JP2005317468A

JP2005317468A - Bipolar electrode, method of manufacturing bipolar electrode, bipolar battery, battery pack and vehicle with these mounted thereon

Info

Publication number: JP2005317468A
Application number: JP2004136721A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Hisamitsu; 泰成久光; Kenji Hosaka; 賢司保坂; Koichi Nemoto; 好一根本; Takami Saito; 崇実齋藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2005-11-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bipolar electrode capable of adjusting an electrode layer to have the preferred density to ensure adhesiveness between a collector and the electrode layer. <P>SOLUTION: In the bipolar electrode comprising a positive electrode collector 11 having a positive electrode active material layer 13 formed on one surface thereof and by compressing the positive electrode active material layer 13 into the preferred thickness, and a negative electrode collector 12 having a negative electrode active material layer 14 formed on one surface thereof and by compressing the negative electrode active material layer 14 into the preferred thickness, the surface on which the positive active material layer 13 of the positive electrode collector 11 is not formed and the surface on which the negative electrode active material layer 14 of the negative electrode collector 12 is not formed are faced and connected to each other. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、バイポーラ電極、バイポーラ電極の製造方法、バイポーラ電池、組電池、およびこれらを搭載した車両に関する。 The present invention relates to a bipolar electrode, a method for manufacturing a bipolar electrode, a bipolar battery, an assembled battery, and a vehicle equipped with these.

バイポーラ電池の集電体として、ステンレス箔を使用するものがある（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。 Some bipolar battery collectors use stainless steel foil (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

しかし、集電体にステンレス箔を用いた場合、繰り返し使用すると劣化し、耐久性に問題がある。 However, when a stainless steel foil is used for the current collector, it deteriorates with repeated use, and there is a problem in durability.

また、高出力かつ長寿命の電池に用いる電極は、通常、集電体上に電極層が形成され、これがプレスされてなる。プレスによって、電極層の密度、換言すると空隙率を調整し、あるいは電極層と集電体との密着性を向上でき、高出力および長寿命の電池を達成できる。 In addition, an electrode used for a battery having a high output and a long life is usually formed by pressing an electrode layer on a current collector. By pressing, the density of the electrode layer, in other words, the porosity can be adjusted, or the adhesion between the electrode layer and the current collector can be improved, and a battery with high output and long life can be achieved.

しかし、バイポーラ電池用のバイポーラ電極では、集電体の一方の面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されている。このようなバイポーラ電極は、正極層と負極層の材質が異なり、柔軟性も異なる。 However, in a bipolar electrode for a bipolar battery, a positive electrode layer is formed on one surface of the current collector, and a negative electrode layer is formed on the other surface. In such a bipolar electrode, the materials of the positive electrode layer and the negative electrode layer are different, and the flexibility is also different.

したがって、バイポーラ電極をプレスすると、正極層または負極層のうち圧縮されやすい方の電極層だけが優先的にプレスされ、電極層の密度や、集電体との密着性が所望の値にならない。これでは、高負荷時の出力の低下を招いたり、耐久性低下の原因となったりする虞がある。
特開２００１−２３６９４６号公報特開平１０−５１２７０７号公報 Therefore, when the bipolar electrode is pressed, only the electrode layer that is more easily compressed among the positive electrode layer and the negative electrode layer is preferentially pressed, and the density of the electrode layer and the adhesion with the current collector do not reach the desired values. This may cause a decrease in output at a high load or cause a decrease in durability.
JP 2001-236946 A JP-A-10-512707

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電極層を所望の密度に調整し、集電体と電極層との密着性を確保でき、かつ集電体の耐久性を向上できるバイポーラ電極、該バイポーラ電極の製造方法、該バイポーラ電極を含むバイポーラ電池、該バイポーラ電池を複数接続した組電池、これらを搭載した車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of adjusting the electrode layer to a desired density, ensuring the adhesion between the current collector and the electrode layer, and improving the durability of the current collector. It is an object of the present invention to provide an electrode, a method of manufacturing the bipolar electrode, a bipolar battery including the bipolar electrode, an assembled battery in which a plurality of the bipolar batteries are connected, and a vehicle on which these are mounted.

（１）本発明のバイポーラ電極は、片面に正極活物質層が形成された状態でプレスされ、該正極活物質層が所望の厚さに圧縮されてなる正極集電体と、片面に負極活物質層が形成された状態でプレスされ、該負極活物質層が所望の厚さに圧縮されてなる負極集電体と、を有し、前記正極集電体の前記正極活物質層が形成されていない面と、前記負極集電体の前記負極活物質層が形成されていない面とが対向されて接続されている。 (1) The bipolar electrode of the present invention is pressed with a positive electrode active material layer formed on one side, the positive electrode current collector formed by compressing the positive electrode active material layer to a desired thickness, and a negative electrode active material on one side. A negative electrode current collector that is pressed in a state where the material layer is formed, and the negative electrode active material layer is compressed to a desired thickness, and the positive electrode active material layer of the positive electrode current collector is formed. The surface where the negative electrode current collector layer is not formed and the surface where the negative electrode active material layer is not formed are connected to face each other.

（２）本発明のバイポーラ電極の製造方法は、正極集電体の片面に正極活物質層を形成する工程と、前記正極活物質層が形成された前記正極集電体を、該正極活物質層が所望の密度になるまでプレスする工程と、負極集電体の片面に負極活物質層を形成する工程と、前記負極活物質層が形成された前記負極集電体を、該負極活物質層が所望の密度になるまでプレスする工程と、前記正極集電体の前記正極活物質層が形成されていない面と、前記負極集電体の前記負極活物質層が形成されていない面とを向かい合わせて接合する工程と、を含むことを特徴とする。 (2) The method for producing a bipolar electrode according to the present invention comprises a step of forming a positive electrode active material layer on one side of a positive electrode current collector, and the positive electrode current collector on which the positive electrode active material layer is formed. A step of pressing until the layer has a desired density, a step of forming a negative electrode active material layer on one side of the negative electrode current collector, and the negative electrode current collector on which the negative electrode active material layer is formed, A step of pressing until the layer has a desired density, a surface of the positive electrode current collector on which the positive electrode active material layer is not formed, and a surface of the negative electrode current collector on which the negative electrode active material layer is not formed. And facing each other and joining.

（３）本発明のバイポーラ電池は、上記（１）のバイポーラ電極、または上記（２）の製造方法により製造されたバイポーラ電極が、電解質を挟んで積層されてなる電池要素と、前記電池要素の最外層に接続され、電流を取り出すための電極タブと、前記電池要素を密閉する外装と、を有する。 (3) The bipolar battery of the present invention includes a battery element in which the bipolar electrode of (1) or the bipolar electrode manufactured by the manufacturing method of (2) is laminated with an electrolyte interposed therebetween, An electrode tab connected to the outermost layer for taking out current and an exterior for sealing the battery element are included.

（４）本発明の組電池は、上記（３）のバイポーラ電池を複数個接続してなる。 (4) The assembled battery of the present invention is formed by connecting a plurality of the bipolar batteries of the above (3).

（５）本発明の車両は、上記（３）のバイポーラ電池、または上記（４）の組電池を駆動用電源として搭載してなる。 (5) The vehicle according to the present invention includes the bipolar battery (3) or the assembled battery (4) as a driving power source.

