JP2006172915A - Battery pack, compound battery pack and manufacturing method for battery pack - Google Patents

Battery pack, compound battery pack and manufacturing method for battery pack Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for efficiently manufacturing a battery pack to omit a special process for connecting batteries. <P>SOLUTION: This battery pack has two or more batteries each comprising a current collector 40, a positive electrode 50, an electrolyte layer 60 and a negative electrode 70 formed on a substrate by using an ink jet system and a conductor 20 electrically connecting the batteries formed by using the ink jet system. The conductor part 20 may be a semiconductor which can electrically connect the batteries. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、複数の電池が組み合わされた組電池、および組電池が組み合わされた複合組電池に関する。本発明の電池は、例えば、電気自動車等のモータ駆動用電源として用いられる。   The present invention relates to an assembled battery in which a plurality of batteries are combined, and a composite assembled battery in which the assembled batteries are combined. The battery of the present invention is used, for example, as a power source for driving a motor of an electric vehicle or the like.

近年、環境保護運動の高まりを背景として、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリット自動車（ＨＥＶ）、燃料電池車（ＦＣＶ）の導入が強く所望されており、これらのモータ駆動用電池の開発が行われている。これらのモータ駆動用電池としては、繰り返し充電可能な二次電池が使用される。ＥＶ、ＨＥＶ、ＦＣＶは、高出力および高エネルギー密度を必要とするため、単一の大型電池で対応することは、事実上不可能である。そこで、所望の電圧が得られるように、電池を複数個直列に組み合わせた組電池を使用することが一般的である。   In recent years, there has been a strong demand for the introduction of electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HEV), and fuel cell vehicles (FCV) against the background of the increasing environmental protection movement, and these motor drive batteries have been developed. Yes. As these motor drive batteries, rechargeable secondary batteries are used. Since EV, HEV, and FCV require high output and high energy density, it is virtually impossible to cope with a single large battery. Therefore, it is common to use an assembled battery in which a plurality of batteries are combined in series so that a desired voltage can be obtained.

しかしながら、接続部を介して電池を接続した場合、接続のための部品点数や組み付け工数が増加してしまい、製造の効率性が低下してしまう。また、接続部の電気抵抗によって出力が低下してしまう。さらに、接続部のための空間によって、電池の出力密度やエネルギー密度の低下がもたらされる。接続部の電気抵抗を減らし、接続部の占める体積を減少させる手段としては、例えば、集電体の両側に正極活物質と負極活物質とを配置したバイポーラー電池が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−９５４００号公報 However, when a battery is connected via a connection portion, the number of parts for connection and the number of assembling steps increase, and the manufacturing efficiency decreases. Further, the output is reduced by the electrical resistance of the connection portion. In addition, the space for the connection portion reduces the output density and energy density of the battery. As means for reducing the electrical resistance of the connection part and reducing the volume occupied by the connection part, for example, a bipolar battery in which a positive electrode active material and a negative electrode active material are arranged on both sides of a current collector is disclosed (for example, Patent Document 1).
JP 2004-95400 A

本発明の目的は、効率的に組電池を製造する手段を提供することである。   An object of the present invention is to provide a means for efficiently manufacturing an assembled battery.

本発明は、インクジェット方式を用いて基板上に形成された２以上の電池と、インクジェット方式を用いて形成された、前記電池を電気的に接続する導体部とを有する組電池である。   The present invention is an assembled battery having two or more batteries formed on a substrate using an ink jet method and a conductor portion that is formed using an ink jet method and electrically connects the batteries.

また本発明は、インクジェット方式を用いて基板上に形成された２以上の電池と、インクジェット方式を用いて形成された、前記電池を電気的に接続可能な半導体部とを有する組電池である。   In addition, the present invention is an assembled battery including two or more batteries formed on a substrate using an ink jet method and a semiconductor portion formed using the ink jet method and capable of electrically connecting the batteries.

また本発明は、正極活物質を含む正極インクをインクジェット方式で噴出して正極を形成する段階と、負極活物質を含む負極インクをインクジェット方式で噴出して負極を形成する段階と、導電性粒子を含む導体インクをインクジェット方式で噴出して、前記正極および前記負極の間に存在する導体部を形成する段階とを含む、組電池の製造方法である。   The present invention also includes a step of ejecting positive electrode ink containing a positive electrode active material by an ink jet method to form a positive electrode, a step of ejecting negative electrode ink containing a negative electrode active material by an ink jet method to form a negative electrode, and conductive particles And ejecting a conductor ink containing the ink jet method to form a conductor portion existing between the positive electrode and the negative electrode.

