JP2004193006A

JP2004193006A - 積層電池の製造方法、組電池および車両

Info

Publication number: JP2004193006A
Application number: JP2002361024A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hosaka; 賢司保坂; Tatsuhiro Fukuzawa; 達弘福沢; Koichi Nemoto; 好一根本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】高分子ゲル電解質を用いた単電池層を複数積層して積層電池を構成した場合でも単電池層同士の液絡を防止することができる積層電池の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の積層電池の製造方法では、まず、複数のシート状の電極１０を作製する（ステップＳ１）。次に、電極間にゲル電解質層４を挟んで積層し（ステップＳ２）、積層してできた電極積層体３０の側面と合致する型４０に、電極積層体３０の側面をはめ込み（ステップＳ３）、型４０内に溶融した樹脂を注入する（ステップＳ４）。樹脂の硬化を待って（ステップＳ５）、型４０を取り外す（ステップＳ６）。電極積層体３０の４つの側面全てに同様の処理を繰り返す（ステップＳ７、Ｓ４〜Ｓ６）。電極積層体３０の全側面に樹脂６０が提供されるので、硬化した該樹脂がゲル電解質の漏れを防止するシール部材の役割を果たす。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層電池の製造方法に関し、特に電解質にゲル電解質を用いた積層電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム二次電池では、その中に封入する電解質として、固体電解質を用いたもの、液体電解質を用いたもの、そして高分子ゲル電解質を用いたものがある。
【０００３】
固体電解質には、たとえばポリエチレンオキシドなどの全固体高分子電解質が用いられ、一方、液体電解質には、１００％電解液を用いる。高分子ゲル電解質は、これらの中間とも言うべきもので、たとえばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのそのもの自体はリチウムイオン伝導性を持たない高分子の骨格中に電解液を保持させたものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２０４１３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この高分子ゲル電解質を用いて単電池層を構成し、この単電池層を複数積層してバイポーラ電池を製作した場合、各単電池層間において電解質が染み出し、他の単電池層の電解質と接触して液絡と称する単電池層同士の短絡が発生してしまうという問題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、高分子ゲル電解質を用いた単電池層を複数積層して積層電池を構成した場合でも単電池層同士の液絡を防止することができる積層電池の製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の積層電池の製造方法は、複数のシート状の電極間にゲル電解質層を挟んで積層し、積層してできた電極積層体の側面を、該側面と合致する切り欠きを有する型に挿入し、前記型内に溶融した樹脂を注入して、該樹脂を硬化させてゲル電解質の漏れを防止するシール部材とする。
【０００８】
本発明の他の積層電池の製造方法は、複数のシート状の電極間にゲル電解質層を挟んで積層し、積層してできた電極積層体の側面を、溶融した樹脂が充填されている水槽に漬けてから取り出し、前記電極積層体に付着した前記樹脂を硬化させてゲル電解質の漏れを防止するシール部材とする。
【０００９】
【発明の効果】
本発明の積層電池の製造方法では、電極積層体の側面に型をはめ込み、該型内に樹脂を注入して硬化させ、これを電極積層体の全側面について行う。したがって、硬化した樹脂がゲル電解質の漏れを防止するシール部材の役割を果たすので、ゲル電解質の漏れによる液絡を防止することができる。また、本発明の方法によりできた積層電池は、樹脂により、外部からの水分の浸入も防止することができ、剛性を向上することができる。
【００１０】
本発明の他の積層電池の製造方法では、電極積層体の側面を、溶融した樹脂が充填されている水槽に漬けてから取り出し、電極積層体の側面全てに硬化した樹脂を提供する。したがって、硬化した樹脂がゲル電解質の漏れを防止するシール部材の役割を果たすので、ゲル電解質の漏れによる液絡を防止することができる。また、本発明の方法によりできた積層電池は、樹脂により、外部からの水分の浸入も防止することができ、剛性を向上することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面では、説明の明確のために一部構成要素を誇張して表現している。
【００１２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１は、複数のシート状の電極間にゲル電解質層を挟んで積層し、積層してできた電極積層体の側面を、該側面と合致する切り欠きを有する型に挿入し、前記型内に溶融した樹脂を注入して、該樹脂を硬化させてゲル電解質の漏れを防止するシール部材とする積層電池の製造方法である。
【００１３】
なお、以下では、具体的に積層電池がバイポーラ電池である場合について説明するが、これに限定するものではなく、いかなる積層電池にも本願発明は適用することができる。
【００１４】
