、正極活物質層１３及び負極活物質層１７に用いられる第１結着剤又は第２結着剤、変性高分子化合物の基体となる高分子化合物は、分子内にフッ素を含む高分子化合物であることが好ましい。このフッ素含有高分子化合物としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ＰＶｄＦ、フッ化ビニリデン−ヘキサルフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニル等が挙げられる。
【００２６】
このフッ素含有高分子化合物を変性させる手法として、グラフト重合、架橋などが挙げられる。グラフト重合に用いられる変性物質としては、エチレン、スチレン、ブタジエン、塩化ビニル、酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸メチル、メチルビニルケトン、アクリルアミド、アクリロニトリル、塩化ビニリデン、メタクリル酸、メタクリル酸メチル等の化合物が挙げられる。特に、アクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸、メタクリル酸メチルを用いた場合に集電体と良好な密着性を得ることができる。
【００２７】
架橋に用いられる変性物質としては、不飽和結合を２つ以上有する化合物、例えばブタジエン、イトプレン等が挙げられる。また、架橋は加硫することによって行ってもよい。
【００２８】
この実施の形態では、グラフト重合について述べる。グラフト重合させる方法としては、触媒法、連鎖移動法、放射線法、光重合法及び機械的切断法等がある。例えば、放射線法では、高分子化合物とグラフト化材料となる化合物とを一緒にして、放射線を連続的又は間欠的に放射することにより重合でき、グラフト化材料と高分子化合物とを接触させる前に主基である高分子化合物を予備放射することが好ましい。
【００２９】
具体的には、高分子化合物に放射線を照射した後で、前記被照射物にグラフト化材料となる変性物質を混合することにより、高分子化合物を主鎖とし変性物質を側鎖とした変性高分子化合物を得ることができる。グラフト重合に用いる放射線は、電子ビーム、Ｘ線又はγ線が挙げられる。高分子化合物への吸収線量が１〜１２０ｋＧｙになるようにγ線を照射する。主基である高分子化合物に放射線を照射することにより片末端にラジカルが形成され、グラフト化材料が重合しやすくなる。下記化学式（１）及び化学式（２）にＰＶｄＦとアクリル酸の放射線法によるグラフト重合を示す。
【００３０】
【化１】
【００３１】
【化２】
【００３２】
化学式（１）に示すように、ＰＶｄＦに放射線としてγ線を照射することにより、ＰＶｄＦの片末端にラジカルを形成する。化学式（２）に示すように、この片末端にラジカルを有するＰＶｄＦにアクリル酸を接触させて、ＰＶｄＦのラジカルにアクリル酸の二重結合部分がグラフト重合される。
【００３３】
また、別の例として、化学式（３）及び化学式（４）にＰＶｄＦとメタクリル酸のグラフト重合を示す。
【００３４】
【化３】
【００３５】
【化４】
【００３６】
化学式（３）に示すように、ＰＶｄＦが放射線としてγ線を照射することにより、ＰＶｄＦの片末端にラジカルを形成し、化学式（４）で片末端にラジカルを有するＰＶｄＦにメタクリル酸を接触させて、ＰＶｄＦのラジカルにメタクリル酸の二重結合部分がグラフト重合される。
【００３７】
グラフト重合は、活性化した主基がグラフト化材料と接触している時間の長さ、放射線による主基の予備活性の限度、グラフト化材料が主基を透過できるまでの程度、主基及びグラフト化材料が接触しているときの温度等によりそれぞれ重合生成が異なる。グラフト化材料が酸である場合、グラフト化材料である化合物を含有する溶液をサンプリングして、アルカリにより滴定し、残留する酸化合物濃度を測定することにより、グアラフト化の程度を観測することができる。得られた組成物中のグラフト化の割合は、最終重量の１０〜３０％が望ましい。
【００３８】
このようにして得られたグラフト重合された変性高分子化合物を第１密着層１４及び第２密着層１８の第３結着剤とし、この第３結着剤を溶媒に溶解してポリマー溶液を作製し、ポリマー溶液中に導電性物質を分散させて第１密着層スラリー及び第２密着層スラリーを調製する。導電性物質には、粒径０．５〜３０μｍ、黒鉛化度５０％以上の炭素材が用いられる。第３結着剤と導電性物質との重量比（第３結着剤／導電性物質）が１３／８７〜５０／５０になるように混合して、第１密着層スラリー及び第２密着層スラリーを調製する。溶媒には、ジメチルアセトアミド（ＤｉＭｅｔｈｙｌＡｃｅｔａｍｉｄｅ、以下、「ＤＭＡ」という。）、アセトン、ジメチルフォルムアミド、Ｎ−メチルピロリドンが用いられる。
【００３９】
次に、シート状の正極集電体１２及び負極集電体１６をそれぞれ用意し、この正極集電体１２及び負極集電体１６に調製した第１密着層スラリー及び第２密着層スラリーをドクターブレード法によりそれぞれ塗布、乾燥し、乾燥後の厚さが０．５〜３０μｍの第１密着層１４及び第２密着層１８を有する正極集電体１２及び負極集電体１６を形成する。乾燥後の両密着層１４、１８の厚さは、１〜１５μｍが好ましい。シート状の正極集電体１２としてはＡｌ箔が、負極集電体１６としてはＣｕ箔がそれぞれ挙げられる。
【００４０】
ここで、ドクターブレード法とは、セラミックスをシート状に成型する方法の一つであり、キャリアフィルムやエンドレスベルト等のキャリア上に載せて運ばれるスリップの厚さをドクターブレードと呼ばれるナイフエッジとキャリアとの間隔を調整することによってシートの厚さを精密に制御する方法である。
【００４１】
次に、正極活物質層１３、負極活物質１７及びポリマー電解質層１９に必要な成分をそれぞれ混合して正極活物質層塗工用スラリー、負極活物質層塗工用スラリー及びポリマー電解質層塗工用スラリーをそれぞれ調製する。
【００４２】
得られた正極活物質層塗工用スラリーを第１密着層１４を有する正極集電体１２上にドクターブレード法により塗布して乾燥し、圧延することにより正極シート１１を形成する。また、同様にして、得られた負極活物質層塗工用スラリーを第２密着層１８を有する負極集電体１６上にドクターブレード法により塗布して乾燥し、圧延することにより負極シート１５を形成する。正極活物質層１３及び負極活物質層１７は、乾燥後の厚さが２０〜２５０μｍとなるように形成する。
【００４３】
この実施の形態においては、リチウムイオンポリマー二次電池１０の放電容量を拡大するために帯状の負極集電体１６を用い、この帯状の負極集電体１６を負極活物質層１７の表面にポリマー電解質層１９を有した状態で折り畳んだ構造としている。
【００４４】
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、負極活物質層１７の負極集電体１６の表面への具体的な形成手順は、活物質を溶液に分散混合して作製したスラリーを帯状の負極集電体１６の上面にドクターブレード法により塗布して乾燥することにより行われる。
【００４５】
負極活物質層１７は、他方の側部１７ｂを除いて表面である図における負極集電体１６の上面に形成され、ポリマー電解質層１９は、その負極活物質層１７の上面に電解質スラリーを塗布乾燥することにより形成される。ポリマー電解質層１９は、この負極活物質層１７を被覆する面積を有するように形成される。
【００４６】
具体的には、図７（ｃ）に示すように、電解質スラリーを負極活物質層１７を覆うように塗布し、その後乾燥することにより負極活物質層１７を被覆する面積に形成される。
【００４７】
この実施の形態のリチウムイオンポリマー二次電池１０は、折り畳まれた負極シート１５の折目を除くポリマー電解質層１９の間にそれぞれ折り畳み面積に相応した面積を有する複数の正極シート１１が挟持される。挟持される正極シート１１の正極活物質層１３の表面にもポリマー電解質層１９が形成される。この実施の形態における正極集電体１２はＡｌ箔であり、正極活物質層１３には例えばＬｉＣｏＯ２ 、ＬｉＮｉＯ２が使用される。
【００４８】
具体的な正極シート１１の作製手順は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、活物質を溶液に分散混合したスラリーをドクターブレード法により塗布して乾燥することにより、後に正極集電体１２になる帯状のＡｌ箔２０の上面に先ず正極活物質層１３を形成する。