インクジェット方式を用いて組電池を製造する場合、電池の接続のための特別な工程を省略し、組電池の製造効率を向上させることが可能である。また、電池を接続する導体部や半導体部の塗布箇所を変更することにより、単電池の直列および並列を簡単に変更できる。このため、必要な電圧に応じた設計変更が容易である。さらに、単電池の接続のために必要な空間を少なくでき、エネルギー密度の向上も図れる。   When manufacturing an assembled battery using an inkjet system, it is possible to omit a special step for battery connection and improve the manufacturing efficiency of the assembled battery. Moreover, the series and parallel of a cell can be easily changed by changing the application | coating location of the conductor part and semiconductor part which connect a battery. For this reason, the design change according to a required voltage is easy. Furthermore, the space required for connecting the cells can be reduced, and the energy density can be improved.

本発明の組電池の一実施態様は、インクジェット方式を用いて基板上に形成された２以上の電池と、インクジェット方式を用いて形成された、前記電池を電気的に接続する導体部とを有する組電池である。インクジェット方式とは、液体のインクをノズルから噴出させて、インクを対象物に付着させる印刷方式を意味する。インクジェット方式は、インクを噴出させる方式によって、ピエゾ方式、サーマルインクジェット方式、バブルジェット（登録商標）方式に分類される。インクジェット方式の詳細については、組電池の製造方法についての記載箇所において詳細に説明する。   One embodiment of the assembled battery of the present invention includes two or more batteries formed on a substrate using an ink jet method, and a conductor portion that is formed using an ink jet method and electrically connects the batteries. It is an assembled battery. The ink jet method means a printing method in which liquid ink is ejected from a nozzle and ink is attached to an object. The ink jet method is classified into a piezo method, a thermal ink jet method, and a bubble jet (registered trademark) method according to a method of ejecting ink. The details of the ink jet system will be described in detail in the description of the method for manufacturing a battery pack.

図１は、本発明の組電池の一実施態様の上面図である。図２は、図１の組電池の下面図である。なお、図１および図２において、説明の都合上、集電体および電解質は記載していない。図３は、図１および図２の電池の「III−III」面での断面模式図である。   FIG. 1 is a top view of an embodiment of the assembled battery of the present invention. FIG. 2 is a bottom view of the assembled battery of FIG. In FIGS. 1 and 2, the current collector and the electrolyte are not shown for convenience of explanation. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the “III-III” plane of the battery of FIGS. 1 and 2.

図１〜図３の組電池は、基板１０上に配置された４つの単電池を有する。以下の説明においては、組電池と区別する便宜上、１つの正極および１つの負極からなる電池ユニットを「単電池」と記載する。図１の左上の単電池および右上の単電池は、上面側が正極、下面側が負極となるように配置されている。図１の左下の単電池および右下の単電池は、上面側が負極、下面側が正極となるように配置されている。   The assembled battery of FIGS. 1 to 3 has four unit cells arranged on the substrate 10. In the following description, a battery unit composed of one positive electrode and one negative electrode will be referred to as a “single cell” for the purpose of distinguishing from an assembled battery. The upper left unit cell and the upper right unit cell in FIG. 1 are arranged such that the upper surface side is a positive electrode and the lower surface side is a negative electrode. The lower left cell and the lower right cell in FIG. 1 are arranged so that the upper surface side is a negative electrode and the lower surface side is a positive electrode.

単電池は、集電体４０、正極５０、電解質層６０、負極７０、および集電体４０が、この順序で積層した構造を有する。図３には、電解質層６０が、複数の単電池により共有される態様を示したが、単電池ごとに別々の電解質層が配置されてもよい。また、図３の上面側には、各単電池について１枚の集電体４０が配置されているが、図示するように電池が、電気伝導性を有する導体部２０によって電気的に接続される場合には、一枚の集電体が複数の単電池によって共有されてもよい。   The unit cell has a structure in which a current collector 40, a positive electrode 50, an electrolyte layer 60, a negative electrode 70, and a current collector 40 are stacked in this order. Although FIG. 3 shows an aspect in which the electrolyte layer 60 is shared by a plurality of single cells, separate electrolyte layers may be arranged for each single cell. Further, on the upper surface side of FIG. 3, one current collector 40 is arranged for each unit cell. As shown in the figure, the batteries are electrically connected by a conductive portion 20 having electrical conductivity. In some cases, one current collector may be shared by a plurality of single cells.

電気的な接続について図面を用いて説明すると、左上に配置された単電池および右上に配置された単電池は、上面側に形成された導体部２０によって、正極側が電気的に接続されている（図１）。同様に、左下の単電池と右下の単電池とは、上面側に形成された導体部２０によって、負極側が電気的に接続されている。一方、左上の電池および右上の電池は、負極側においては、絶縁部３０により隔絶され、電気的に接続されていない（図２）。同様に、左下の単電池と右下の単電池とは、下面側においては、絶縁部３０により隔絶され、電気的に接続されていない。   The electrical connection will be described with reference to the drawings. The unit cell disposed on the upper left and the unit cell disposed on the upper right are electrically connected on the positive electrode side by the conductor portion 20 formed on the upper surface side ( FIG. 1). Similarly, the lower left unit cell and the lower right unit cell are electrically connected on the negative electrode side by a conductor portion 20 formed on the upper surface side. On the other hand, the upper left battery and the upper right battery are isolated by the insulating portion 30 and are not electrically connected on the negative electrode side (FIG. 2). Similarly, the lower left unit cell and the lower right unit cell are isolated by the insulating portion 30 on the lower surface side and are not electrically connected.