図１は本発明バイポーラ電池の製造手順を示すフローチャート、図２はバイポーラ電池の電極を示す断面図、図３は電極がゲル電解質層を挟んで積層される様子を示す断面図、図４は電極積層体に型をはめる様子を示す斜視図図、図５は電極積層体に型をはめた状態を示す断面図、図６は型を外した後の電極積層体の様子を示す断面図である。
【００１５】
以下、図１に示すフローチャートの各手順を説明しつつ、同時に該手順中のバイポーラ電池の様子について説明する。
【００１６】
バイポーラ電池の製造手順として、まず、バイポーラ電極１０を作製する（ステップＳ１）。バイポーラ電極１０は、図２に示すように、集電体１の一の面に正極活物質層２を配置し、他の面に負極活物質層３を配置して作製する。換言すれば、正極活物質層２、集電体１および負極活物質層３を、この順序で積層してバイポーラ電極１０を作製する。
【００１７】
次に、作製したバイポーラ電極１０をゲル電解質層４と共に積層する（ステップＳ２）。ここでバイポーラ電極１０は、図３に示すように、全て積層順序が同一となるように配置され、ゲル電解質層４を挟んで積層されている。正極活物質層２および負極活物質層３の間にゲル電解質層４を設けることによって、イオン伝導がスムーズになり、パイポーラ電池全体としての出力向上が図れる。
【００１８】
ゲル電解質層４に用いるゲル電解質は、たとえば、ポリマー骨格中に、数重量％〜９８重量％程度電解液を保持させたゲル電解質で、特に本発明のバイポーラ電池では、７０重量％以上電解液を保持したゲル電解質を使用する場合に有効である。なお、集電体１の間に挟まれる、負極活物質層３、ゲル電解質層４および正極活物質層２を合わせた層を単電池層２０といい、バイポーラ電極１０およびゲル電解質層４を積層してできた構造体を電極積層体３０という。
【００１９】
次に、電極積層体３０の側面を型にはめ込む（ステップＳ３）。図４に示すように、型４０は、電極積層体３０の幅と略合致する切り欠きを有する断面コ字状に形成されており、上面が開口し、下面が閉じて形成されている。電極積層体３０の側面に型４０を挿入すると、図５に示すように、集電体１周辺に空間が形成される。
【００２０】
そして、図５に示すように、型４０の上面から溶融した液状の樹脂を流し込む（ステップＳ４）。流し込まれた樹脂は、型４０の下面が閉じているので、型４０の底から溜まっていく。樹脂は、型４０の略上面まで溜められる。樹脂は、絶縁性があればよく、たとえば、シリコン、エポキシ、ウレタン、ポリブタジエン、ポリプロピレン、ポリエチレン、パラフィンワックスなどが挙げられる。
【００２１】
型４０内で樹脂が冷却して固体化したかどうかが作業者により判断される（ステップＳ５）。樹脂が固体化していない場合（ステップＳ５：ＮＯ）は、固体化するまで待機する。樹脂が固体化した場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）は、型４０を電極積層体３０から取り外す（ステップＳ６）。型４０を取り外した電極積層体３０は、図６に示すように、樹脂６０が電極積層体３０の外周に取り付けられた状態となる。
【００２２】
その後、電極積層体３０の全側面について樹脂が供給済みかどうか判断される（ステップＳ７）。図４に示すように電極積層体３０の両側面から型４０をはめ込んだ場合、残りの２つの側面について樹脂を供給する必要がある。
【００２３】
全側面に樹脂が供給済みでない場合（ステップＳ７：ＮＯ）は、ステップＳ４の処理に戻り、残りの側面について樹脂を供給する。全側面に樹脂が供給済みである場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）は、電極積層体３０の全ての側面に樹脂が供給され、ゲル電解質層４のゲル電解質が漏れることがないので、これによりバイポーラ電池の完成として、製造を終了する。
【００２４】
以上のように、本発明のバイポーラ電池の製造方法では、電極積層体３０を型４０にはめ込み、型４０に樹脂を流して固体化させることによって、電極積層体３０の側面に樹脂６０を設け、シール部材の役割を果たさせることができる。したがって、完成したバイポーラ電池のゲル電解質の漏れを防止することができ、ゲル電解質の漏れによる短絡を防止することができる。また、外部からの水分の浸入等も防止することができ、加えて、バイポーラ電池の剛性を向上することができる。
【００２５】
樹脂の材料として、シリコン、エポキシ、ウレタン、ポリブタジエン、ポリプロピレン、ポリエチレン、パラフィンワックスなど固体化したときに比較的耐久性の高いものを用いているので樹脂６０によるシールの耐久性も向上することができる。
【００２６】
なお、上記第１実施形態では、単に型４０に樹脂を流し込んで固体化させていたが、これに限定されない。シール部材として提供する樹脂は、バイポーラ電池の集電体１間の隙間を充分に埋め、且つ最小の量であることが望ましい。樹脂が多くなるほど、その体積および重量が増加し、バイポーラ電池の小型化の要請から外れるからである。樹脂を最小限とするために、型４０の切り欠きの形状を電極積層体３０の厚さと一致させ、且つ電極積層体３０を型４０内に挿入する量をできるだけ小さくすることが望ましい。
【００２７】
また、上記第１実施形態では、バイポーラ電極１０とゲル電解質層４からなる電極積層体３０の側面に樹脂を提供していたが、電極積層体３０を積層する際に、集電体１上に絶縁層を積層してもよい。図７は、集電体１上に絶縁層を積層したバイポーラ電池の部分断面図である。
【００２８】
例えば正極活物質層２上に絶縁層５を設け、この状態で上述のように、電極積層体３０の側面に樹脂６０を供給していくと、図７に示すように、集電体１間に樹脂６０と絶縁層５が設けられる。これにより、集電体１間の絶縁性を向上することができ、より確実に短絡を防止することができる。なお、上記第１実施形態の方法では、電極積層体３０の外周にも多少の余分な樹脂６０が供給されるが、図７では、説明のために余分な樹脂６０の図示を省略している。