【００４９】
正極活物質層１３は、Ａｌ箔２０の一方の側部を除いて形成され、ポリマー電解質層１９はこの正極活物質層１３を被覆する面積を有するように形成される。具体的には、図６（ｃ）に示すように、正極活物質層１３を覆うように電解質スラリーを塗布し、その後乾燥することにより正極活物質層１３を被覆する面積に形成される。
【００５０】
その後、図６（ｄ）に示すように、正極活物質層１３及びポリマー電解質層１９を有する帯状のＡｌ箔２０は、その正極活物質層１３及びポリマー電解質層１９とともに負極シート１５の折り畳み面積に応じた面積を有するように切断される。これにより、正極集電体１２の表面に正極活物質層１３が形成され、その正極活物質層１３の表面にポリマー電解質層１９を有する所定の面積の正極シート１１が複数枚作られる。
【００５１】
次いで、図５に示すように、ポリマー電解質層１９を間に介装して正極シート１１及び負極シート１５が積層される。この積層は熱圧着により行われる。即ち、負極シート１５に折目の間隔に相応する所定のピッチで複数の正極シート１１を配置し、その状態で所定の温度に加熱された反対方向にそれぞれ回転する一対のローラ２１、２１間に図の実線矢印に示すように通過させ、ポリマー電解質層１９を介装した状態で正極シート１１及び負極シート１５を熱圧着する。複数の正極シート１１の負極シート１５上への配置は、帯状の負極集電体１６の一方の側縁１６ａが複数の正極集電体１２の一方の側縁１２ａから突出し、複数の正極集電体１２の他方の側縁１２ｂがその帯状の負極集電体１６の他方の側縁１６ｂから突出するように、またそれぞれの正極シート１１が負極シート１５の折目に相当する部分をあけて配置される。
【００５２】
図４に示すように、このように正極シート１１が積層された負極シート１５の折り畳みは、正極シート１１が配置されていない負極シート１５の折目を交互に折り曲げることにより行われる。このように折り畳むと、帯状の負極集電体１６の一方の側縁１６ａは複数の正極集電体１２の一方の側縁１２ａから突出し、複数の正極集電体１２の他方の側縁１２ｂは帯状の負極集電体１６の他方の側縁１６ｂから突出した状態で積層される。
【００５３】
図２に示すように、折り畳まれた負極シート１５の折目を除くポリマー電解質層１９の間には、それぞれ折り畳み面積に相応した面積を有する複数の正極シート１１が挟持される。
【００５４】
一方、図３及び図４に示すように、複数の正極集電体１２の一端１２ａから突出した負極集電体１６の複数の突出部１６ｃには、この突出部１６ｃを相互に接続する負極端子２２の一端が止め金具２３により接続され、負極集電体１６の他端縁１６ｂから突出した正極集電体１２の複数の突出部１２ｃには、この突出部１２ｃを相互に接続する正極端子２４の一端が止め金具２３により接続される。
【００５５】
図２及び図３に示すように、このように折り畳まれた帯状の負極シート１５は複数の正極シート１４とともにパッケージシート２５で密封される。この実施の形態におけるパッケージシート２５は、ポリプロピレンがラミネートされたアルミニウム箔であり、一対のパッケージシート２５で折り畳まれた帯状の負極シート１５を複数の正極シート１１とともに挟み、真空雰囲気中でパッケージシート２５の周囲を熱圧着することにより密封される。一対のパッケージシート２５は正極端子２４（電極）の他端及び負極端子２２（電極）の他端がそれぞれそのパッケージシート２５の外部に表出するように周囲が熱圧着され、このようにして作られたリチウムイオンポリマー二次電池１０は、パッケージシート２５の対向する辺の一方から引き出された帯状の正極端子２４及び同他方の辺から引き出された帯状の負極端子２２の他端を電池の端子として使用することにより所望の電気を得ることができる。
【００５６】
そして、上記のように構成したリチウムイオンポリマー二次電池１０を複数直列に接続し、ケース２内に収納することで、この実施の形態による電池モジュール１が構成される。この場合、複数のリチウムイオンポリマー二次電池１０は、正極端子２４と負極端子 ２２とが互い違いになるように接合させた状態でケース２内に収納し、隣接するリチウムイオンポリマー二次電池１０、１０の正極端子２４と負極端子２２とを相互に接続するように構成することにより、電池モジュール１全体をコンパクト化することができるものである。
【００５７】
なお、この実施の形態においては、５Ｃ以上の出力、エネルギー密度が７０Ｗｈ／ｋｇ以上、容量が５〜１５Ａｈのリチウムイオンポリマー二次電池１０を４〜５５個直列に接続して電池モジュール１を構成している。
【００５８】
そして、上記のように構成した電池モジュール１に図１０に示すような構成の穿孔装置３０を接続し、穿孔装置３０の電気モータ３１に電力を供給することで、電気モータ３１のロータ軸３２に接続される穿孔工具３３が回転駆動し、穿孔工具３３の先端の刃先によりコンクリート等の穿孔を行うことができるものである。
【００５９】
上記のように構成したこの実施の形態による電池モジュール１にあっては、電池モジュール１を構成する各リチウムイオンポリマー二次電池１０が、面積を拡大させた帯状の負極シート１５を折り畳んで構成しているので、比較的小型薄型の状態のまま放電容量を拡大できる。また、正極集電体１２と正極活物質層１３との間に第１密着層１４を介装させ、負極集電体１６と負極活物質層１７との間に第２密着層１８を介装させたことにより、正極集電体１２と正極活物質層１３との密着力及び負極集電体１６と負極活物質層１７との密着力を大幅に高めることができ、それらの間の導電性を大幅に高めることができることになる。
【００６０】
そして、上記のような特性のリチウムイオンポリマー二次電池１０を複数直列に接続して電池モジュール１を構成しているので、以下のような効果を奏することになる。
【００６１】
５Ｃ以上の放電が可能なリチウムイオンポリマー二次電池１０を用いることにより、５Ａｈ（以上の）容量で２５Ａ以上の放電が可能になる。従って、穿孔装置３０による穿孔作業中に刃先が硬石に突き当たって電気モータ３１の消費電力が過大になっても、電気モータ３１の回転数が低下するようなことなく、高速で穿孔作業を継続することができることになり、作業効率を大幅に高めることができることになる。
【００６２】
また、容量が５〜１５Ａｈのリチウムイオンポリマー二次電池１０を４〜５５個直列（満充電時：約１６〜２３０Ｖ）に接続することにより、各種仕様のモータに対応が可能となる。さらに、重量も５Ａｈ、５５直列（２３１Ｖ）であれば、７０Ｗｈ／ｋｇのリチウムイオンポリマー二次電池１０であっても電池モジュール１全体で２０ｋｇ以下（電池部は１６．５ｋｇ）となるので、持ち運びが可能となる。
【００６３】
さらに、組電池の場合、小容量の電池を並列にして容量を大きくすることも考えられるが、電池を並列にして使用すると、充放電サイクル特性の劣化が促進されることになる。この実施の形態においては、リチウムイオンポリマー二次電池１０を折り畳み構造としているので、５Ａｈ以上の容量でサイクル特性の良い電池を得ることができる。この電池を直列のみの接続でモジュール化することにより、サイクル特性の良いモジュールが得られる。
【００６４】
さらに、リチウムイオンポリマー二次電池１０は、平板型であるので、円筒型電池を組電池にする場合よりも、モジュールのケース２への充填密度を高くできる。高出力電池は、低抵抗であるので、発熱量が少ない。また、放熱性に優れたセル構造であるので、セルを重ね合わせても電池の温度上昇が抑えられる。
【００６５】
さらに、通常の充電器は、組電池の全電圧で制御しながら充電を行うが、組電池の場合には、電池内部と外部で温度差が発生する等の理由から、各セルの充電電圧にばらつきが生じる。この充電電圧のばらつきにより、充放電サイクル特性の劣化が促進される。本発明においては、リチウムイオンポリマー二次電池１０を用いることにより、電池に容量残がある状態で充填を行っても容量劣化が起きることはない。
【００６６】
さらに、作業場所の近くに設置することが可能であるので、配線長さを短くすることができる。従って、使用時の電圧低下が少なくなるので、電池容量を十分使用することができる。
【００６７】
次に、上記の構成から電池モジュールの充電方法を図１１を参照しつつ説明する。