左上の単電池と左下の単電池とは、下面側において、導体部２０によって正極と負極とが接続されている（図２）。同様に、右上の単電池と右下の単電池とは、下面側において、導体部２０によって正極と負極とが接続されている。   In the upper left unit cell and the lower left unit cell, the positive electrode and the negative electrode are connected to each other by the conductor portion 20 on the lower surface side (FIG. 2). Similarly, in the upper right unit cell and the lower right unit cell, the positive electrode and the negative electrode are connected by the conductor portion 20 on the lower surface side.

組電池における単電池の接続は、左上の単電池と左下の単電池とは直列に接続されている。また、右上の単電池と右下の単電池とも直列に接続されている。そして、２つの電池が直列に接続された組み合わせが、並列に接続されている。つまり、図４に示すように、２並列−２直列の組電池である。   As for the connection of the unit cells in the assembled battery, the upper left unit cell and the lower left unit cell are connected in series. The upper right cell and the lower right cell are also connected in series. A combination in which two batteries are connected in series is connected in parallel. That is, as shown in FIG. 4, it is a 2 parallel-2 series assembled battery.

インクジェット方式を用いて電池を作製する場合、導体部の塗布部位を制御するだけで、簡単に直列および並列を変更し、組電池の電圧を調整することが可能である。例えば、組電池の出力を向上させたい場合には、導体部２０を図５および図６に記載されているように形成し、各単電池を直列に接続する。図５は、本発明の組電池の他の実施態様の上面図である。図６は、図５の組電池の下面図である。なお、図５および図６において、説明の都合上、集電体および電解質は記載していない。   When a battery is manufactured using an inkjet method, it is possible to easily change the series and the parallel and adjust the voltage of the assembled battery simply by controlling the application part of the conductor portion. For example, when it is desired to improve the output of the assembled battery, the conductor portion 20 is formed as described in FIGS. 5 and 6 and the single cells are connected in series. FIG. 5 is a top view of another embodiment of the assembled battery of the present invention. 6 is a bottom view of the battery pack of FIG. 5 and 6, the current collector and the electrolyte are not shown for convenience of explanation.

組電池における単電池の接続は、左下→左上→右下→右上の順に単電池が直列に接続されている。つまり、図７に示すように、４直列の組電池である。   The cells in the assembled battery are connected in series in the order of lower left → upper left → lower right → upper right. That is, as shown in FIG. 7, it is a 4-series assembled battery.

本発明の組電池の他の実施態様は、インクジェット方式を用いて基板上に形成された２以上の電池と、インクジェット方式を用いて形成された、前記電池を電気的に接続可能な半導体部とを有する組電池である。単電池を接続する導体部に代えて、外部からの制御により導体と絶縁部とを制御でき、導体としての性質を有する半導体部を配置する。本願において「電気的に接続可能」とは、少なくともある環境下においては、電気的に接続することを意味する。半導体部は、例えば、有機半導体を含む半導体インクを用いて、インクジェット方式により形成される。   Another embodiment of the assembled battery of the present invention includes two or more batteries formed on a substrate using an ink jet method, and a semiconductor portion formed using the ink jet method and capable of electrically connecting the batteries. It is an assembled battery. Instead of the conductor portion connecting the single cells, the conductor and the insulating portion can be controlled by control from the outside, and a semiconductor portion having a property as a conductor is disposed. In the present application, “electrically connectable” means to be electrically connected at least under certain circumstances. For example, the semiconductor portion is formed by an inkjet method using a semiconductor ink containing an organic semiconductor.

図８は、本発明の組電池の一実施態様の上面図である。図９は、図８の組電池の下面図である。なお、図８および図９において、説明の都合上、集電体および電解質は記載していない。図１０は、図８および図９の電池の「Ｘ−Ｘ」面での断面模式図である。   FIG. 8 is a top view of one embodiment of the assembled battery of the present invention. FIG. 9 is a bottom view of the assembled battery of FIG. In FIGS. 8 and 9, the current collector and the electrolyte are not shown for convenience of explanation. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the battery shown in FIGS. 8 and 9 on the “XX” plane.