【００２９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２は、複数のシート状の電極間にゲル電解質層を挟んで積層し、積層してできた電極積層体の側面を、溶融した樹脂が充填されている水槽に漬けてから取り出し、前記電極積層体に付着した前記樹脂を硬化させてゲル電解質の漏れを防止するシール部材とする積層電池の製造方法である。
【００３０】
図８は本発明バイポーラ電池の製造手順を示すフローチャート、図９はバイポーラ電池の製造過程の状態を示す図である。
【００３１】
以下、図８に示すフローチャートの各手順を説明しつつ、同時に該手順中のバイポーラ電池の様子について説明する。
【００３２】
第２実施形態に係るバイポーラ電池の製造手順として、バイポーラ電極１０を作製し（ステップＳ１１）、バイポーラ電極１０間にゲル電解質層４を挟んで積層する（ステップＳ１２）。ステップＳ１１、Ｓ１２の処理は、第１実施形態のステップＳ１、Ｓ２の処理と同様なので、具体的な説明は省略する。
【００３３】
次に、溶融した樹脂が充填されている水槽に、電極積層体３０の１つの側面を漬ける（ステップＳ１３）。ここでは、図９（ａ）に示すように、電極積層体３０の１つの側面を下側にする。また、図９（ｂ）に示すように、加熱して溶融した状態の樹脂が充填されている水槽を予め用意しておく。そして、水槽の中に、電極積層体３０の１つの側面の端部を漬けてから取り出す。そうすると、図９（ｃ）に示すように、電極積層体３０の側面、具体的には、集電体１間およびその周辺に樹脂が付着する。これは、樹脂自体の粘度によるものである。
【００３４】
そして、図９（ｃ）に示す状態で、しばらく放置し、樹脂が硬化したかどうかが判断される（ステップＳ１４）。樹脂が硬化していない場合（ステップＳ１４：ＮＯ）は、樹脂が硬化するまで待機する。
【００３５】
図９（ｄ）に示すように、樹脂が硬化した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）は、電極積層体３０の全側面について樹脂が供給されたかどうかが判断される（ステップＳ１５）。
【００３６】
全側面について樹脂が供給されていない場合（ステップＳ１５：ＮＯ）は、他の側面について樹脂を供給するために、ステップＳ１３の処理に戻り、未処理の側面を水槽に漬ける。全側面について樹脂の供給が完了した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）は、電極積層体３０の全ての側面に樹脂が供給され、ゲル電解質層４のゲル電解質が漏れることがないので、これによりバイポーラ電池の完成として、製造を終了する。
【００３７】
以上のように、第２実施形態に係るバイポーラ電池の製造方法によっても、第１実施形態と同様に、電極積層体３０の側面に、樹脂コーティングを施すことができる。これにより完成したバイポーラ電池では、ゲル電解質が漏れることがなく、ゲル電解質が染み出して他のゲル電解質層と接触して起こる短絡を防止することができる。また、外部からの水分の浸入等も防止することができ、加えて、バイポーラ電池の剛性を向上することができる。
【００３８】
なお、上記手順では、電極積層体３０の一側面を水槽に漬けて硬化を待ち、その後次の側面を水槽に漬けるというように、側面ごとに処理を行っている。しかし、各側面について順に水槽に漬け、全側面を水槽に漬け終わってから硬化を全側面の硬化を待つという手順に変更してもよい。
【００３９】
また、第１実施形態で説明したように、電極積層体３０の積層時に集電体１に予め絶縁層を設け、これを上記方法により樹脂コーティングすることによって、図７に示すような絶縁性を向上したバイポーラ電池を得ることができる。
【００４０】
以下に、上記第１実施形態および第２実施形態により製造されるバイポーラ電池に使用することのできる集電体、正極、負極、ゲル電解質、および電池ケースなどについて説明する。
【００４１】
［集電体］
集電体は、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。
【００４２】
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良い。
【００４３】
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。
【００４４】
［正極活物質層］
正極は、正極活物質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるために電解質、リチウム塩などが含まれ得る。また、この他にも、電子伝導性を高めるために導電助剤、スラリー粘度の調整溶媒としてＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、重合開始材としてＡＩＢＮ（アゾビスイソブチロニトリル）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、好ましくは固体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。
【００４５】
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。この他、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。
【００４６】