上記（１）のバイポーラ電極によれば、正極集電体と負極集電体に分けて形成されている。したがって、製造時には、正極集電体と負極集電体とを別々にプレスできるので、正極活物質層および負極活物質層の柔軟度に合わせて密度を個別に調整でき、さらに、活物質層と集電体との密着性を高めることができる。結果として、高負荷時に出力が低下せず、または耐久性が低下しない。 According to the bipolar electrode of the above (1), the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are separately formed. Therefore, since the positive electrode current collector and the negative electrode current collector can be pressed separately at the time of production, the density can be individually adjusted according to the flexibility of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. Adhesion with the current collector can be improved. As a result, the output does not decrease at the time of high load, or the durability does not decrease.

上記（２）のバイポーラ電極の製造方法によれば、正極集電体をプレスする工程と、負極集電体をプレスする工程とが別々に設けられている。したがって、正極活物質層および負極活物質層の柔軟度に合わせて密度を個別に調整でき、さらに、活物質層と集電体との密着性を高めることができる。結果として、高負荷時に出力が低下せず、または耐久性が低下しないバイポーラ電極を製造できる。 According to the bipolar electrode manufacturing method of (2) above, the step of pressing the positive electrode current collector and the step of pressing the negative electrode current collector are provided separately. Therefore, the density can be individually adjusted according to the flexibility of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, and the adhesion between the active material layer and the current collector can be increased. As a result, it is possible to manufacture a bipolar electrode whose output does not decrease at the time of high load or whose durability does not decrease.

上記（３）のバイポーラ電池によれば、上記（１）のバイポーラ電極の特性を有し、電源として使用できる。 The bipolar battery (3) has the characteristics of the bipolar electrode (1) and can be used as a power source.

上記（４）の組電池によれば、バイポーラ電池を複数接続することによって、高容量、高出力を得ることができ、しかも一つひとつのバイポーラ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。 According to the assembled battery of (4) above, a high capacity and high output can be obtained by connecting a plurality of bipolar batteries, and the reliability of each bipolar battery is high. Can be improved.

上記（５）の車両によれば、上記（３）のバイポーラ電池または上記（４）の組電池のような各種特性を有し、コンパクトな車両用電源を提供できる。 According to the vehicle of the above (5), it is possible to provide a compact vehicle power source having various characteristics such as the bipolar battery of the above (3) or the assembled battery of the above (4).

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各構成要素を誇張して表現している。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, each component is exaggerated for clarity of explanation.

（第１実施形態）
図１は、バイポーラ電極を示す断面図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a bipolar electrode.

図１に示すように、本発明のバイポーラ電極１０は、集電体が、正極集電体１１と負極集電体１２とに分割されている。正極集電体１１は、アルミニウムにより形成されており、負極集電体１２は銅により形成されている。 As shown in FIG. 1, the bipolar electrode 10 of the present invention has a current collector divided into a positive electrode current collector 11 and a negative electrode current collector 12. The positive electrode current collector 11 is made of aluminum, and the negative electrode current collector 12 is made of copper.

正極集電体１１の片面には、正極活物質層１３が形成されている。負極集電体１２の片面には、負極活物質層１４が形成されている。正極集電体１１および負極集電体１２の間には、接着層１５が配置されている。 A positive electrode active material layer 13 is formed on one surface of the positive electrode current collector 11. A negative electrode active material layer 14 is formed on one surface of the negative electrode current collector 12. An adhesive layer 15 is disposed between the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12.

接着層１５は、導電性を有し、たとえば、金属フィラーまたはカーボンフィラーとエポキシ樹脂とからなる。接着層１５は、ＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）特性を有する材料を含む。ＰＴＣ特性とは、ある温度よりも高くなると電気抵抗値が増加し、ほとんど電流が流れなくなる特性のことである。その温度は、ＰＴＣ材料の化学組成で決まる。本発明では、特に、電解液が揮発する温度以上になると電気抵抗地が増加するように、ＰＴＣ材料を選択することが好ましい。 The adhesive layer 15 has conductivity, and is made of, for example, a metal filler or a carbon filler and an epoxy resin. The adhesive layer 15 includes a material having PTC (Positive Temperature Coefficient) characteristics. The PTC characteristic is a characteristic in which the electric resistance value increases when the temperature becomes higher than a certain temperature, and almost no current flows. The temperature is determined by the chemical composition of the PTC material. In the present invention, it is particularly preferable to select the PTC material so that the electrical resistance increases when the temperature is higher than the temperature at which the electrolytic solution volatilizes.

ＰＴＣ特性を示す材料としては、たとえば、ペロブスカイト構造をとり、半導体化したチタン酸バリウム系セラミックスや、プラスチックとカーボンビーズを複合したものが挙げられる。 Examples of the material exhibiting PTC characteristics include a barium titanate-based ceramic having a perovskite structure and a composite of plastic and carbon beads.

次に、バイポーラ電極を製造する様子を説明する。図２は、バイポーラ電極を製造する様子を示す断面図である。 Next, how the bipolar electrode is manufactured will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view showing how a bipolar electrode is manufactured.

バイポーラ電極を製造する際には、最初に、図２に一点鎖線で示すように、正極集電体１１に正極活物質層１３を塗布する。そして、正極集電体１１および正極活物質層１３を、積層方向に両側からプレスする。プレスの際には、正極活物質層１３が所望の空隙率となり、かつ、正極集電体１１に正極活物質層１３が密着するように、加圧力を調整する。 When manufacturing a bipolar electrode, first, as shown by a one-dot chain line in FIG. 2, a positive electrode active material layer 13 is applied to the positive electrode current collector 11. Then, the positive electrode current collector 11 and the positive electrode active material layer 13 are pressed from both sides in the stacking direction. At the time of pressing, the applied pressure is adjusted so that the positive electrode active material layer 13 has a desired porosity and the positive electrode active material layer 13 is in close contact with the positive electrode current collector 11.

同様に、負極集電体１２に負極活物質層１４を塗布し、プレスにより所望の空隙率に調整する。 Similarly, the negative electrode active material layer 14 is applied to the negative electrode current collector 12 and adjusted to a desired porosity by pressing.

そして、正極集電体１１の正極活物質層１３が形成されていない面と、負極集電体１２の負極活物質層１４が形成されていない面とを向かい合わせにして、間に接着層１５を挟んで重ね合わせる。すると、図１に示すようなバイポーラ電極１０が形成される。 The surface of the positive electrode current collector 11 on which the positive electrode active material layer 13 is not formed and the surface of the negative electrode current collector 12 on which the negative electrode active material layer 14 is not formed face each other, and the adhesive layer 15 is interposed therebetween. Overlapping As a result, a bipolar electrode 10 as shown in FIG. 1 is formed.

なお、図２では、接着層１５だけで独立して層をなしているように表現している。しかし、通常、接着層１５は、独立して層はなさず、半液状である。したがって、正極集電体１１の正極活物質層１３が形成されていない面、または、負極集電体１２の負極活物質層１４が形成されていない面に、接着剤を塗布して、接着層１５を形成する。 In FIG. 2, it is expressed that the adhesive layer 15 alone forms a layer independently. However, the adhesive layer 15 usually does not form a layer independently but is semi-liquid. Therefore, an adhesive is applied to the surface of the positive electrode current collector 11 where the positive electrode active material layer 13 is not formed or the surface of the negative electrode current collector 12 where the negative electrode active material layer 14 is not formed. 15 is formed.