電気的な接続について図面を用いて説明すると、左上に配置された単電池および右上に配置された単電池は、半導体部８０によって、電気的に接続可能に配置されている。半導体部８０は、半導体信号線９０によって、導体と絶縁部との制御が可能となっている。組電池の出力が必要な場合には、半導体信号線９０を通じた制御により、図５および図６に示される態様になるように単電池を直列に接続する。これにより、組電池の出力を高めることが可能である。組電池に出力が必要でない場合や、組電池のいずれか１つが故障した場合には、半導体信号線９０を通じた制御により、図１および図２に示される態様になるように単電池を２並列−２直列に接続する。   The electrical connection will be described with reference to the drawings. The unit cell arranged at the upper left and the unit cell arranged at the upper right are arranged by the semiconductor unit 80 so as to be electrically connectable. The semiconductor portion 80 can control the conductor and the insulating portion by the semiconductor signal line 90. When the output of the assembled battery is required, the cells are connected in series so as to be in the mode shown in FIGS. 5 and 6 by the control through the semiconductor signal line 90. Thereby, the output of the assembled battery can be increased. When no output is required for the assembled battery, or when any one of the assembled batteries fails, two cells are arranged in parallel so as to be in the mode shown in FIGS. 1 and 2 by the control through the semiconductor signal line 90. -Connect in series.

なお、組電池の組み合わせや、半導体部の配置箇所は特に限定されない。組電池を構成する単電池の数は、２以上の任意の数から選択される。組電池における単電池の数および接続の仕方は、電池に求める出力および容量に応じて決定されるとよい。組電池を構成した場合、単電池と比較して電池としての安定性が増し、１つのセルの劣化による電池全体への影響を低減しうる。半導体部の配置箇所は、組電池に期待する出力変動に応じて決定すればよい。例えば、２並列−２直列と４直列とを変更できるようにしたい場合には、図８に示すように上面にのみ半導体部を配置すればよい。つまり、図９における半導体部８０は、導体部２０であってもよい。半導体部に含まれる有機半導体などの半導体材料は一般に高価であること、および、半導体部を制御するための半導体信号線の形成コストを考慮すると、半導体部の配置数をできるだけ少なくすることによって、組電池の製造コストを抑制することが好ましい。   In addition, the combination of an assembled battery and the arrangement | positioning location of a semiconductor part are not specifically limited. The number of single cells constituting the assembled battery is selected from an arbitrary number of 2 or more. The number of cells in the assembled battery and the manner of connection may be determined according to the output and capacity required for the battery. When the assembled battery is configured, the stability of the battery is increased as compared with the single battery, and the influence on the entire battery due to the deterioration of one cell can be reduced. What is necessary is just to determine the arrangement | positioning location of a semiconductor part according to the output fluctuation | variation anticipated to an assembled battery. For example, when it is desired to be able to change between 2 parallel-2 series and 4 series, the semiconductor portion only needs to be arranged on the upper surface as shown in FIG. That is, the semiconductor part 80 in FIG. 9 may be the conductor part 20. In view of the fact that semiconductor materials such as organic semiconductors included in the semiconductor part are generally expensive and the cost of forming semiconductor signal lines for controlling the semiconductor part is taken into account, the number of semiconductor parts is reduced as much as possible. It is preferable to suppress the manufacturing cost of the battery.

続いて、単電池および組電池を構成する材料について説明する。   Subsequently, materials constituting the single battery and the assembled battery will be described.

基板１０は、絶縁性材料であれば、特に限定されない。絶縁性材料としては、例えば、樹脂が挙げられる。   The substrate 10 is not particularly limited as long as it is an insulating material. As an insulating material, resin is mentioned, for example.

導体部２０は、インクジェット方式を用いて形成可能な材料から構成される。好ましくは、電子伝導性は有するが、電池における電荷運搬体として機能するイオンに対しては伝導性を有さない材料が用いられる。例えば、導体部２０は、アルミニウム粒子、ＳＵＳ粒子、カーボン微粒子、銀粒子、金粒子、銅粒子、チタン粒子、カーボンブラック、アセチレンブラックなどの導電性粒子からなる。合金粒子が用いられてもよい。   The conductor part 20 is comprised from the material which can be formed using an inkjet system. Preferably, a material that has electronic conductivity but does not have conductivity with respect to ions that function as charge carriers in the battery is used. For example, the conductor portion 20 is made of conductive particles such as aluminum particles, SUS particles, carbon fine particles, silver particles, gold particles, copper particles, titanium particles, carbon black, and acetylene black. Alloy particles may be used.

導電性粒子を含む導体部は、導電性粒子を結着させるバインダーをさらに含むことが好ましい。構成材料としてバインダーを用いることで、導電性粒子の結着を高め、電池の信頼性を高めることができる。バインダーは、印加される電圧に耐えうる材料から選択されることが好ましい。   The conductor part including the conductive particles preferably further includes a binder that binds the conductive particles. By using a binder as the constituent material, the binding of the conductive particles can be increased and the reliability of the battery can be increased. The binder is preferably selected from materials that can withstand the applied voltage.

バインダーは、好ましくは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはこれらの混合物である。これらの材料は電位窓が非常に広く、正極電位および負極電位の双方に対して幅広い範囲で安定であり、接着性を高めることが可能である。より好ましくは、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンが用いられる。ポリフッ化ビニリデンは信頼性が高く、両電極のバインダーとして用いられることが多いため、それぞれの電極との接着性を高めることが可能である。   The binder is preferably polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA). , Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), or a mixture thereof. These materials have a very wide potential window, are stable in a wide range with respect to both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and can improve adhesion. More preferably, polyvinylidene fluoride is used as the binder. Since polyvinylidene fluoride has high reliability and is often used as a binder for both electrodes, it is possible to improve the adhesion to each electrode.