ここでの説明は、セル（電池モジュール）が、例えば４個ある場合である。図１１に示すように、まず、直列接続されたセル１〜セル４に対し、予備充電を開始する（２００）。この場合の電流値は、例えば電圧４．２Ｖ、定電流０．４Ａである。そして、セル１〜セル４のすべてが２．８Ｖの電圧値が得られた時点（２０１）で、急速充電を開始する（２０２）。急速充電の条件は、例えば各セル電圧４Ｖ、定電流４Ａである。
急速充電においては、セル１〜セル４の何れか１つが４Ｖになったときに、順次ΔＩだけ電流を減少させる（２０３、２０４）。そして、セル１〜セル４のいずれか１つが満充電になったときに（２０５）、充電を停止する（２０６）。
【００６８】
そして、このような充電方法により電池モジュールの充電を行うことにより、各リチウムイオンポリマー二次電池が過充電になることなく、リチウムイオンポリマー二次電池（モジュール）を満充電まで充電することができるものである。
【００６９】
なお、上述した実施の形態では、正極活物質層１３、負極活物質層１７及びポリマー電解質層１９を正極集電体１２及び負極集電体１６の表面である一方の面に塗布乾燥し、帯状の負極シート１５の一方の面に所定のピッチで複数の正極シート１１を熱圧着して正極シート１１が配置されていない負極シート１５の折目を交互に折曲げたが、図９に示すように、正極活物質層１３、負極活物質層１７及びポリマー電解質層１９を負極集電体１６及び正極集電体１２の上下の双方の面にそれぞれ塗布乾燥した帯状の負極シート１５の上下の双方の面に所定のピッチで複数の正極シート１１を熱圧着し、図８に示すように、正極シート１１が配置されていない負極シート１５の折目を交互に折曲げたリチウムイオンポリマー二次電池１０であってもよい。
【００７０】
図８に示すように、正極集電体１２及び負極集電体１６の表面である両面に正極活物質層１３、負極活物質層１７及びポリマー電解質層１９をそれぞれ塗布乾燥した帯状の正極シート１１又は負極シート１５を交互に折り曲げれば、負極シート１５と正極シート１１が交互に積層されるため、リチウムイオンポリマー二次電池１０のエネルギー密度を向上することができる。この場合、ポリマー電解質層１９は二層となるが、電池の積層数が３以上の場合には、サイクル特性が向上するという効果を発揮できる。
【００７１】
また、上述した実施の形態では、帯状の負極シート１５を折り畳む場合を示したが、図示はしないが、帯状の正極シートをポリマー電解質層を有した状態で１又は２回以上折り畳み、折り畳まれた正極シートの折目を除くポリマー電解質層の間にそれぞれ折り畳み面積に相応した面積を有する複数の負極シートを挟持してもよい。この場合、上述した実施の形態では、挟持される正極シート１１がその正極活物質層１３の表面にポリマー電解質層１９を有する場合を説明したが、このように、帯状の正極シートを折り畳む場合には、挟持される負極シートの負極活物質の表面にポリマー電解質層が形成される。
【００７２】
また、上述した実施の形態では、挟持される正極シート１１がその正極活物質層１３の表面にポリマー電解質層１９を有する場合を説明したが、図示はしないが、負極シートの負極活物質層の表面にポリマー電解質層を介装して正極シートが積層可能である限り、正極シートの活物質表面にポリマー電解質層を予め形成しなくても良い。
【００７３】
更に、図５に正極シートと負極シートの双方の片面に活物質及びポリマー電解質層を設けた例を示し、また図９に正極シートと負極シートの双方の両面に活物質及びポリマー電解質層を設けた例を示したが、本発明はこれらに限らず、正極シート又は負極シートの一方の両面に活物質及びポリマー電解質層を設け、正極シート又は負極シートの他方の片面に活物質及びポリマー電解質層を設けてもよい。この場合、片面に活物質及びポリマー電解質層を有するシートは帯状のシートであることが好ましい。
【００７４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明による電池モジュールによれば、電池モジュールを構成する各リチウムイオンポリマー二次電池は、対向する辺の一方に一方の電極が帯状に形成され、同他方に他方の電極が帯状に形成されているので、電流容量を大きく取れる一方、発熱量を少なくすることができる。従って、冷却設備が不要となり、スペースファクターが良好となり、コンパクト化を図ることができることになる。
【００７５】
また、電池モジュールを構成する各リチウムイオンポリマー二次電池は、放電容量を拡大するために面積を拡大させた帯状の正極又は負極シートを折り畳んでいるので、比較的小型薄型の状態のまま放電容量を拡大できることになる。従って、電池モジュール全体として大出力に対応することができる。また、電池モジュールを構成する各リチウムイオンポリマー二次電池は、正極集電体と正極活物質層との間に第１密着層を有し、負極集電体と負極活物質層との間に第２密着層を有し、第１密着層及び第２密着層が第３結着剤と導電性物質の双方をそれぞれ含み、第３結着剤が第１結着剤又は第２結着剤を変性物質により変性させた高分子化合物であるので、第１結着剤又は第２結着剤を基にした変性高分子は、正極活物質層又は負極活物質層に対する密着力が高まり、変性したことにより、集電体との密着性も従来の結着剤よりも大幅に高まる。この結果、活物質層の集電体からの剥がれを抑制でき、集電体と活物質層との導電性が大幅に向上し、大出力に対応することが可能となる。
【００７６】
さらに、本発明による電池モジュールの充電方法によれば、各リチウムイオンポリマー二次電池が過充電電圧になることなく、リチウムイオンポリマー二次電池（モジュール）を満充電まで充電することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電池モジュールの一実施の形態を示した概略図である。
【図２】電池モジュールを構成するリチウムイオンポリマー二次電池を示した概略断面図であって、図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２に示すリチウムイオンポリマー二次電池のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図２に示すリチウムイオンポリマー二次電池の分解斜視図である。
【図５】負極シートに正極シートが熱圧着される状態を示した説明図である。
【図６】正極シートの製造工程を示した説明図である。
【図７】負極シートの製造工程を示した説明図である。
【図８】リチウムイオンポリマー二次電池の他の実施の形態を示した概略断面図である。
【図９】図８に示すリチウムイオンポリマー二次電池の負極シートに正極シートが熱圧着される状態を示した説明図である。
【図１０】本発明による電池モジュールを穿孔装置の電源として用いた場合の説明図である。
【図１１】本発明による電池モジュールの充電方法のフロー図である。
【符号の説明】
１ 電池モジュール
１０ リチウムイオンポリマー二次電池
１１ 正極シート
１２ 正極集電体
１３ 正極活物質層
１４ 第１密着層
１５ 負極シート
１６ 負極集電体
１７ 負極活物質層
１８ 第２密着層
１９ ポリマー電解層
２２ 負極端子（電極）
２４ 正極端子（電極）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery module and a method of charging the same, and more particularly to a battery module having a plurality of lithium ion polymer secondary batteries connected in series and a method of charging the battery module.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as an example of a drilling device used for drilling concrete, stone, or the like, a drilling device having a configuration similar to an electric drill having a high-output, high-rotation type electric motor is known.