次に、上記バイポーラ電極を用いて作成したバイポーラ電池について説明する。 Next, a bipolar battery prepared using the bipolar electrode will be described.

図３は、バイポーラ電池の断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of a bipolar battery.

バイポーラ電池２０は、電池要素３０と外装４０とからなる。 The bipolar battery 20 includes a battery element 30 and an exterior 40.

電池要素３０は、上述のバイポーラ電極１０と電解質層３５とが交互に積層されてなる。これにより、正極活物質層１３と負極活物質層１４との間に、電解質層３５が挟まれて、単電池層３６が構成される。電池要素３０は、複数の単電池層３６が直列接続された構造となる。 The battery element 30 is formed by alternately laminating the bipolar electrodes 10 and the electrolyte layers 35 described above. As a result, the electrolyte layer 35 is sandwiched between the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 14 to form a single cell layer 36. The battery element 30 has a structure in which a plurality of single battery layers 36 are connected in series.

電解質層３５は、ゲルポリマー電解質、または真性ポリマー電解質である。ゲルポリマー電解質とは、イオン導電性を有する固体高分子電解質に電解液を含んだものや、リチウムイオン導電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である。 The electrolyte layer 35 is a gel polymer electrolyte or an intrinsic polymer electrolyte. The gel polymer electrolyte is one in which an electrolyte solution is contained in a solid polymer electrolyte having ionic conductivity, or a similar electrolyte solution is held in a polymer skeleton having no lithium ion conductivity.

電池要素３０の積層両端には、正極集電体１１’の片面に正極活物質層１３’を形成したもの、および負極集電体１２’の片面に負極活物質層１４’を形成したものが配置される。電池要素３０の積層の両端に配置される正極集電体１１’および負極集電体１２’は、それぞれ、間に積層される正極集電体１１および負極集電体１２よりも大きく形成され、電極タブとして、外装４０の外部に引き出されている。 At both ends of the battery element 30, the positive electrode current collector layer 11 ′ is formed on one side of the positive electrode current collector 11 ′, and the negative electrode current collector layer 12 ′ is formed on the one side of the negative electrode active material layer 14 ′. Be placed. The positive electrode current collector 11 ′ and the negative electrode current collector 12 ′ disposed at both ends of the stack of the battery elements 30 are formed larger than the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 stacked in between, respectively. As an electrode tab, it is drawn out of the exterior 40.

外装４０は、２枚のラミネートシート４１により形成されている。ラミネートシート４１は、アルミニウム層の両面が樹脂層で被覆された三層構造を有する。少なくとも一方のラミネートシート４１は、電池要素３０を内包する空間を設けるために、中高状に加工されている。ラミネートシート４１の縁は、熱融着等により接着される。これにより、外装４０内部に、電池要素３０が密閉される。 The exterior 40 is formed by two laminate sheets 41. The laminate sheet 41 has a three-layer structure in which both surfaces of an aluminum layer are covered with a resin layer. At least one of the laminate sheets 41 is processed into a medium-high shape in order to provide a space that encloses the battery element 30. The edge of the laminate sheet 41 is bonded by heat fusion or the like. Thereby, the battery element 30 is sealed inside the exterior 40.

以上のように、本実施形態では、バイポーラ電極１０の集電体を正極集電体１１と負極集電体１２に分けている。したがって、正極活物質層１３を形成した正極集電体１１と、負極活物質層１４を形成した負極集電体１２とを、別々にプレスできる。この結果、正極活物質層１３と負極活物質層１４とを別々に所望の密度に調整し、また所望の密着性が得られる。これにより、バイポーラ電池２０を構成したときに、所望の出力、および耐久性が得られる。 As described above, in the present embodiment, the current collector of the bipolar electrode 10 is divided into the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12. Therefore, the positive electrode current collector 11 on which the positive electrode active material layer 13 is formed and the negative electrode current collector 12 on which the negative electrode active material layer 14 is formed can be pressed separately. As a result, the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 14 are separately adjusted to a desired density, and desired adhesion is obtained. Thereby, when the bipolar battery 20 is configured, desired output and durability can be obtained.

また、バイポーラ電極１０において、正極集電体１１と負極集電体１２との間に接着層１５が設けられ、正極集電体１１と負極集電体１２とが接着されている。したがって、振動が与えられても、正極集電体１１と負極集電体１２がずれることがなく、耐震性が向上される。ただし、接着層１５を設けなくても、電池要素３０の各部を保持する機構があれば、耐震性は確保される。 In the bipolar electrode 10, an adhesive layer 15 is provided between the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12, and the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 are bonded. Therefore, even if vibration is applied, the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 do not shift, and the earthquake resistance is improved. However, even if the adhesive layer 15 is not provided, if there is a mechanism for holding each part of the battery element 30, the earthquake resistance is ensured.

接着層１５には、ＰＴＣ材料が含まれている。温度が上昇すると接着層１５の抵抗値が増大する。したがって、短絡等が起こって温度が上昇することがあっても、過剰電流が流れることを防止できる。 The adhesive layer 15 contains a PTC material. When the temperature rises, the resistance value of the adhesive layer 15 increases. Therefore, even if the temperature rises due to a short circuit or the like, it is possible to prevent excessive current from flowing.

また、正極集電体１１にアルミニウムを用い、負極集電体１２に銅を用いている。バイポーラ電池の集電体としては、正極側にアルミニウムを用い、負極側に銅を用いることによって、正極集電体１１および負極集電体１２の劣化を防止し、耐久性を向上できる。 Further, aluminum is used for the positive electrode current collector 11, and copper is used for the negative electrode current collector 12. As the current collector of the bipolar battery, by using aluminum on the positive electrode side and copper on the negative electrode side, deterioration of the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 can be prevented and durability can be improved.

また、上記バイポーラ電池２０において、電解質層３５にゲルポリマー電解質を用いることによって、電解液が漏れることを防止でき、かつ耐熱性を向上できる。電解質層３５に真性ポリマー電解質を設ければ、さらに液漏れ防止効果が得られ、耐熱性を向上できる。 In the bipolar battery 20, by using a gel polymer electrolyte for the electrolyte layer 35, it is possible to prevent the electrolyte from leaking and to improve the heat resistance. If an intrinsic polymer electrolyte is provided in the electrolyte layer 35, a liquid leakage preventing effect can be further obtained and heat resistance can be improved.

なお、上記バイポーラ電池２０の構成は、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている公知の材料を用いればよく、特に限定されるものではない。以下に、このバイポーラ電池２０に使用することのできる集電体、正極活物質層、負極活物質層、電解質等について参考までに説明する。 The configuration of the bipolar battery 20 may be a known material used for a general lithium ion secondary battery, and is not particularly limited. The current collector, positive electrode active material layer, negative electrode active material layer, electrolyte, and the like that can be used for the bipolar battery 20 will be described below for reference.