絶縁部３０は、導電性を有さない部位である。導電性を有さない材料であれば、特に限定されない。絶縁部として用いられる材料としては、好ましくは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはこれらの混合物などが挙げられる。場合によっては、絶縁部３０は、大気であってもよい。つまり、絶縁部に相当する部位に、物質を何も配置せず、通常は絶縁性を有する周辺雰囲気を、絶縁部として用いる。   The insulating part 30 is a part having no conductivity. If it is a material which does not have electroconductivity, it will not specifically limit. As the material used as the insulating portion, preferably, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), Examples thereof include polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), and mixtures thereof. In some cases, the insulating unit 30 may be the atmosphere. That is, no substance is disposed in a portion corresponding to the insulating portion, and an ambient atmosphere having insulating properties is usually used as the insulating portion.

集電体４０は、アルミニウム箔や銅箔などの金属箔から形成されてもよい。集電体は、導体部３０と同様、導電性粒子から構成されてもよい。集電体を導電性粒子から構成する場合には、導体部と同様、バインダーを用いることが好ましい。導電性粒子の具体例およびバインダーの具体例については、導体部について記載したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。   The current collector 40 may be formed from a metal foil such as an aluminum foil or a copper foil. The current collector may be composed of conductive particles, like the conductor portion 30. When the current collector is composed of conductive particles, it is preferable to use a binder as in the case of the conductor portion. Since specific examples of the conductive particles and specific examples of the binder are the same as those described for the conductor portion, description thereof is omitted here.

正極５０および負極７０の構成については、特に限定されず、公知の正極および負極が適用可能である。正極には正極活物質、負極には負極活物質が含まれる。正極活物質および負極活物質は、電池の種類に応じて適宜選択すればよい。   The configurations of the positive electrode 50 and the negative electrode 70 are not particularly limited, and known positive electrodes and negative electrodes are applicable. The positive electrode includes a positive electrode active material, and the negative electrode includes a negative electrode active material. What is necessary is just to select a positive electrode active material and a negative electrode active material suitably according to the kind of battery.

例えば、電池がリチウム二次電池である場合には、正極活物質としては、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。場合によっては、２種以上の正極活物質が併用されてもよい。 For example, if the battery is the lithium secondary battery, as a cathode active material, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, spinel LiMn 2 O 4 Li · Mn based composite oxide, Li · Fe based composite oxide such as LiFeO 2, and the like. In addition, transition metal and lithium phosphate compounds and sulfate compounds such as LiFePO 4 ; transition metal oxides and sulfides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 ; PbO 2 , AgO, NiOOH etc. are mentioned. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination.

リチウム二次電池に用いられる負極活物質としては、結晶性炭素材や非結晶性炭素材などの炭素材料や、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２などの金属材料が挙げられる。具体的には、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボンなどが挙げられる。場合によっては、２種以上の負極活物質が併用されてもよい。 Examples of the negative electrode active material used for the lithium secondary battery include carbon materials such as a crystalline carbon material and an amorphous carbon material, and metal materials such as Li 4 Ti 5 O 12 . Specific examples include natural graphite, artificial graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, and hard carbon. In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination.

電極は、導電助剤、イオン伝導性ポリマー、支持塩などの他成分を含んでいてもよい。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、グラファイトなどが挙げられる。導電助剤を含ませることによって、電極で発生した電子の伝導性を高めて、電池性能を向上させうる。イオン伝導性ポリマーとしては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）などが挙げられる。支持塩は、電池の種類に応じて選択すればよい。電池がリチウム二次電池である場合には、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、Ｌｉ（ＳＯ２ＣＦ３）２Ｎ、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、などが挙げられる。 The electrode may contain other components such as a conductive additive, an ion conductive polymer, and a supporting salt. Examples of the conductive assistant include acetylene black, carbon black, and graphite. By including a conductive additive, the conductivity of electrons generated at the electrode can be increased, and the battery performance can be improved. Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) and polypropylene oxide (PPO). The supporting salt may be selected according to the type of battery. If the battery is a lithium secondary battery, LiBF 4, LiPF 6, Li (SO 2 CF 3) 2 N, LiN (SO 2 C 2 F 5) 2, and the like.

活物質、リチウム塩、導電助剤などの電極の構成材料の配合量は、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ることが好ましい。   The amount of the electrode constituent material such as the active material, the lithium salt, and the conductive additive is preferably determined in consideration of the intended use of the battery (output importance, energy importance, etc.) and ion conductivity.