[0003]
In such a high-output, high-rotation type drilling device, a tool having a cutting edge for drilling is directly attached to a rotor shaft of an electric motor, and the rotational force of the rotor shaft is directly transmitted to the cutting edge of the tool. It has become.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the drilling device having the above-described configuration, a commercial power source or a generator is used as a power source of the electric motor, and a drilling operation of concrete or the like by high output and high rotation is enabled.
[0005]
However, when a commercial power source or a generator is used as a power source for an electric motor to perform a drilling operation, the rotation of the electric motor may be stopped at the moment when the cutting edge of the tool hits a hard stone or the like. In this case, since the electric power consumption of the electric motor becomes excessive (for example, 15 A or more), the capacity of the commercial power supply or the generator becomes insufficient, a protection device such as a breaker operates, the supply of electric power to the electric motor is stopped, and the drilling is performed. The work is interrupted and the work efficiency is significantly reduced.
[0006]
Further, a generator for driving an electric motor having an output of, for example, 1500 W (maximum instantaneous current: 25 A or more) is large, heavy, and cannot be carried, so that the use place of the drilling device is limited. Further, since the handling of the electric cord is difficult, the working efficiency is greatly reduced. Further, when the length of the electric cord is long, the voltage drop due to the ohmic resistance becomes large, so that it becomes difficult to perform the drilling operation with high output and high rotation.
[0007]
On the other hand, in order to make it portable, a plurality of lithium ion polymer secondary batteries may be connected in parallel and used as a power source. However, lithium polymer secondary batteries currently on the market are difficult to support a large output even if the capacity is increased by connecting them in parallel because the lead wires are thin. In addition, since the adhesion between the electrode and the active material layer is weak, the interface resistance between the electrode and the active material layer becomes large, and it is difficult to cope with a large output.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and during drilling of concrete or the like by a drilling device, the cutting edge of a tool collides with hard stone, and the power consumption of an electric motor becomes excessive. The present invention provides a battery module capable of continuing drilling at a high speed without lowering the rotation speed of the electric motor, thereby greatly improving the working efficiency, and a method of charging the battery module. The purpose is. It is a second object of the present invention to provide a battery module and a charging method thereof that are compact, light in weight, portable, and do not limit the use place of the punching device. is there.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, the invention according to claim 1 includes a positive electrode sheet in which a positive electrode active material layer in which a binder is contained in an active material is formed on a surface of a positive electrode current collector; A battery module formed by connecting a plurality of lithium ion polymer secondary batteries formed by laminating a negative electrode sheet on which a negative electrode active material layer containing a binder is formed via a polymer electrolyte layer, and Each lithium ion polymer secondary battery is characterized in that one electrode is formed in a band shape on one of the opposing sides, and the other electrode is formed in a band shape on the other side.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the battery module by this invention, it becomes possible to enlarge a current capacity, and it becomes possible to respond to the output of a large electric current.
[0010]
The invention according to claim 2 is the battery module according to claim 1, wherein each of the lithium ion polymer secondary batteries includes a portion between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer and the negative electrode current collector. And a contact layer containing a conductive material and a binder made of a polymer compound obtained by modifying the binder with a modifying substance, between the anode active material layer and the negative electrode active material layer.
According to the battery module of the present invention, the binder contained in the adhesive layer is a polymer compound obtained by modifying the binder contained in each of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer with a modifying substance. The adhesion to the active material layer or the negative electrode active material layer is increased.
[0011]
The invention according to claim 3 is the battery module according to claim 1 or 2, wherein the positive electrode sheet or the negative electrode sheet of each of the lithium ion polymer secondary batteries is folded at least once or more, and a fold is formed. A plurality of negative electrode sheets or positive electrode sheets each having an area corresponding to the folded area are sandwiched between the polymer electrolyte layers except for the above.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the battery module by this invention, since a positive electrode sheet or a negative electrode sheet will be folded at least once or more, discharge capacity can be expanded in a comparatively small and thin state.
[0012]
The invention according to claim 4 is the battery module according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the lithium ion polymer secondary batteries is joined such that a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are alternately arranged. It is characterized by the following.
According to the battery module of the present invention, a plurality of lithium ion polymer secondary batteries can be compactly stored in the case.
[0013]
The invention according to claim 5 is the battery module according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of each adhesion layer of each of the lithium ion polymer secondary batteries is 0.5 to 30 μm. It is characterized by.
According to the battery module of the present invention, when the thickness of the adhesion layer is less than 0.5 μm, the function of protecting the current collector from corrosion is reduced, and the cycle characteristics of the discharge capacity are deteriorated. Further, it becomes difficult to uniformly disperse the conductive powder at the time of forming the adhesion layer, which causes an increase in internal impedance. If it exceeds 30 μm, the volume and weight of the portion that does not contribute to the battery reaction increase, so that the volume and weight energy density decrease.
[0014]
The invention according to claim 6 is the battery module according to any one of claims 1 to 5, wherein a dispersant is further included in each of the adhesion layers of each of the lithium ion polymer secondary batteries in an amount of 0.1 to 20% by weight. It is characterized by containing.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the battery module by this invention, a conductive substance can be uniformly disperse | distributed in an adhesion layer by containing a dispersing agent by 0.1-20 weight% in an adhesion layer. Examples of the dispersant include an acidic polymer-based dispersant, a basic polymer-based dispersant, and a neutral polymer-based dispersant. When the amount is less than 0.1% by weight, the dispersion of the conductive powder is not different from the case where no dispersant is added, and the effect of the addition is not obtained. If it exceeds 20% by weight, the dispersion state of the conductive powder does not change and does not contribute to the battery reaction, so that it is not necessary to add excessively.