［集電体］
集電体は、集電体は表面材質がアルミニウムであれば、その構成については特に限定されない。集電体がアルミニウムそのものであってもよい。また、集電体の表面がアルミニウムで被覆されている形態であってもよい。つまり、アルミニウム以外の物質（銅、チタン、ニッケル、ＳＵＳ、これらの合金など）の表面に、アルミニウムを被覆させた集電体であってもよい。場合によっては、２以上の板を張り合わせた集電体を用いてもよい。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウム箔単体を集電体として用いることが好ましい。集電体の厚さは特に限定されないが、通常は１０〜１００μｍ程度である。 [Current collector]
The structure of the current collector is not particularly limited as long as the surface material of the current collector is aluminum. The current collector may be aluminum itself. In addition, the surface of the current collector may be covered with aluminum. That is, a current collector in which aluminum is coated on the surface of a substance other than aluminum (such as copper, titanium, nickel, SUS, or an alloy thereof) may be used. In some cases, a current collector in which two or more plates are bonded together may be used. From the viewpoint of corrosion resistance, ease of production, economy, and the like, it is preferable to use an aluminum foil alone as a current collector. Although the thickness of a collector is not specifically limited, Usually, it is about 10-100 micrometers.

［正極活物質層］
正極活物質層は、正極活物質、バインダー、固体高分子電解質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるために支持塩（リチウム塩）、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。 [Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material, a binder, and a solid polymer electrolyte. In addition to this, a supporting salt (lithium salt) for increasing ionic conductivity, a conductive auxiliary agent for increasing electronic conductivity, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) as a solvent for adjusting slurry viscosity, a polymerization initiator AIBN (azobisisobutyronitrile) and the like may be included.

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、リチウムと遷移金属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。正極活物質層活物質としてリチウム一遷移金属複合酸化物を用いることにより、積層型電池の反応性、サイクル耐久性を向上させ、低コストにすることができる。 As the positive electrode active material, a composite oxide of lithium and a transition metal, which is also used in a solution-type lithium ion battery, can be used. Specifically, Li / Co-based composite oxides such as LiCoO2, Li / Ni-based composite oxides such as LiNiO2, Li / Mn-based composite oxides such as spinel LiMn2O4, Li / Fe-based composite oxides such as LiFeO2 and the like Is mentioned. In addition, transition metal and lithium phosphate compounds and sulfuric acid compounds such as LiFePO4; transition metal oxides and sulfides such as V2O5, MnO2, TiS2, MoS2, and MoO3; PbO2, AgO, and NiOOH. By using a lithium-transition metal composite oxide as the positive electrode active material layer active material, the reactivity and cycle durability of the stacked battery can be improved and the cost can be reduced.

正極活物質の粒径は、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０．１〜５μｍであるとよい。 In order to reduce the electrode resistance of the bipolar battery, the positive electrode active material may have a particle size smaller than that generally used in a solution type lithium ion battery in which the electrolyte is not solid. Specifically, the average particle diameter of the positive electrode active material is preferably 0.1 to 5 μm.

固体高分子電解質は、イオン伝導性を有する高分子であれば、特に限定されるものではない。イオン伝導性を有する高分子としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体などが挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子は、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２などのリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。本発明において固体高分子電解質は、正極活物質層または負極活物質層の少なくとも一方に含まれる。ただし、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。 The solid polymer electrolyte is not particularly limited as long as it is a polymer having ion conductivity. Examples of the polymer having ion conductivity include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. Such polyalkylene oxide polymers can dissolve lithium salts such as LiBF 4, LiPF 6, LiN (SO 2 CF 3) 2, and LiN (SO 2 C 2 F 5) 2 well. Moreover, excellent mechanical strength is exhibited by forming a crosslinked structure. In the present invention, the solid polymer electrolyte is contained in at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. However, in order to further improve the battery characteristics of the bipolar battery, it is preferable to be included in both.

支持塩としては、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、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 supporting salt, Li (C2F5SO2) 2N, LiBF4, LiPF6, LiN (SO2C2F5) 2, or a mixture thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these.

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。 Examples of the conductive assistant include acetylene black, carbon black, and graphite. However, it is not necessarily limited to these.

正極活物質層における、正極活物質、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。例えば、活物質層内における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、活物質層内における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。したがって、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。 The amount of the positive electrode active material, solid polymer electrolyte, lithium salt, and conductive additive in the positive electrode active material layer should be determined in consideration of the intended use of the battery (output priority, energy priority, etc.) and ion conductivity. is there. For example, if the amount of the solid polymer electrolyte in the active material layer 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, if the amount of the solid polymer electrolyte in the active material layer is too large, the energy density of the battery is lowered. Therefore, in consideration of these factors, the solid polymer electrolytic mass meeting the purpose is determined.

ここで現状レベルの固体高分子電解質（イオン伝導度：１０−５〜１０−４Ｓ／ｃｍ）を用いて電池反応性を優先するバイポーラ電池を製造する場合について、具体的に考えてみる。かような特徴を有するバイポーラ電池を得るには、導電助剤を多めにしたり活物質のかさ密度を下げたりして、活物質粒子間の電子伝導抵抗を低めに保つ。同時に空隙部を増やし、該空隙部に固体高分子電解質を充填する。かような処理によって固体高分子電解質の割合を高めるとよい。 Here, the case where a bipolar battery giving priority to battery reactivity is manufactured using a solid polymer electrolyte (ion conductivity: 10-5 to 10-4 S / cm) at the current level will be specifically considered. In order to obtain a bipolar battery having such characteristics, the electron conduction resistance between the active material particles is kept low by increasing the conductive auxiliary agent or reducing the bulk density of the active material. At the same time, the gap is increased, and the gap is filled with a solid polymer electrolyte. The ratio of the solid polymer electrolyte may be increased by such treatment.

正極活物質層の厚さは、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５〜５００μｍ程度である。 The thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and should be determined in consideration of the intended use of the battery (such as emphasis on output and energy) and ion conductivity, as described for the blending amount. The thickness of a general positive electrode active material layer is about 5 to 500 μm.

［負極活物質層］
負極活物質層は、負極活物質、バインダー、固体高分子電解質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるために支持塩（リチウム塩）、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。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極活物質」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。 [Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material, a binder, and a solid polymer electrolyte. In addition to this, a supporting salt (lithium salt) for increasing ionic conductivity, a conductive assistant for increasing electron conductivity, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) as a solvent for adjusting slurry viscosity, a polymerization initiator AIBN (azobisisobutyronitrile) and the like may be included. Except for the type of the negative electrode active material, the contents are basically the same as those described in the section “Positive electrode active material”, and thus the description thereof is omitted here.

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。ただし、本発明のバイポーラ電池は固体高分子電解質が用いられるため、固体高分子電解質での反応性を考慮すると、カーボンもしくはリチウムと金属酸化物もしくは金属との複合酸化物が好ましい。より好ましくは、負極活物質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である。さらに好ましくは、遷移金属はチタンである。つまり、負極活物質は、チタン酸化物またはチタンとリチウムとの複合酸化物であることがさらに好ましい。 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. However, since the solid polymer electrolyte is used in the bipolar battery of the present invention, a composite oxide of carbon or lithium and a metal oxide or metal is preferable in consideration of the reactivity with the solid polymer electrolyte. More preferably, the negative electrode active material is a composite oxide of carbon or lithium and a transition metal. More preferably, the transition metal is titanium. That is, the negative electrode active material is more preferably titanium oxide or a composite oxide of titanium and lithium.