電解質層６０は、液体、ゲル、固体のいずれの相であってもよい。電池が破損した際の安全性や、液絡の防止のための電池構造の複雑化の観点からは、電解質層は、ゲルポリマー電解質層、または全固体電解質層であることが好ましい。   The electrolyte layer 60 may be a liquid, gel, or solid phase. The electrolyte layer is preferably a gel polymer electrolyte layer or an all-solid electrolyte layer from the viewpoint of safety when the battery is damaged and the complexity of the battery structure for preventing liquid junction.

電解質としてゲルポリマー電解質層を用いることで、電解質の流動性がなくなり、集電体への電解質の流出をおさえることが可能になる。ゲル電解質のホストポリマーとしては、ＰＥＯ、ＰＰＯ、ＰＶｄＦ、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）、ＰＡＮ、ＰＭＡ、ＰＭＭＡなどがあげられる。また、可塑剤としては通常リチウムイオン電池に用いられる電解液を用いることが可能である。   By using the gel polymer electrolyte layer as the electrolyte, the fluidity of the electrolyte is lost, and the outflow of the electrolyte to the current collector can be suppressed. Examples of the gel electrolyte host polymer include PEO, PPO, PVdF, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), PAN, PMA, and PMMA. Moreover, as a plasticizer, it is possible to use the electrolyte solution normally used for a lithium ion battery.

また、電解質として全固体電解質層を用いた場合も、電解質の流動性がなくなるため、集電体への電解質の流出がなくなる。   In addition, even when an all-solid electrolyte layer is used as the electrolyte, the electrolyte does not flow and the electrolyte does not flow out to the current collector.

ゲルポリマー電解質は、ＰＥＯ、ＰＰＯなどの全固体型高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含ませることにより作製される。ＰＶｄＦ、ＰＡＮ、ＰＭＭＡなど、リチウムイオン伝導性をもたない高分子の骨格中に、電解液を保持させることにより作製されてもよい。ゲルポリマー電解質を構成するポリマーと電解液との比率は、特に限定されず、ポリマー１００％を全固体高分子電解質、電解液１００％を液体電解質とすると、その中間体はすべてゲルポリマー電解質の概念に含まれる。また、全固体電解質は高分子あるいは無機固体などＬｉイオン伝導性を持つ電解質すべてが含まれる。   The gel polymer electrolyte is produced by adding an electrolyte solution usually used in a lithium ion battery to an all solid polymer electrolyte such as PEO or PPO. It may be produced by holding an electrolytic solution in a polymer skeleton having no lithium ion conductivity, such as PVdF, PAN, or PMMA. The ratio of the polymer constituting the gel polymer electrolyte to the electrolytic solution is not particularly limited. When 100% of the polymer is an all solid polymer electrolyte and 100% of the electrolytic solution is a liquid electrolyte, all of the intermediates are the concept of a gel polymer electrolyte. include. The all solid electrolyte includes all electrolytes having Li ion conductivity such as polymer or inorganic solid.

電解質層中には、イオン伝導性を確保するために支持塩が含まれることが好ましい。電池がリチウム二次電池である場合には、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、前述の通り、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。 The electrolyte layer preferably contains a supporting salt in order to ensure ionic conductivity. When the battery is a lithium secondary battery, LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , or a mixture thereof is used as the supporting salt. it can. However, it is not necessarily limited to these. As described above, polyalkylene oxide polymers such as PEO and PPO often dissolve lithium salts such as LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , and LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2. Yes. Moreover, excellent mechanical strength is exhibited by forming a crosslinked structure.

半導体部８０は、インクジェットにより塗布可能な材料であれば、特に限定されない。例えば、有機半導体を含むインクを用いて、半導体部が形成される。有機半導体としては、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、これらの誘導体などのアセン分子材料；フタロシアニン系化合物、アゾ系化合物、ペリレン系化合物、これらの誘導体などの顔料；ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、ジフェニルメタン化合物、スチルベン化合物、アリールビニル化合物、ピラゾリン化合物、トリフェニルアミン化合物、トリアリールアミン化合物、これらの誘導体などの低分子化合物；ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ハロゲン化ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂、これらの誘導体など高分子化合物；フルオレノン系、ジフェノキノン系、ベンゾキノン系、アントラキノン系、インデノン系、ポリチオフェン系、及び、ポリフェニレンビニレン系化合物などが挙げられる。   The semiconductor unit 80 is not particularly limited as long as it is a material that can be applied by inkjet. For example, the semiconductor portion is formed using ink containing an organic semiconductor. As organic semiconductors, acene molecular materials such as naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene and derivatives thereof; pigments such as phthalocyanine compounds, azo compounds, perylene compounds and derivatives thereof; hydrazone compounds, triphenylmethane compounds , Diphenylmethane compounds, stilbene compounds, aryl vinyl compounds, pyrazoline compounds, triphenylamine compounds, triarylamine compounds, low molecular weight compounds such as these derivatives; poly-N-vinylcarbazole, halogenated poly-N-vinylcarbazole, polyvinyl High molecular compounds such as pyrene, polyvinylanthracene, pyrene formaldehyde resin, ethylcarbazole formaldehyde resin, and derivatives thereof; fluorenone, diphenoquinone, benzox Emissions, anthraquinone, indenone-based, polythiophene-based, and, like polyphenylene vinylene-based compounds.