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。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用いられ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。
【００４７】
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。
【００４８】
高分子ゲル電解質は、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる。
【００４９】
ここで、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）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、メチルエチルカーボネート、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、非プロトン性溶媒等の有機溶媒（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。
【００５０】
高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）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。なお、ＰＡＮ、ＰＭＭＡなどは、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子として例示したものである。
【００５１】
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。
【００５２】
導電助剤としては、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。
【００５３】
正極における、正極活物質、電解質（好ましくは固体高分子電解質）、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、特に固体高分子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、特に固体高分子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。従って、これらの要因を考慮して、目的に合致した固体高分子電解質量を決定する。
【００５４】
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。
【００５５】
［負極活物質層］
負極は、負極活物質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるために電解質、リチウム塩や導電助剤などが含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極活物質層」の項で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５６】
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。
【００５７】
［電解質］
電解質としては、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。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ポリマーと電解液との比率（質量比）は、２０：８０〜２：９８と比較的電解液の比率が大きい範囲である。
【００５８】
このような高分子ゲル電解質としては、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれるものである。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。
【００５９】
これら固体高分子電解質もしくは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。
【００６０】
電池を構成する電解質の厚さは、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り、機能、性能面からも部位によらず常に略一定の厚さにする必要はない。
【００６１】
［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ないし電池ケース（図示せず）に収容するとよい。
【００６２】
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やアルミラミネートパックなど、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融着にて接合することにより、電池積層体を収納し密封した構成とするのが好ましい。
【００６３】
この場合、上記正極および負極リードは、上記熱融着部に挟まれて上記電池外装材の外部に露出される構造とすればよい。また、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートフィルムやアルミラミネートパックなどを用いることが、自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を電池動作温度まですばやく加熱することができる点で好ましい。
【００６４】
［正極および負極端子板］
正極および負極端子板は、端子としての機能を有するほか、薄型化の観点からは極力薄い方がよいが、製膜により積層されてなる電極、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。