負極活物質層活物質としてカーボンもしくはリチウムと遷移金属との複合酸化物を用いることにより、積層型電池の反応性、サイクル耐久性を向上させ、低コストにすることができる。 By using a composite oxide of carbon or lithium and a transition metal as the negative electrode active material layer active material, the reactivity and cycle durability of the stacked battery can be improved and the cost can be reduced.

［電解質層］
イオン伝導性を有する高分子から構成される層であり、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。液漏れの防止のために固体電解質を用いることが好ましい。固体電解質としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が挙げられる。固体高分子電解質層中には、イオン伝導性を確保するために支持塩（リチウム塩）が含まれる。支持塩としては、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、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。ＰＥＯ、ＰＰＯのようなポリアルキレンオキシド系高分子は、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２などのリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。 [Electrolyte layer]
The material is not limited as long as it is a layer composed of a polymer having ion conductivity and exhibits ion conductivity. It is preferable to use a solid electrolyte for preventing liquid leakage. Examples of the solid electrolyte include known solid polymer electrolytes such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. The solid polymer electrolyte layer contains a supporting salt (lithium salt) in order to ensure ionic conductivity. As the supporting salt, LiBF4, LiPF6, LiN (SO2CF3) 2, LiN (SO2C2F5) 2, or a mixture thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these. Polyalkylene oxide polymers such as PEO and PPO can dissolve lithium salts such as LiBF4, LiPF6, LiN (SO2CF3) 2, and LiN (SO2C2F5) 2 well. Moreover, excellent mechanical strength is exhibited by forming a crosslinked structure.

また、高分子ゲル電解質とは、一般的に、イオン伝導性を有する全固体高分子電解質に、電解液を保持させたものをいう。電解液（電解質塩および可塑剤）としては、特に制限されるべきものではなく、従来既知の各種電解液を適宜使用することができるものである。例えば、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可塑剤（有機溶媒）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。 The polymer gel electrolyte generally refers to an electrolyte solution held in an all-solid polymer electrolyte having ion conductivity. The electrolytic solution (electrolyte salt and plasticizer) is not particularly limited, and various conventionally known electrolytic solutions can be appropriately used. For example, at least selected from inorganic acid anion salts such as LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiTaF6, LiAlCl4, Li2B10Cl10, organic acid anion salts such as LiCF3SO3, Li (CF3SO2) 2N, and Li (C2F5SO2) 2N 1 type lithium salt (electrolyte salt), cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4- Ethers such as dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; methyl propionate Esters of amides such as dimethylformamide; those using a plasticizer (organic solvent) such as an aprotic solvent in which at least one selected from methyl acetate and methyl formate is mixed Can be used. However, it is not necessarily limited to these.

なお、本願では、リチウムイオン伝導性を有し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、前記高分子ゲル電解質に含まれるものとする。用いられる電解液（電解質塩および可塑剤）の種類等は特に制限されない。 In the present application, a polymer electrolyte having a similar electrolyte solution held in a polymer skeleton having no lithium ion conductivity is also included in the polymer gel electrolyte. The type of electrolyte solution (electrolyte salt and plasticizer) used is not particularly limited.

イオン導伝性を有する固体高分子電解質としては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が挙げられる。 Examples of the solid polymer electrolyte having ion conductivity include known solid polymer electrolytes such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof.

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、例えば、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。 For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), etc. are used as the polymer having no lithium ion conductivity used in the polymer gel electrolyte. it can. However, it is not necessarily limited to these. Note that PAN, PMMA, etc. are in a class that has almost no ionic conductivity, and therefore can be a polymer having the above ionic conductivity, but here, they are used for a polymer gel electrolyte. This is exemplified as a polymer having no lithium ion conductivity.

また、電解質層が高分子ゲル電解質からなる場合、前記電解質層は、高分子ゲル原料溶液を不織布などのセパレータに含浸させた後、上記の種々の方法を用いて重合することにより形成されたものであってもよい。セパレータを用いることにより、電解液の充填量を高めることができるとともに、電池内部の熱伝導性が確保される。 When the electrolyte layer is made of a polymer gel electrolyte, the electrolyte layer is formed by impregnating a separator such as a nonwoven fabric with a polymer gel raw material solution and then polymerizing using the above-described various methods. It may be. By using the separator, the filling amount of the electrolytic solution can be increased, and the thermal conductivity inside the battery is ensured.

［ラミネートシート］
ラミネートシートは電池の外装材として用いられる。一般には、熱融着性樹脂フィルム、金属箔、剛性を有する樹脂フィルムがこの順序で積層された高分子金属複合フィルムが用いられる。 [Laminate sheet]
The laminate sheet is used as a battery exterior material. In general, a polymer metal composite film in which a heat-fusible resin film, a metal foil, and a resin film having rigidity are laminated in this order is used.

熱融着性樹脂としては、たとえばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アイオノマー、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）等を用いることができる。金属箔としては、たとえばＡｌ箔、Ｎｉ箔を用いることができる。剛性を有する樹脂としては、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステルやポリアミド（ナイロン（登録商標））など、ポリアミド系合成繊維等を用いることができる。具体的には、シール面側から外面に向けて積層したＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム；ＰＥ／Ａｌ箔／ナイロン（登録商標）の積層フィルム；アイオノマー／Ｎｉ箔／ＰＥＴの積層フィルム；ＥＶＡ／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム；アイオノマー／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム等を用いることができる。熱融着性樹脂フィルムは、電池要素を内部に収納する際のシール層として作用する。金属箔や剛性を有する樹脂フィルムは、湿性、耐通気性、耐薬品性を外装材に付与する。ラミネートシートは、ヒートシール、インパルスシール、超音波融着、高周波融着等の熱融着を用いて、容易かつ確実に接合させることができる。 As the heat-fusible resin, for example, polyethylene (PE), polypropylene (PP), modified polyethylene, modified polypropylene, ionomer, ethylene vinyl acetate (EVA) and the like can be used. As the metal foil, for example, Al foil or Ni foil can be used. As the resin having rigidity, polyamide synthetic fibers such as polyester such as polyethylene terephthalate (PET) and polyamide (nylon (registered trademark)) can be used. Specifically, a PE / Al foil / PET laminated film laminated from the sealing surface side to the outer surface; a PE / Al foil / nylon (registered trademark) laminated film; an ionomer / Ni foil / PET laminated film; EVA / Al foil / PET laminated film; ionomer / Al foil / PET laminated film and the like can be used. The heat-fusible resin film acts as a seal layer when the battery element is housed inside. A metal foil or a rigid resin film imparts moisture, breathability, and chemical resistance to the exterior material. The laminate sheet can be easily and reliably bonded using heat sealing such as heat sealing, impulse sealing, ultrasonic welding, and high-frequency welding.

（実施例）
次に、実際に上記バイポーラ電池を製作して評価を行った実施例について説明する。 (Example)
Next, examples in which the bipolar battery is actually manufactured and evaluated will be described.

＜サンプル作製＞
実施例として、上記実施形態に対応するバイポーラ電池２０を複数作成した。作成したバイポーラ電池の共通する構成は、次の通りである。 <Sample preparation>
As an example, a plurality of bipolar batteries 20 corresponding to the above embodiment were produced. The common structure of the created bipolar battery is as follows.