[0015]
The invention according to claim 7 is the battery module according to any one of claims 1 to 6, wherein the conductive material uses a carbon material having a particle size of 0.5 to 30 µm and a degree of graphitization of 50% or more, The weight ratio of each binder contained in each adhesion layer to the conductive material is 13/87 to 50/50.
According to the battery module of the present invention, the weight ratio of the binder to the conductive substance is 13/87 to 50/50. When the weight ratio exceeds 50/50, the amount of the conductive substance is small, the electron transfer between the current collector and the active material layer cannot be sufficiently performed, and the internal impedance increases.
[0016]
The invention according to claim 8 is the battery module charging method according to any one of claims 1 to 7, wherein a charging voltage of any one of the plurality of lithium ion polymer secondary batteries has reached a set value. Sometimes, the current is reduced to perform charging.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the charging method of the battery module by this invention, it becomes possible to charge a lithium ion polymer secondary battery module to a full charge, without each lithium ion polymer secondary battery becoming an overcharge state.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 9 show an embodiment of a battery module according to the present invention. As shown in FIG. 1, this battery module 1 has a plurality of lithium ion polymer secondary batteries 10 connected in series. This is housed in the case 2.
[0018]
As shown in FIG. 2, each lithium ion polymer secondary battery 10 has a structure in which a polymer electrolyte layer 19 is interposed between a positive electrode sheet 11 and a negative electrode sheet 15 and the positive electrode sheet 11 and the negative electrode sheet 15 are laminated. It was done. The positive electrode sheet 11 has a positive electrode active material layer 13 formed on the surface of a positive electrode current collector 12, and the negative electrode sheet 15 has a negative electrode active material layer 17 formed on a surface of a negative electrode current collector 16. is there. The active material of the positive electrode active material layer 13 contains a first binder, and the active material of the negative electrode active material layer 17 contains a second binder that is the same as or different from the first binder. The polymer electrolyte layer 19 is interposed between the positive electrode active material layer 13 formed on the positive electrode current collector 12 and the negative electrode active material layer 17 formed on the negative electrode current collector 16.
[0019]
A first adhesive layer 14 is provided between the positive electrode current collector 12 and the positive electrode active material layer 13, and a second adhesive layer 18 is provided between the negative electrode current collector 16 and the negative electrode active material layer 17. The first adhesive layer 14 and the second adhesive layer 18 are made of a first binder or a second binder or a third binder made of a polymer compound obtained by modifying a main group of the binder with a modifying substance. It contains both conductive materials.
[0020]
Here, “modification” means that the properties are changed, and in this embodiment, by modifying the polymer compound with the modifying substance, not only the properties of the conventional polymer compound but also the modifying substance It means to have the properties that both have, or to have new properties that both do not have.
[0021]
Since the modified polymer compound is based on the first binder in the positive electrode active material layer 13 and the second binder in the negative electrode active material layer 17, the modified polymer compound High adhesion. On the other hand, by being modified with a modified substance having a high adhesion to the positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 16, the adhesion to both the current collectors 12, 16 is the same as that of the active material layers 13, 17. It is greatly improved as compared with the case where the adhesive is used. For this reason, exfoliation of both active material layers 13 and 17 from both current collectors 12 and 16 is suppressed, cycle characteristics are improved, and a large output can be handled.
[0022]
Further, the modified polymer compound is chemically stabilized by being modified as compared with the binder used for the amphoteric material layers 13 and 17, and is not dissolved in the electrolytic solution. Peeling of both 13 and 17 from both current collectors 12 and 16 is suppressed. In addition, for the same reason, the conductive substance dispersed in the adhesion layers 14 and 18 is held without collapse, so that good electron conduction is maintained, and long-term storage properties and cycle characteristics are excellent. In addition, since both the current collectors 12 and 16 are coated on the chemically stable layer, even when hydrofluoric acid or the like is generated inside the battery, both the adhesion layers 14 and 18 become protective layers, and 16 can be suppressed.
[0023]
Further, the modified polymer compound is thermally stable by being modified as compared with the binder used for the amphoteric material layers 13 and 17, and can be dissolved in the solvent in the battery even when the battery is exposed to a high temperature. And the deterioration of the battery can be suppressed. The modified polymer compound becomes electrochemically stable by being modified as compared with the binder used for the amphoteric material layers 13 and 17, and deteriorates even when the positive electrode is placed under a high potential when fully charged. And maintain stable adhesion and conductivity. Further, since it is difficult for the electrolytic solution to penetrate into the modified polymer compound, the electrolytic solution hardly adheres to both current collectors 12 and 16, and the elution of the positive electrode current collector 12 at the time of full charge is suppressed. it can.
[0024]
Next, the manufacturing procedure of each lithium ion polymer secondary battery 10 will be described. First, the binder contained in each of the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 17 is modified with a modifying substance, and the modified polymer compound is used as the third binder in the first adhesion layer 14 and the second adhesion layer 18. And
[0025]
The first adhesive layer 14 and the second adhesive layer 18 are required to be chemically, electrochemically, and thermally stable, so that the first bonding layer used for the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 17 are used. It is preferable that the polymer compound serving as a base for the adhesive or the second binder and the modified polymer compound is a polymer compound containing fluorine in the molecule. Examples of the fluorine-containing polymer compound include polytetrafluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene, PVdF, a vinylidene fluoride-hexalfluoropropylene copolymer, and polyvinyl fluoride.
[0026]
Techniques for modifying the fluorine-containing polymer compound include graft polymerization and cross-linking. Compounds such as ethylene, styrene, butadiene, vinyl chloride, vinyl acetate, acrylic acid, methyl acrylate, methyl vinyl ketone, acrylamide, acrylonitrile, vinylidene chloride, methacrylic acid, methyl methacrylate, etc. No. In particular, when acrylic acid, methyl acrylate, methacrylic acid, or methyl methacrylate is used, good adhesion to the current collector can be obtained.
[0027]
Examples of the modifying substance used for crosslinking include a compound having two or more unsaturated bonds, such as butadiene and itoprene. The crosslinking may be performed by vulcanization.
[0028]
In this embodiment, graft polymerization will be described. Examples of the method for graft polymerization include a catalyst method, a chain transfer method, a radiation method, a photopolymerization method, and a mechanical cutting method. For example, in the radiation method, a polymer compound and a compound to be a grafting material can be combined and polymerized by emitting radiation continuously or intermittently, and before the grafting material and the polymer compound are brought into contact with each other, It is preferable to pre-emit the polymer compound that is the main group.
[0029]
Specifically, after irradiating the polymer compound with radiation, by mixing a denaturing substance serving as a grafting material into the irradiation target, the denaturation height of the polymer compound as the main chain and the denaturing substance as the side chain is mixed. A molecular compound can be obtained. Radiation used for the graft polymerization includes an electron beam, X-ray or γ-ray. Irradiation with γ-rays is performed so that the absorbed dose to the polymer compound becomes 1 to 120 kGy. By irradiating the polymer compound which is the main group with a radiation, a radical is formed at one end, and the grafted material is easily polymerized. The following chemical formulas (1) and (2) show the graft polymerization of PVdF and acrylic acid by the radiation method.