【００６５】
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。
【００６６】
正極端子板と負極端子板との材質は、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。
【００６７】
正極および負極端子板の形状は、型板と兼用する場合には、自動車の熱源外面等をトレースした形状に、また、型板と対極する位置に設けられる端子板では、該端子板を設置する集電体外面をトレースした形状であればよく、プレス成形等によりトレースして形成すればよい。なお、型板と対極する位置に設けられる端子板では、集電体と同様にスプレーコートにより形成してもよい。
【００６８】
［正極および負極リード］
正極および負極リードに関しては、通常リチウムイオン電池で用いられる公知のリードを用いることができる。なお、電池外装材（電池ケース）から取り出された部分は、自動車の熱源との距離がないことから、これらに接触して漏電したりして自動車部品（特に電子機器）に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆しておくのが好ましい。
【００６９】
図１０は、第１実施形態または第２実施形態において製造されたバイポーラ電池をアルミラミネートパックにより電池１００として構成した場合の外観を示す斜視図である。この電池１００は、バイポーラ電池の両端に位置する集電体１に上記の正極および負極端子板を設け、さらにリードを取り付けて、電極１０１および１０２としている。
【００７０】
次に、実際上記第１実施形態または第２実施形態により製造したバイポーラ電池の評価を行った実験例について説明する。
【００７１】
実験例
＜液絡評価＞
上述した第１実施形態または第２実施形態の製造手順に従ってバイポーラ電池を製作し、単電池層２０同士の液絡の評価を行った。
【００７２】
（サンプル作製）
実施例として実際に作製したバイポーラ電池は、下記の通りである。
【００７３】
集電体１は、２０μｍのステンレス（ＳＵＳ）箔を使用し、積層の両端に位置する集電体１には正極活物質層２または負極活物質層３の一方のみを形成し、積層の中間の集電体１には正極活物質層２および負極活物質層３を形成した。
【００７４】
正極活物質層２は、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄に、導電助剤としてアセチレンブラック、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、粘度調整溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を混合して正極スラリーを作製し、これを正極活物質として、集電体であるステンレス箔（厚さ２０μｍ）の片面に塗布し、乾燥させて膜厚４０μｍの正極活物質層２としている。
【００７５】
負極活物質層３は、Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂に、導電助剤としてアセチレンブラック、バインダーとしてＰＶＤＦ、粘度調整溶媒としてＮＭＰを混合して負極スラリーを作製し、この負極スラリーを正極活物質層２を塗布したステンレス箔の反対面に塗布し、乾燥させて膜厚５０μｍの負極活物質層３としている。
【００７６】
ゲル電解質層４は、厚さ５０μｍのポリプロピレン（ＰＰ）不識布に、ポリマー（ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体）５重量％、混合比１：３のエチレンカーボネート（ＥＣ）＋ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）９５重量％、ＥＣ＋ＤＭＣ電解液に対して１．０ｍｏｌ／ｌのＬｉ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂Ｎ、からなるゲル電解質を保持させたものである。
【００７７】
上記集電体１、正極活物質層２および負極活物質層３によりバイポーラ電極１０を形成し、ゲル電解質層４を挟んで正極活物質層２と負極活物質層３とが対向するように積層した。積層後、電池構造体の外周に、型４０をはめ込み、型４０内に溶融した樹脂を流し込み、硬化を待って、電極積層体３０の側面に樹脂６０によるシール部材を形成した。電極積層体３０の４つの側面全てについて、シール部材としての樹脂６０の形成を行い、バイポーラ電池内にゲル電解質層４を密閉した。単電池層２０の積層数は５層とした。
【００７８】
また、この評価の比較例として、シール部材としての樹脂６０を電極積層体３０の側面に提供しないこと以外は同様構造のバイポーラ電池を形成した。
【００７９】
液絡の評価は、実施例および比較例のバイポーラ電池の充放電サイクル試験を行うことにより評価した。充放電のサイクルは、０．５Ｃの電流で充電し、０．５Ｃの電流で放電を行い、これを１サイクルとした。
【００８０】
（評価結果）
実施例のバイポーラ電池では、充放電サイクルを５０サイクル超えても電極間の液絡（短絡）は起こらず、出力電圧が維持されていた。
【００８１】
一方、比較例のバイポーラ電池では、初回の充電を行っている途中に、電解液が単電池層外に染み出し、他の単電池層のゲル電解質と接触して液絡が起こり、電池電圧が著しく低下した。
【００８２】
この評価結果から、シール部材として樹脂６０が電極積層体３０の外周に形成されたバイポーラ電池を用いることで、単電池同士の液絡を確実に防止できることがわかる。
【００８３】
なお、第２実施形態の製造方法に基づいて、電極積層体３０の側面を樹脂入り水槽に漬けて４つの側面に樹脂を供給したバイポーラ電池についても同様に実験を行った。この実験においても、上記（評価結果）と同様の結果が得られた。