［正極の製造］
正極集電体１１には、厚さ２０μｍのアルミニウムまたはステンレス（ＳＵＳ）箔を使用した。正極集電体１１の片面に、マンガン酸リチウム（平均粒径５μｍ）９０重量％とポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）５重量％とアセチレンブラック５重量％とを含有する塗料を塗布・乾燥して、正極活物質層１３が形成された正極シートを得た。正極シートを所定の空隙率となるように、プレスした。 [Production of positive electrode]
As the positive electrode current collector 11, an aluminum or stainless steel (SUS) foil having a thickness of 20 μm was used. A coating containing 90% by weight of lithium manganate (average particle size 5 μm), 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF), and 5% by weight of acetylene black was applied to one surface of the positive electrode current collector 11 and dried to form a positive electrode. A positive electrode sheet on which the active material layer 13 was formed was obtained. The positive electrode sheet was pressed so as to have a predetermined porosity.

［負極の製造］
負極集電体１２には、厚さ２０μｍの銅またはステンレス（ＳＵＳ）箔を使用した。負極集電体１２の片面に、ハードカーボン粒子（平均粒径６μｍ）９５重量％とＰＶｄＦ５重量％を含有する塗料を塗布・乾燥して、負極活物質層１４が形成された負極シートを得た。負極シートを所定の空隙率となるようにプレスした。 [Manufacture of negative electrode]
As the negative electrode current collector 12, a copper or stainless steel (SUS) foil having a thickness of 20 μm was used. A coating containing 95% by weight of hard carbon particles (average particle size 6 μm) and 5% by weight of PVdF was applied to one surface of the negative electrode current collector 12 and dried to obtain a negative electrode sheet on which the negative electrode active material layer 14 was formed. . The negative electrode sheet was pressed to a predetermined porosity.

［箔の接着］
導電性フィラーとＰＴＣ特性を有する粒子とエポキシを所定の混合比で混合したものを、負極シートの負極活物質層１４が形成されていない方の面に塗布し、正極シートを張り合わせて、バイポーラ電極１０とした。 [Foil bonding]
A mixture of a conductive filler, particles having PTC characteristics, and epoxy mixed at a predetermined mixing ratio is applied to the surface of the negative electrode sheet on which the negative electrode active material layer 14 is not formed, and the positive electrode sheet is bonded to the bipolar electrode. It was set to 10.

［リチウム二次電池の製造］
ＬｉＢＥＴＩを１ｍｏｌ／Ｌの割合で含有するプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒（混合体積比１：１）電解液９５重量％に、ＰＥＯ系ポリマー前駆体５重量％を加え、さらに重合開始剤をポリマー重量に対して１０００ｐｐｍ加えて、ゲルポリマー前駆体溶液とした。 [Manufacture of lithium secondary batteries]
5% by weight of a PEO-based polymer precursor is added to 95% by weight of a mixed solvent of propylene carbonate and ethylene carbonate containing LiBETI at a ratio of 1 mol / L (mixing volume ratio 1: 1), and a polymerization initiator is further added. 1000 ppm was added to the polymer weight to obtain a gel polymer precursor solution.

膜厚４０μｍの不織布フィルム１枚にゲルポリマー前駆体を塗布・含浸させて、電解質層３５を形成した。バイポーラ電極１０にも、ゲルポリマー前駆体を塗布・含浸させた状態で、最初に、正極シートを配置し、その上に、電解質層３５、バイポーラ電極１０、電解質層３５を順番に積層し、最後に、負極シートを積層した。これを、８０℃で１時間加熱することによって、電解質層３５及び正負極の空隙中の電解質が非流動性電解質からなる電池要素３０を得た。 The electrolyte layer 35 was formed by applying and impregnating a gel polymer precursor to one nonwoven fabric film having a thickness of 40 μm. First, a positive electrode sheet is disposed on the bipolar electrode 10 in a state where the gel polymer precursor is applied and impregnated, and the electrolyte layer 35, the bipolar electrode 10, and the electrolyte layer 35 are sequentially stacked on the positive electrode sheet. In addition, a negative electrode sheet was laminated. This was heated at 80 ° C. for 1 hour to obtain a battery element 30 in which the electrolyte in the gap between the electrolyte layer 35 and the positive and negative electrodes was a non-fluidic electrolyte.

得られた電池要素３０を、アルミニウム層の両面を樹脂層で被覆した２枚のラミネートフィルム４１で挟み、正極集電体１１’および負極集電体１３’を引き出しつつ、真空封止して単電池層が２層のバイポーラ電池を形成した。 The obtained battery element 30 is sandwiched between two laminated films 41 each having both surfaces of an aluminum layer covered with a resin layer, and the positive electrode current collector 11 ′ and the negative electrode current collector 13 ′ are drawn out and vacuum sealed. A bipolar battery having two battery layers was formed.

（実施例１）
実施例１では、正極集電体１１および負極集電体１３にステンレス板を使用した。また、導電性フィラーとＰＴＣ特性を有する材料とエポキシを所定の混合比で混合した接着剤を、負極シートの負極活物質層１４が形成されていない方の面に塗布した。塗布した面に、正極シートの正極活物質層１３が形成されていない方の面を張り合わせて、バイポーラ電極１０を形成した。 (Example 1)
In Example 1, stainless steel plates were used for the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 13. In addition, an adhesive obtained by mixing a conductive filler, a material having PTC characteristics, and epoxy at a predetermined mixing ratio was applied to the surface of the negative electrode sheet on which the negative electrode active material layer 14 was not formed. The bipolar electrode 10 was formed by pasting the coated surface of the positive electrode sheet on which the positive electrode active material layer 13 is not formed.

（実施例２）
実施例２では、正極集電体１１にアルミニウム板を使用し、負極集電体１３に銅板を使用した。実施例２においても、実施例１と同様に、正極シートと負極シートの間に接着剤を塗布して、接着層１５を形成した。 (Example 2)
In Example 2, an aluminum plate was used for the positive electrode current collector 11 and a copper plate was used for the negative electrode current collector 13. Also in Example 2, as in Example 1, the adhesive layer 15 was formed by applying an adhesive between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet.

（実施例３）
実施例３では、正極集電体１１にアルミニウム板を使用し、負極集電体１３に銅板を使用した。実施例３においては、正極シートと負極シートとの間に接着剤を塗布しなかった。正極シートの正極活物質層１３が形成されていない面と、負極シートの負極活物質層１４が形成されていない面とを重ね合わせて、バイポーラ電極とした。 Example 3
In Example 3, an aluminum plate was used for the positive electrode current collector 11 and a copper plate was used for the negative electrode current collector 13. In Example 3, no adhesive was applied between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet. The surface of the positive electrode sheet on which the positive electrode active material layer 13 is not formed and the surface of the negative electrode sheet on which the negative electrode active material layer 14 is not formed are overlapped to form a bipolar electrode.

（比較例）
また、この評価の比較例として、従来と同様に１枚の集電体からなるバイポーラ電極を用いて、バイポーラ電池を作成した。集電体にはステンレス板を使用し、その一方の面に正極活物質層を形成し、他方の面に負極活物質層を形成して、バイポーラ電極とした。バイポーラ電極と電解質層とを交互に積層して、単電池層が３層のバイポーラ電池を形成した。 (Comparative example)
In addition, as a comparative example of this evaluation, a bipolar battery was produced using a bipolar electrode made of a single current collector as in the conventional case. A stainless steel plate was used as the current collector, and a positive electrode active material layer was formed on one surface thereof, and a negative electrode active material layer was formed on the other surface to obtain a bipolar electrode. Bipolar electrodes and electrolyte layers were alternately stacked to form a bipolar battery having three cell layers.