[0030]
Embedded image
[0031]
Embedded image
[0032]
As shown in chemical formula (1), a radical is formed at one end of PVdF by irradiating PVdF with γ-rays as radiation. As shown in chemical formula (2), acrylic acid is brought into contact with the PVdF having a radical at one end, and the double bond of acrylic acid is graft-polymerized to the radical of PVdF.
[0033]
Further, as another example, the chemical formulas (3) and (4) show the graft polymerization of PVdF and methacrylic acid.
[0034]
Embedded image
[0035]
Embedded image
[0036]
As shown in chemical formula (3), PVdF irradiates γ-rays as radiation to form radicals at one end of PVdF, and to bring methacrylic acid into contact with PVdF having a radical at one end in chemical formula (4). The double bond of methacrylic acid is graft-polymerized to the radical of PVdF.
[0037]
Graft polymerization depends on the length of time the activated main groups are in contact with the grafting material, the limit of preactivation of the main groups by radiation, the extent to which the grafted material can penetrate the main groups, the main groups and the grafting. Polymerization is different depending on the temperature and the like when the chemical materials are in contact. When the grafting material is an acid, the degree of guaraftation can be observed by sampling a solution containing the compound that is the grafting material, titrating with an alkali, and measuring the concentration of the remaining acid compound. . The proportion of grafting in the obtained composition is desirably 10 to 30% of the final weight.
[0038]
The graft polymerized modified polymer compound thus obtained is used as a third binder for the first adhesion layer 14 and the second adhesion layer 18, and this third binder is dissolved in a solvent to form a polymer solution. The first adhesive layer slurry and the second adhesive layer slurry are prepared by dispersing a conductive substance in a polymer solution. As the conductive material, a carbon material having a particle size of 0.5 to 30 μm and a degree of graphitization of 50% or more is used. The first adhesive layer slurry and the second adhesive layer are mixed so that the weight ratio of the third binder and the conductive substance (third binder / conductive substance) becomes 13/87 to 50/50. Prepare a slurry. As a solvent, dimethylacetamide (DimethylAcetamide, hereinafter, referred to as “DMA”), acetone, dimethylformamide, and N-methylpyrrolidone are used.
[0039]
Next, a sheet-like positive electrode current collector 12 and a negative electrode current collector 16 were prepared, respectively, and the first adhesive layer slurry and the second adhesive layer slurry prepared for the positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 16 were doctored. Each is applied and dried by a blade method, and a positive electrode current collector 12 and a negative electrode current collector 16 having a first adhesion layer 14 and a second adhesion layer 18 having a thickness of 0.5 to 30 μm after drying are formed. The thickness of both adhesion layers 14 and 18 after drying is preferably 1 to 15 μm. The sheet-like positive electrode current collector 12 includes an Al foil, and the negative electrode current collector 16 includes a Cu foil.
[0040]
Here, the doctor blade method is one of the methods of forming ceramics into a sheet, and the thickness of the slip carried on a carrier such as a carrier film or an endless belt is measured by a knife edge called a doctor blade and a carrier. This is a method of precisely controlling the thickness of the sheet by adjusting the distance between the sheet and the sheet.
[0041]
Next, the components necessary for the positive electrode active material layer 13, the negative electrode active material 17, and the polymer electrolyte layer 19 are respectively mixed, and the positive electrode active material layer coating slurry, the negative electrode active material layer coating slurry, and the polymer electrolyte layer coating are mixed. The slurry for each is prepared.
[0042]
The obtained slurry for coating a positive electrode active material layer is coated on a positive electrode current collector 12 having a first adhesion layer 14 by a doctor blade method, dried, and rolled to form a positive electrode sheet 11. Similarly, the obtained negative electrode active material layer coating slurry is coated on a negative electrode current collector 16 having a second adhesive layer 18 by a doctor blade method, dried, and rolled to form a negative electrode sheet 15. Form. The positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 17 are formed so that the thickness after drying is 20 to 250 μm.
[0043]
In this embodiment, in order to increase the discharge capacity of the lithium ion polymer secondary battery 10, a strip-shaped negative electrode current collector 16 is used, and the strip-shaped negative electrode current collector 16 is formed on the surface of the negative electrode active material layer 17 by a polymer. It has a structure folded with the electrolyte layer 19.
[0044]
As shown in FIGS. 7A and 7B, a specific procedure for forming the negative electrode active material layer 17 on the surface of the negative electrode current collector 16 is as follows. Is applied to the upper surface of the negative electrode current collector 16 by a doctor blade method and dried.
[0045]
The negative electrode active material layer 17 is formed on the upper surface of the negative electrode current collector 16 in the drawing, which is the surface except for the other side portion 17b, and the polymer electrolyte layer 19 is formed by applying an electrolyte slurry on the upper surface of the negative electrode active material layer 17. It is formed by drying. The polymer electrolyte layer 19 is formed to have an area covering the negative electrode active material layer 17.
[0046]
Specifically, as shown in FIG. 7C, an electrolyte slurry is applied so as to cover the negative electrode active material layer 17, and then dried to form an area covering the negative electrode active material layer 17.
[0047]
In the lithium ion polymer secondary battery 10 of this embodiment, a plurality of positive electrode sheets 11 each having an area corresponding to the folded area are sandwiched between the polymer electrolyte layers 19 except for the folds of the folded negative electrode sheet 15. . The polymer electrolyte layer 19 is also formed on the surface of the cathode active material layer 13 of the sandwiched cathode sheet 11. The positive electrode current collector 12 in this embodiment is an Al foil, and the positive electrode active material layer 13 includes, for example, LiCoO 2 2 , LiNiO 2 Is used.
[0048]
As shown in FIGS. 6A and 6B, a specific procedure for preparing the positive electrode sheet 11 is to apply a slurry obtained by dispersing and mixing an active material in a solution by a doctor blade method and dry the same, thereby collecting the positive electrode current later. First, the positive electrode active material layer 13 is formed on the upper surface of the strip-shaped Al foil 20 to be the body 12.
[0049]
The positive electrode active material layer 13 is formed except for one side of the Al foil 20, and the polymer electrolyte layer 19 is formed to have an area covering the positive electrode active material layer 13. Specifically, as shown in FIG. 6C, an electrolyte slurry is applied so as to cover the positive electrode active material layer 13, and then dried to form an area covering the positive electrode active material layer 13.
[0050]
Thereafter, as shown in FIG. 6D, the strip-shaped Al foil 20 having the positive electrode active material layer 13 and the polymer electrolyte layer 19, together with the positive electrode active material layer 13 and the polymer electrolyte layer 19, has a folded area of the negative electrode sheet 15. It is cut to have a corresponding area. As a result, the positive electrode active material layer 13 is formed on the surface of the positive electrode current collector 12, and a plurality of positive electrode sheets 11 having a predetermined area and having the polymer electrolyte layer 19 on the surface of the positive electrode active material layer 13 are formed.