【００８４】
（第３の実施の形態）
本発明の第３は、上記第１実施形態または第２実施形態のバイポーラ電池の製造方法により製造されたバイポーラ電池を複数個、並列および／または直列に接続してなる組電池である。
【００８５】
図１１は第３実施形態による組電池の斜視図であり、図１２は組電池の内部構成を上方から見た図面である。
【００８６】
図１１および図１２に示すように組電池７０は、上述した第１の実施の形態によるバイポーラ電池をラミネートパックによりパッケージした電池１００（図１０参照）複数個直接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１００同士は、導電バー５３により各電池の電極１０１および１０２が接続されている。この組電池１１０には電極ターミナル１１１および１１２が、この組電池１１０の電極として組電池１１０の一側面に設けられている。
【００８７】
この組電池においては、電池１００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。
【００８８】
本第３実施形態による組電池によれば、前述した第１実施形態または第２実施形態において製造される電池を用いて組電池化することで、高容量、高出力を得ることができ、しかも一つひとつの電池の信頼性が高いため、組電池としての長期的信頼性を向上させることができる。
【００８９】
なお、組電池としての電池１００の接続は、電池１００を複数個全て並列に接続してもよいし、また、電池１００を複数個全て直列に接続してもよい。
【００９０】
（第４の実施の形態）
本発明の第４は、上記第１実施形態または第２実施形態のバイポーラ電池の製造方法により製造されたバイポーラ電池、または第３実施形態の組電池１１０を駆動用電源として搭載してなる車両である。バイポーラ電池または組電池１１０をモータ用電源として用いる車両としては、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。
【００９１】
参考までに、図１３に、組電池１１０を搭載する自動車１３０の概略図を示す。自動車に搭載される組電池１１０は、上記説明した特性を有する。このため、組電池１１０を搭載してなる自動車は高い耐久性を有し、長期間に渡って使用した後であっても充分な出力を提供しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明バイポーラ電池の製造手順を示すフローチャートである。
【図２】バイポーラ電池の電極を示す断面図である。
【図３】電極がゲル電解質層を挟んで積層される様子を示す断面図である。
【図４】電極積層体に型をはめる様子を示す斜視図図である。
【図５】電極積層体に型をはめた状態を示す断面図である。
【図６】型を外した後の電極積層体の様子を示す断面図である。
【図７】集電体１上に絶縁層を積層したバイポーラ電池の部分断面図である。
【図８】本発明バイポーラ電池の製造手順を示すフローチャートである。
【図９】バイポーラ電池の製造過程の状態を示す図である。
【図１０】本発明の製造方法により製造されたバイポーラ電池をアルミラミネートパックにより電池として構成した場合の外観を示す斜視図である。
【図１１】第３実施形態による組電池の斜視図である。
【図１２】組電池の内部構成を上方から見た図面である。
【図１３】組電池を搭載する自動車の概略図である。
【符号の説明】
１…集電体、
２…正極活物質層、
３…負極活物質層、
４…ゲル電解質層、
５…絶縁層、
１０…バイポーラ電極、
２０…単電池層、
３０…電極積層体、
４０…型、
５３…導電バー、
６０…樹脂、
７０…組電池、
１００…電池、
１１０…組電池、
１３０…自動車。

Claims

複数のシート状の電極間にゲル電解質層を挟んで積層し、積層してできた電極積層体の側面を、該側面と合致する切り欠きを有する型に挿入し、前記型内に溶融した樹脂を注入して、該樹脂を硬化させてゲル電解質の漏れを防止するシール部材とする積層電池の製造方法。
複数のシート状の電極間にゲル電解質層を挟んで積層し、積層してできた電極積層体の側面を、溶融した樹脂が充填されている水槽に漬けてから取り出し、前記電極積層体に付着した前記樹脂を硬化させてゲル電解質の漏れを防止するシール部材とする積層電池の製造方法。
複数のシート状の電極間にゲル電解質層を挟んで積層する際に、前記電極を構成する集電体上に絶縁部材を設ける請求項１または請求項２に記載の積層電池の製造方法。
前記シール部材は、シリコン、エポキシ、ウレタン、ポリブタジエン、ポリプロピレン、ポリエチレン、パラフィンワックスからなる群から選択される樹脂である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の積層電池の製造方法。
前記電極は、
集電体、正極活物質層および負極活物質層からなり、前記集電体の一方の面に正極活物質層が形成され、他方の面に負極活物質層が形成されてなるバイポーラ電極であって、
前記正極活物質層および前記負極活物質層がゲル電解質を挟んで対向するように積層される請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の積層電池の製造方法。
前記正極活物質層には、リチウムと遷移金属との複合酸化物が含まれ、
前記負極活物質層には、カーボンもしくはリチウムと遷移金属との複合酸化物が含まれる請求項５に記載の積層電池の製造方法。
請求項１〜６に記載の積層電池の製造方法により製造された積層電池。
請求項７に記載の積層電池を複数個接続してなる組電池。
請求項７に記載の積層電池、または請求項８に記載の組電池を駆動用電源として搭載してなる車両。