＜評価＞
（放電効率試験）
実施例１〜３、および比較例１のバイポーラ電池について、０．５Ｃに相当する電流で、４．２Ｖとなるまで、１０時間の定電流充電を行った。１０分間放置した後、満充電状態の各バイポーラ電池について、電圧が２．５Ｖとなるまで、１０Ｃに相当する電流を流した。そして、１０分間放置した。 <Evaluation>
(Discharge efficiency test)
The bipolar batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were subjected to constant current charging for 10 hours at a current corresponding to 0.5 C until 4.2 V was obtained. After leaving for 10 minutes, a current corresponding to 10 C was passed through each fully charged bipolar battery until the voltage reached 2.5V. And left for 10 minutes.

そして、放電電力と充電電力の比率、いわゆる放電効率を求めた。 And the ratio of discharge electric power and charging electric power, what is called discharge efficiency was calculated | required.

（耐久試験）
実施例１〜３、および比較例１のバイポーラ電池について、１Ｃに相当する電流で、４．２Ｖとなるまで、定電流定電圧充電を行った。１０分間放置した後、電圧が２．５Ｖとなるまで、１Ｃに相当する電流を流した。再度、１０分間放置した。これを５００サイクル繰り返し、５００サイクル後の容量を調べた。 (An endurance test)
The bipolar batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were subjected to constant current and constant voltage charging at a current corresponding to 1 C until 4.2 V was obtained. After standing for 10 minutes, a current corresponding to 1 C was passed until the voltage reached 2.5V. Again, it was left for 10 minutes. This was repeated 500 cycles, and the capacity after 500 cycles was examined.

（異常時信頼性試験）
実施例１〜３、および比較例１のバイポーラ電池について、各電池の表面に熱電対を取り付け、単電池層を強制的に短絡させて、温度が１００℃以上になるかどうか調べた。１００℃以上になった場合を「ＮＧ」とし、１００℃未満なら「ＯＫ」と評価した。 (Abnormal reliability test)
About the bipolar battery of Examples 1-3 and the comparative example 1, the thermocouple was attached to the surface of each battery, the single cell layer was forcibly short-circuited, and it was investigated whether temperature became 100 degreeC or more. The case where it became 100 degreeC or more was set to "NG", and if it was less than 100 degreeC, it evaluated as "OK".

上記各試験を行った結果は、図４に示される。 The results of the above tests are shown in FIG.

図４は、各試験結果を示す図である。 FIG. 4 shows the results of each test.

放電効率試験では、図４に示すように、実施例１〜３のバイポーラ電池については、大電流を流した場合でも、８５％以上の放電効率が得られた。一方で、比較例１のバイポーラ電池では、放電効率が７７％と、実施例１〜３のバイポーラ電池よりも劣った。 In the discharge efficiency test, as shown in FIG. 4, for the bipolar batteries of Examples 1 to 3, a discharge efficiency of 85% or more was obtained even when a large current was passed. On the other hand, the bipolar battery of Comparative Example 1 was inferior to the bipolar batteries of Examples 1 to 3 with a discharge efficiency of 77%.

この放電効率試験により、集電体を正極集電体と負極集電体の２枚に分割した方が、放電効率が向上することがわかった。これは、集電体を分割することにより、正極活物質層および負極活物質層を別々にプレスでき、それらの空隙率を別個に調整できたからであると考えられる。 From this discharge efficiency test, it was found that the discharge efficiency was improved when the current collector was divided into a positive electrode current collector and a negative electrode current collector. This is considered to be because, by dividing the current collector, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer could be pressed separately, and their porosity could be adjusted separately.

耐久試験では、図４に示すように、実施例２、３のバイポーラ電池については、５００サイクル後でも容量がほとんど低下せず、９０％以上残った。一方、実施例１および比較例のバイポーラ電池については、容量が６０％程度まで低下した。 In the endurance test, as shown in FIG. 4, the capacity of the bipolar batteries of Examples 2 and 3 hardly decreased even after 500 cycles, and remained 90% or more. On the other hand, about the bipolar battery of Example 1 and the comparative example, the capacity | capacitance fell to about 60%.

この耐久試験により、集電体を一様にステンレス板とするのではなく、正極集電体にはアルミニウム板、負極集電体には銅板を用いると耐久性が向上することがわかった。これは、ステンレス板だと、繰り返し使用することで、成分が一部溶け出してくるからである。 From this durability test, it was found that the durability was improved when an aluminum plate was used for the positive electrode current collector and a copper plate was used for the negative electrode current collector, instead of uniformly forming the current collector as a stainless steel plate. This is because, with a stainless steel plate, the components are partially dissolved by repeated use.

異常時信頼性試験では、図４に示すように、実施例１、２のバイポーラ電池については、ＯＫの評価が得られ、実施例３および比較例のバイポーラ電池については、ＮＧの評価が得られた。 In the abnormal reliability test, as shown in FIG. 4, the bipolar battery of Examples 1 and 2 was evaluated as OK, and the bipolar battery of Example 3 and Comparative Example was evaluated as NG. It was.

この異常時信頼性試験により、ＰＴＣ材料を含む接着層を設けることによって、所定の温度以上に温度が上昇することを防止できることがわかった。ＰＴＣ材料を含むので、１００℃近くなると、電気抵抗値が増加するので、電流がほとんど流れず、発熱が防止されるからである。 From this abnormal reliability test, it was found that by providing an adhesive layer containing a PTC material, it is possible to prevent the temperature from rising above a predetermined temperature. This is because since the PTC material is included, when the temperature is close to 100 ° C., the electrical resistance value increases, so that almost no current flows and heat generation is prevented.

（第２実施形態）
第２実施形態では、上記第１実施形態で示したバイポーラ電池２０を複数個、並列および／または直列に接続して、組電池を構成する。 (Second Embodiment)
In the second embodiment, a plurality of bipolar batteries 20 shown in the first embodiment are connected in parallel and / or in series to constitute an assembled battery.

図５は第２実施形態に係る組電池の斜視図であり、図６は組電池の内部構成を上方から見た図面である。 FIG. 5 is a perspective view of the assembled battery according to the second embodiment, and FIG. 6 is a view of the internal configuration of the assembled battery as viewed from above.

図５および図６に示すように組電池５０は、上述した第１実施形態によるバイポーラ電池２０を複数個接続したものである。バイポーラ電池２０同士は、導電バー５３により各電池の電極タブ１１’、１２’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、電極として一側面に設けられている。 As shown in FIGS. 5 and 6, the assembled battery 50 is obtained by connecting a plurality of the bipolar batteries 20 according to the first embodiment described above. Bipolar batteries 20 are connected to electrode tabs 11 ′ and 12 ′ of the batteries by conductive bars 53. In this assembled battery 50, electrode terminals 51 and 52 are provided on one side as electrodes.

この組電池５０においては、バイポーラ電池２０を複数個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５０を製造することができる。 In this assembled battery 50, ultrasonic welding, heat welding, laser welding, rivet, caulking, electron beam, or the like can be used as a connection method when a plurality of bipolar batteries 20 are connected. By adopting such a connection method, the assembled battery 50 having long-term reliability can be manufactured.