[0051]
Next, as shown in FIG. 5, the positive electrode sheet 11 and the negative electrode sheet 15 are laminated with the polymer electrolyte layer 19 interposed therebetween. This lamination is performed by thermocompression bonding. That is, a plurality of positive electrode sheets 11 are arranged on the negative electrode sheet 15 at a predetermined pitch corresponding to the interval between the folds, and heated to a predetermined temperature in this state, between a pair of rollers 21 rotating in opposite directions. The positive electrode sheet 11 and the negative electrode sheet 15 are thermocompression-bonded with the polymer electrolyte layer 19 interposed therebetween as shown by the solid line arrows in the figure. The arrangement of the plurality of positive electrode sheets 11 on the negative electrode sheet 15 is such that one side edge 16 a of the strip-shaped negative electrode current collector 16 projects from one side edge 12 a of the plurality of positive electrode current collectors 12, The other side edge 12b of the body 12 protrudes from the other side edge 16b of the strip-shaped negative electrode current collector 16, and each positive electrode sheet 11 is arranged with a portion corresponding to the fold of the negative electrode sheet 15 opened. Is done.
[0052]
As shown in FIG. 4, the folding of the negative electrode sheet 15 on which the positive electrode sheet 11 is stacked is performed by alternately folding the folds of the negative electrode sheet 15 on which the positive electrode sheet 11 is not arranged. When folded in this manner, one side edge 16a of the strip-shaped negative electrode current collector 16 protrudes from one side edge 12a of the plurality of positive electrode current collectors 12, and the other side edge 12b of the plurality of positive electrode current collectors 12 The belt-like negative electrode current collector 16 is stacked so as to protrude from the other side edge 16b.
[0053]
As shown in FIG. 2, a plurality of positive electrode sheets 11 each having an area corresponding to the folded area are sandwiched between the polymer electrolyte layers 19 except for the folds of the folded negative electrode sheet 15.
[0054]
On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of protruding portions 16c of the negative electrode current collector 16 protruding from one ends 12a of the plurality of positive electrode current collectors 12 have a negative electrode terminal connecting the protruding portions 16c to each other. A plurality of protrusions 12c of the positive electrode current collector 12 protruding from the other end 16b of the negative electrode current collector 16 are connected to one end of the negative electrode current collector 16 at one end of a positive electrode terminal 24 connecting the protrusions 12c to each other. Are connected by a stopper 23.
[0055]
As shown in FIGS. 2 and 3, the band-shaped negative electrode sheet 15 thus folded is sealed with a plurality of positive electrode sheets 14 by a package sheet 25. The package sheet 25 in this embodiment is an aluminum foil on which polypropylene is laminated, and a band-shaped negative electrode sheet 15 folded by a pair of package sheets 25 is sandwiched together with a plurality of positive electrode sheets 11, and the package sheet 25 is placed in a vacuum atmosphere. Is sealed by thermocompression bonding. The periphery of the pair of package sheets 25 is thermocompression-bonded so that the other end of the positive electrode terminal 24 (electrode) and the other end of the negative electrode terminal 22 (electrode) are exposed to the outside of the package sheet 25, respectively. The obtained lithium ion polymer secondary battery 10 has the other end of the band-shaped positive terminal 24 drawn from one of the opposite sides of the package sheet 25 and the other end of the band-shaped negative terminal 22 drawn from the other side. By using as, desired electricity can be obtained.
[0056]
Then, a plurality of the lithium ion polymer secondary batteries 10 configured as described above are connected in series, and stored in the case 2, whereby the battery module 1 according to this embodiment is configured. In this case, the plurality of lithium ion polymer secondary batteries 10 are housed in the case 2 in a state where the positive electrode terminal 24 and the negative electrode terminal 22 are joined alternately, and the adjacent lithium ion polymer secondary batteries 10, By configuring the positive electrode terminal 24 and the negative electrode terminal 22 of the ten to be connected to each other, the entire battery module 1 can be made compact.
[0057]
In this embodiment, the battery module 1 is configured by connecting 4 to 55 lithium-ion polymer secondary batteries 10 having an output of 5 C or more, an energy density of 70 Wh / kg or more, and a capacity of 5 to 15 Ah in series. are doing.
[0058]
Then, a perforation device 30 having a configuration as shown in FIG. 10 is connected to the battery module 1 configured as described above, and electric power is supplied to the electric motor 31 of the perforation device 30, so that the electric motor 31 has a rotor shaft 32. The drilling tool 33 to be connected is driven to rotate, and drilling of concrete or the like can be performed by the cutting edge at the tip of the drilling tool 33.
[0059]
In the battery module 1 according to this embodiment configured as described above, each of the lithium ion polymer secondary batteries 10 constituting the battery module 1 is configured by folding a strip-shaped negative electrode sheet 15 having an enlarged area. Therefore, the discharge capacity can be increased while maintaining a relatively small and thin state. Also, a first adhesion layer 14 is interposed between the positive electrode current collector 12 and the positive electrode active material layer 13, and a second adhesion layer 18 is interposed between the negative electrode current collector 16 and the negative electrode active material layer 17. By doing so, the adhesion between the positive electrode current collector 12 and the positive electrode active material layer 13 and the adhesion between the negative electrode current collector 16 and the negative electrode active material layer 17 can be greatly increased, and the conductivity between them can be improved. Can be greatly increased.
[0060]
Since the battery module 1 is configured by connecting a plurality of the lithium ion polymer secondary batteries 10 having the above-described characteristics in series, the following effects can be obtained.
[0061]
By using the lithium ion polymer secondary battery 10 capable of discharging at 5 C or more, discharging at 25 A or more is possible with a capacity of 5 Ah (or more). Therefore, even if the power consumption of the electric motor 31 becomes excessive due to the cutting edge hitting the hard stone during the piercing operation by the piercing device 30, the piercing operation is continued at a high speed without reducing the rotation speed of the electric motor 31. Therefore, the working efficiency can be greatly improved.
[0062]
Further, by connecting 4 to 55 lithium ion polymer secondary batteries 10 having a capacity of 5 to 15 Ah in series (when fully charged: about 16 to 230 V), it becomes possible to cope with motors of various specifications. Furthermore, if the weight is 5 Ah and 55 series (231 V), even the 70 Wh / kg lithium-ion polymer secondary battery 10 weighs 20 kg or less (the battery unit is 16.5 kg) in the entire battery module 1, and is therefore carried around. Becomes possible.
[0063]
Further, in the case of an assembled battery, it is conceivable to increase the capacity by connecting small-capacity batteries in parallel. However, when batteries are used in parallel, the deterioration of charge / discharge cycle characteristics is promoted. In this embodiment, since the lithium ion polymer secondary battery 10 has a folded structure, a battery having a capacity of 5 Ah or more and excellent cycle characteristics can be obtained. By modularizing this battery by connecting only in series, a module having good cycle characteristics can be obtained.
[0064]
Further, since the lithium ion polymer secondary battery 10 is a flat plate type, the packing density of the module in the case 2 can be higher than in the case where a cylindrical battery is used as an assembled battery. A high-power battery has a low resistance and thus generates a small amount of heat. In addition, since the cell structure has excellent heat dissipation, even when cells are stacked, a rise in battery temperature can be suppressed.
[0065]
Furthermore, a normal charger performs charging while controlling at the full voltage of the assembled battery, but in the case of an assembled battery, the charging voltage of each cell is reduced due to a temperature difference between the inside and the outside of the battery. Variations occur. Due to the variation of the charging voltage, deterioration of the charge / discharge cycle characteristics is promoted. In the present invention, by using the lithium ion polymer secondary battery 10, even if the battery is filled with remaining capacity, capacity deterioration does not occur.