半導体信号線９０は、半導体部８０の導電性を制御するために使用される。半導体信号線を構成する材料は、特に限定されないが、導体部２０と同様の材料が用いられうる。半導体信号線９０、９５により半導体部８０の導電性を制御するには、例えば、半導体に５ボルトの電圧を印加し、半導体スイッチをオンにするといった手法が用いられる。   The semiconductor signal line 90 is used to control the conductivity of the semiconductor unit 80. Although the material which comprises a semiconductor signal wire is not specifically limited, The material similar to the conductor part 20 may be used. In order to control the conductivity of the semiconductor unit 80 by the semiconductor signal lines 90 and 95, for example, a method of applying a voltage of 5 volts to the semiconductor and turning on the semiconductor switch is used.

本発明の組電池は、さらに、直列、並列、または直列および並列を組み合わせて配列され、複合組電池を構成してもよい。「複合組電池」とは、２以上の組電池モジュールが電気的に組み合わされた電池を意味する。直列、並列化することで容量および電圧を、所望の範囲に調節することが可能になる。   The assembled battery of the present invention may be further arranged in series, parallel, or a combination of series and parallel to constitute a composite assembled battery. “Composite assembled battery” means a battery in which two or more assembled battery modules are electrically combined. Capacitance and voltage can be adjusted to a desired range by paralleling in series.

図１１は、本発明の組電池１００が、２直列−２並列に配置された複合組電池である。組電池１００は、導体１１０によって、電気的に接続される。組電池が配置される基板や導体の種類や形状は、特に限定されず、公知の材料から適宜選択すればよい。新たに開発された材料が転用されても、勿論良い。   FIG. 11 shows a composite assembled battery in which the assembled battery 100 of the present invention is arranged in 2 series-2 parallel. The assembled battery 100 is electrically connected by a conductor 110. The type and shape of the substrate and conductor on which the assembled battery is disposed are not particularly limited, and may be appropriately selected from known materials. Of course, newly developed materials may be diverted.

図１２は、図８〜図１０に示した、半導体部８０が形成された組電池１０５が直列に配置された複合組電池である。この場合には、組電池１０５の電気的接続を制御できるように、半導体信号線９０が複合組電池の基板に形成されることが好ましい。半導体信号線９０を通じた組電池１０５の制御により、直列の複合組電池、および並列の複合組電池のうち、適切な複合組電池を選択することができる。   FIG. 12 shows a composite assembled battery in which the assembled batteries 105 formed with the semiconductor portion 80 shown in FIGS. 8 to 10 are arranged in series. In this case, it is preferable that the semiconductor signal line 90 is formed on the substrate of the composite battery pack so that the electrical connection of the battery pack 105 can be controlled. By controlling the assembled battery 105 through the semiconductor signal line 90, an appropriate composite assembled battery can be selected from among the serial composite assembled batteries and the parallel composite assembled batteries.

複合組電池においては、組電池を電気的に接続する導体に、前記組電池の直列および並列を制御するための半導体が形成されていてもよい。図１３は、組電池１００を電気的に接続する導体１１０に、半導体１２０と半導体１２５が形成されている複合組電池である。半導体１２０が絶縁部として、半導体１２５が導体としての性質を有する場合には、組電池１００は直列に接続される。半導体１２０が導体として、半導体１２５が絶縁部としての性質を有する場合には、組電池１００は並列に接続される。つまり、半導体信号線９０を通じた半導体１２０の制御と、半導体信号線９５を通じた半導体１２５の制御により、複合組電池の直列および並列を切り替えることが可能である。   In the composite battery pack, a semiconductor for controlling the series and parallel of the battery packs may be formed on a conductor that electrically connects the battery packs. FIG. 13 shows a composite assembled battery in which a semiconductor 120 and a semiconductor 125 are formed on a conductor 110 that electrically connects the assembled battery 100. When the semiconductor 120 has a property as an insulating part and the semiconductor 125 has a property as a conductor, the assembled battery 100 is connected in series. When the semiconductor 120 has a property as a conductor and the semiconductor 125 has a property as an insulating portion, the assembled battery 100 is connected in parallel. That is, it is possible to switch between the series and the parallel of the assembled battery by controlling the semiconductor 120 through the semiconductor signal line 90 and controlling the semiconductor 125 through the semiconductor signal line 95.

半導体１２０および半導体１２５の構成材料は、導体および絶縁部を制御可能であれば、特に限定されない。半導体部８０に関して例示した有機半導体の他、無機化合物からなる各種半導体材料が用いられうる。   The constituent materials of the semiconductor 120 and the semiconductor 125 are not particularly limited as long as the conductor and the insulating portion can be controlled. In addition to the organic semiconductor exemplified for the semiconductor unit 80, various semiconductor materials made of an inorganic compound can be used.