組電池５０によれば、前述した第１実施形態に係るバイポーラ電池２０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。 According to the assembled battery 50, by using the bipolar battery 20 according to the first embodiment described above to form an assembled battery, high capacity and high output can be obtained, and the reliability of each battery is high. Long-term reliability as an assembled battery can be improved.

なお、組電池としてのバイポーラ電池２０の接続は、複数個全て並列に接続してもよいし、また、複数個全て直列に接続してもよく、さらに、直列接続と並列接続とを組み合わせても良い。 In addition, the connection of the bipolar battery 20 as the assembled battery may be all connected in parallel, may be connected in series, or may be a combination of series connection and parallel connection. good.

（第３実施形態）
第３実施形態では、上記第１実施形態のバイポーラ電池２０または第２実施形態の組電池５０を駆動用電源として搭載して、車両を構成する。バイポーラ電池２０または組電池５０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がある。 (Third embodiment)
In the third embodiment, the bipolar battery 20 of the first embodiment or the assembled battery 50 of the second embodiment is mounted as a driving power source to constitute a vehicle. As a vehicle using the bipolar battery 20 or the assembled battery 50 as a motor power source, there is an automobile whose wheels are driven by a motor, such as an electric vehicle and a hybrid vehicle.

参考までに、図７に、組電池５０を搭載する自動車６０の概略図を示す。自動車に搭載される組電池５０は、上記説明した特性を有する。このため、組電池５０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。 For reference, FIG. 7 shows a schematic diagram of an automobile 60 on which the assembled battery 50 is mounted. The assembled battery 50 mounted on the automobile has the characteristics described above. For this reason, the automobile on which the assembled battery 50 is mounted has high durability, and can provide sufficient output even after being used for a long period of time.

バイポーラ電極を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a bipolar electrode. バイポーラ電極を製造する様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that a bipolar electrode is manufactured. バイポーラ電池の断面図である。It is sectional drawing of a bipolar battery. 各試験結果を示す図である。It is a figure which shows each test result. 組電池の斜視図である。It is a perspective view of an assembled battery. 組電池の内部構成を上方から見た図面である。It is drawing which looked at the internal structure of the assembled battery from upper direction. 組電池を搭載する自動車の概略図である。It is the schematic of the motor vehicle carrying an assembled battery.

符号の説明Explanation of symbols

１０…バイポーラ電極、
１１…正極集電体、
１２…負極集電体、
１３…正極活物質層、
１３…負極集電体、
１５…接着層、
２０…バイポーラ電池、
３０…電池要素、
３５…電解質層、
３６…単電池層、
４０…外装、
５０…組電池、
６０…自動車。 10: Bipolar electrode,
11 ... positive electrode current collector,
12 ... negative electrode current collector,
13 ... positive electrode active material layer,
13 ... negative electrode current collector,
15 ... adhesive layer,
20 ... Bipolar battery,
30 ... Battery element,
35 ... electrolyte layer,
36 ... single cell layer,
40 ... exterior,
50 ... assembled battery,
60 ... car.

Claims

片面に正極活物質層が形成された状態でプレスされ、該正極活物質層が所望の厚さに圧縮されてなる正極集電体と、
片面に負極活物質層が形成された状態でプレスされ、該負極活物質層が所望の厚さに圧縮されてなる負極集電体と、
を有し、
前記正極集電体の前記正極活物質層が形成されていない面と、前記負極集電体の前記負極活物質層が形成されていない面とが対向されて接続されているバイポーラ電極。 A positive electrode current collector that is pressed with a positive electrode active material layer formed on one side, and the positive electrode active material layer is compressed to a desired thickness;
A negative electrode current collector formed by pressing the negative electrode active material layer on one side and compressing the negative electrode active material layer to a desired thickness;
Have
A bipolar electrode in which a surface of the positive electrode current collector on which the positive electrode active material layer is not formed and a surface of the negative electrode current collector on which the negative electrode active material layer is not formed are opposed to each other.

前記正極集電体と前記負極集電体との間に配置され、該正極集電体および該負極集電体を接着する接着層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電極。 The bipolar electrode according to claim 1, further comprising an adhesive layer disposed between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector and bonding the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. .

前記接着層は、温度が高くなると電気抵抗値が上昇する特性を有する材料を含むことを特徴とする請求項２に記載のバイポーラ電極。 The bipolar electrode according to claim 2, wherein the adhesive layer includes a material having a characteristic that an electrical resistance value increases when a temperature increases.

前記正極集電体はアルミニウム、前記負極集電体は銅からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバイポーラ電極。 The bipolar electrode according to claim 1, wherein the positive electrode current collector is made of aluminum, and the negative electrode current collector is made of copper.

正極集電体の片面に正極活物質層を形成する工程と、
前記正極活物質層が形成された前記正極集電体を、該正極活物質層が所望の密度になるまでプレスする工程と、
負極集電体の片面に負極活物質層を形成する工程と、
前記負極活物質層が形成された前記負極集電体を、該負極活物質層が所望の密度になるまでプレスする工程と、
前記正極集電体の前記正極活物質層が形成されていない面と、前記負極集電体の前記負極活物質層が形成されていない面とを向かい合わせて接合する工程と、
を含むことを特徴とするバイポーラ電極の製造方法。 Forming a positive electrode active material layer on one side of the positive electrode current collector;
Pressing the positive electrode current collector formed with the positive electrode active material layer until the positive electrode active material layer has a desired density;
Forming a negative electrode active material layer on one side of the negative electrode current collector;
Pressing the negative electrode current collector formed with the negative electrode active material layer until the negative electrode active material layer has a desired density; and
Bonding the face of the positive electrode current collector where the positive electrode active material layer is not formed and the face of the negative electrode current collector where the negative electrode active material layer is not formed;
A method for producing a bipolar electrode, comprising:

請求項１〜４に記載のバイポーラ電極、または請求項５に記載の製造方法により製造されたバイポーラ電極が、電解質を挟んで積層されてなる電池要素と、
前記電池要素の最外層に接続され、電流を取り出すための電極タブと、
前記電池要素を密閉する外装と、
を有するバイポーラ電池。 A battery element in which the bipolar electrode according to any one of claims 1 to 4 or the bipolar electrode produced by the production method according to claim 5 is laminated with an electrolyte interposed therebetween;
An electrode tab connected to the outermost layer of the battery element for extracting current;
An exterior for sealing the battery element;
Bipolar battery having

前記電解質は、ゲルポリマー電解質であることを特徴とする請求項６に記載のバイポーラ電池。 The bipolar battery according to claim 6, wherein the electrolyte is a gel polymer electrolyte.

前記電解質は、真性ポリマー電解質であることを特徴とする請求項６に記載のバイポーラ電池。 The bipolar battery according to claim 6, wherein the electrolyte is an intrinsic polymer electrolyte.

請求項６〜８に記載のバイポーラ電池を複数個接続してなる組電池。 The assembled battery formed by connecting a plurality of the bipolar batteries according to claim 6.

請求項６〜８に記載のバイポーラ電池、または請求項９に記載の組電池を駆動用電源として搭載してなる車両。 A vehicle comprising the bipolar battery according to claim 6 or the assembled battery according to claim 9 as a driving power source.