[0066]
Furthermore, since it can be installed near the work place, the wiring length can be shortened. Therefore, the voltage drop during use is reduced, and the battery capacity can be sufficiently used.
[0067]
Next, a method of charging the battery module from the above configuration will be described with reference to FIG.
The description here is for a case where there are, for example, four cells (battery modules). As shown in FIG. 11, first, preliminary charging is started for the cells 1 to 4 connected in series (200). The current value in this case is, for example, a voltage of 4.2 V and a constant current of 0.4 A. Then, when all of the cells 1 to 4 obtain a voltage value of 2.8 V (201), rapid charging is started (202). The conditions for quick charging are, for example, each cell voltage is 4 V and constant current is 4 A.
In the rapid charging, when any one of the cells 1 to 4 becomes 4V, the current is sequentially reduced by ΔI (203, 204). When one of the cells 1 to 4 is fully charged (205), the charging is stopped (206).
[0068]
By charging the battery module by such a charging method, the lithium ion polymer secondary batteries (modules) can be charged to a full charge without each lithium ion polymer secondary battery being overcharged. Things.
[0069]
In the above-described embodiment, the positive electrode active material layer 13, the negative electrode active material layer 17, and the polymer electrolyte layer 19 are applied to one of the surfaces of the positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 16 and dried. A plurality of positive electrode sheets 11 were thermocompression-bonded at a predetermined pitch to one surface of the negative electrode sheet 15 to alternately bend the folds of the negative electrode sheet 15 on which the positive electrode sheet 11 was not arranged, as shown in FIG. The positive electrode active material layer 13, the negative electrode active material layer 17, and the polymer electrolyte layer 19 are applied to both the upper and lower surfaces of the negative electrode current collector 16 and the positive electrode current collector 12, respectively. A plurality of positive electrode sheets 11 are thermocompression-bonded at a predetermined pitch to the surface of the lithium ion polymer secondary battery in which the folds of the negative electrode sheet 15 on which the positive electrode sheet 11 is not arranged are alternately bent as shown in FIG. 10 Good.
[0070]
As shown in FIG. 8, a positive electrode active material layer 13, a negative electrode active material layer 17, and a polymer electrolyte layer 19 are coated and dried on both surfaces of the positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 16, respectively, and dried. Alternatively, if the negative electrode sheet 15 is alternately bent, the negative electrode sheet 15 and the positive electrode sheet 11 are alternately laminated, so that the energy density of the lithium ion polymer secondary battery 10 can be improved. In this case, although the polymer electrolyte layer 19 has two layers, when the number of stacked batteries is three or more, the effect of improving the cycle characteristics can be exhibited.
[0071]
Further, in the above-described embodiment, the case where the band-shaped negative electrode sheet 15 is folded is shown, but not shown, but the band-shaped positive electrode sheet is folded once or twice with the polymer electrolyte layer, and then folded. A plurality of negative electrode sheets each having an area corresponding to the folded area may be sandwiched between the polymer electrolyte layers except for the fold of the positive electrode sheet. In this case, in the above-described embodiment, the case where the sandwiched positive electrode sheet 11 has the polymer electrolyte layer 19 on the surface of the positive electrode active material layer 13 has been described. In the above, a polymer electrolyte layer is formed on the surface of the negative electrode active material of the negative electrode sheet to be sandwiched.
[0072]
Further, in the above-described embodiment, the case where the sandwiched positive electrode sheet 11 has the polymer electrolyte layer 19 on the surface of the positive electrode active material layer 13 has been described, but although not shown, the negative electrode active material layer of the negative electrode sheet is not illustrated. As long as the positive electrode sheet can be laminated with the polymer electrolyte layer interposed on the surface, the polymer electrolyte layer does not have to be formed in advance on the active material surface of the positive electrode sheet.
[0073]
Further, FIG. 5 shows an example in which an active material and a polymer electrolyte layer are provided on one surface of both the positive electrode sheet and the negative electrode sheet. FIG. 9 shows an active material and a polymer electrolyte layer provided on both surfaces of both the positive electrode sheet and the negative electrode sheet. Although the present invention is not limited thereto, the present invention is not limited thereto, provided with an active material and a polymer electrolyte layer on one of both surfaces of the positive electrode sheet or the negative electrode sheet, and the active material and the polymer electrolyte layer on the other one surface of the positive electrode sheet or the negative electrode sheet May be provided. In this case, the sheet having the active material and the polymer electrolyte layer on one side is preferably a belt-shaped sheet.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the battery module according to the present invention, each of the lithium ion polymer secondary batteries constituting the battery module has one electrode formed in a band shape on one of the opposite sides, and the other electrode on the other side. Since the electrodes are formed in a belt shape, a large current capacity can be obtained, while a calorific value can be reduced. Therefore, no cooling equipment is required, the space factor is improved, and compactness can be achieved.
[0075]
In addition, since each lithium-ion polymer secondary battery constituting the battery module is formed by folding a band-shaped positive or negative electrode sheet having an enlarged area in order to increase the discharge capacity, the discharge capacity remains relatively small and thin. Can be expanded. Therefore, the battery module as a whole can support a large output. Further, each lithium ion polymer secondary battery constituting the battery module has a first adhesion layer between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer, and has a first adhesion layer between the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer. A second adhesive layer, the first adhesive layer and the second adhesive layer each include both a third binder and a conductive material, and the third binder is a first binder or a second binder; Is a polymer compound modified with a modifying substance, so that the modified polymer based on the first binder or the second binder has increased adhesion to the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer, As a result, the adhesiveness to the current collector is significantly increased as compared with the conventional binder. As a result, peeling of the active material layer from the current collector can be suppressed, the conductivity between the current collector and the active material layer is significantly improved, and a high output can be accommodated.
[0076]
Furthermore, according to the battery module charging method of the present invention, the lithium ion polymer secondary batteries (modules) can be charged to a full charge without each lithium ion polymer secondary battery being overcharged. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a battery module according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a lithium ion polymer secondary battery constituting the battery module, and is a sectional view taken along line AA of FIG. 3;
3 is a cross-sectional view of the lithium-ion polymer secondary battery shown in FIG. 2, taken along the line BB.
FIG. 4 is an exploded perspective view of the lithium ion polymer secondary battery shown in FIG.
FIG. 5 is an explanatory view showing a state in which a positive electrode sheet is thermocompression-bonded to a negative electrode sheet.
FIG. 6 is an explanatory view showing a manufacturing process of the positive electrode sheet.
FIG. 7 is an explanatory view showing a manufacturing process of the negative electrode sheet.
FIG. 8 is a schematic sectional view showing another embodiment of the lithium ion polymer secondary battery.
FIG. 9 is an explanatory view showing a state in which a positive electrode sheet is thermocompression-bonded to a negative electrode sheet of the lithium ion polymer secondary battery shown in FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram in a case where the battery module according to the present invention is used as a power source of a punching device.
FIG. 11 is a flowchart of a method for charging a battery module according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Battery module
10. Lithium ion polymer secondary battery
11 Positive electrode sheet
12 positive electrode current collector
13 Positive electrode active material layer
14 First adhesion layer
15 Negative electrode sheet
16 Negative electrode current collector
17 Negative electrode active material layer
18 Second adhesion layer
19 polymer electrolyte layer
22 Negative electrode terminal (electrode)
24 Positive electrode terminal (electrode)