図１４は、半導体１２０および半導体１２５にフォトトランジスタを用い、有機ＥＬを点灯させることで、半導体１２０および半導体１２５のスイッチをオンする方法を採用した複合組電池である。有機ＥＬ用電源線（１４０、１４５）に電源を供給することにより、有機ＥＬ１３０および有機ＥＬ１３５を点灯させる。有機ＥＬ１３０および有機ＥＬ１３５が点灯すると、半導体１２０および半導体１２５が導体としての性質を有する。半導体１２０が導体として、半導体１２５が絶縁部としての性質を有する場合には、組電池１００は並列に接続される。つまり、有機ＥＬ用電源線１４０を通じた半導体１２０の制御と、有機ＥＬ用電源線１４５を通じた半導体１２５の制御により、複合組電池の直列および並列を切り替える。   FIG. 14 shows a composite assembled battery that employs a method of turning on the semiconductor 120 and the semiconductor 125 by using a phototransistor for the semiconductor 120 and the semiconductor 125 and turning on the organic EL. The organic EL 130 and the organic EL 135 are turned on by supplying power to the organic EL power lines (140, 145). When the organic EL 130 and the organic EL 135 are lit, the semiconductor 120 and the semiconductor 125 have a property as a conductor. When the semiconductor 120 has a property as a conductor and the semiconductor 125 has a property as an insulating portion, the assembled battery 100 is connected in parallel. That is, the composite battery pack is switched between series and parallel by controlling the semiconductor 120 through the organic EL power line 140 and controlling the semiconductor 125 through the organic EL power line 145.

組電池または複合組電池は、好ましくは、車両の駆動用電源や補機用電源として用いられうる。本発明の組電池または複合組電池は、電池電圧を自在に変更することができるため、車両への適用自由度が増す。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、電車に適用することも可能である。   The assembled battery or the composite assembled battery can be preferably used as a power source for driving a vehicle or a power source for auxiliary equipment. Since the assembled battery or the composite assembled battery of the present invention can freely change the battery voltage, the degree of freedom of application to a vehicle increases. However, the use is not limited to automobiles, and for example, it can be applied to trains.

続いて、本発明の組電池の製造方法について説明する。本発明の組電池を製造するにあたっては、電池がインクジェット方式を用いて形成され、また、電池を電気的に接続する導体部がインクジェット方式を用いて形成される。「インクジェット方式を用いて形成される」とは、形成の過程の少なくとも一部において、インクジェット方式が採用されることを意味し、構成要素の全てをインクジェット方式で作製することを意味するわけではない。ただし、製造工程の簡素化の観点からは、インクジェット方式を用いる工程が多いことが好ましい。好ましくは、少なくとも正極、負極、および導体部をインクジェット方式により形成する。つまり、好ましくは、正極活物質を含む正極インクをインクジェット方式で噴出して正極を形成する段階と、負極活物質を含む負極インクをインクジェット方式で噴出して負極を形成する段階と、導電性粒子を含む導体インクをインクジェット方式で噴出して、前記正極および前記負極の間に存在する導体部を形成する段階とを含む製造方法によって、組電池が製造される。   Then, the manufacturing method of the assembled battery of this invention is demonstrated. In manufacturing the assembled battery of the present invention, the battery is formed using an ink jet system, and the conductor portion that electrically connects the battery is formed using an ink jet system. “Formed using an ink jet method” means that the ink jet method is adopted in at least a part of the formation process, and does not mean that all the components are manufactured by the ink jet method. . However, from the viewpoint of simplifying the manufacturing process, it is preferable that there are many processes using an ink jet system. Preferably, at least the positive electrode, the negative electrode, and the conductor portion are formed by an ink jet method. That is, preferably, a step of ejecting positive electrode ink containing a positive electrode active material by an ink jet method to form a positive electrode, a step of ejecting negative electrode ink containing a negative electrode active material by an ink jet method to form a negative electrode, and conductive particles A battery pack is manufactured by a manufacturing method including a step of ejecting a conductive ink containing the ink by an ink jet method to form a conductor portion existing between the positive electrode and the negative electrode.

インクジェット方式とは、液体のインクをノズルから噴出させて、インクを対象物に付着させる印刷方式を意味する。インクジェット方式は、インクを噴出させる方式によって、ピエゾ方式、サーマルインクジェット方式、バブルジェット（登録商標）方式に分類される。   The ink jet method means a printing method in which liquid ink is ejected from a nozzle and ink is attached to an object. The ink jet method is classified into a piezo method, a thermal ink jet method, and a bubble jet (registered trademark) method according to a method of ejecting ink.

ピエゾ方式は、インクを溜めるインク室の底に配置された、電流が流れることによって変形するピエゾ素子の変形によって、インクをノズルから噴出させる方式である。サーマルインクジェット方式は、発熱ヒーターによって、インクを加熱し、インクが気化する際の水蒸気爆発のエネルギーでインクを噴出させる方式である。バブルジェット（登録商標）方式も、サーマルインクジェット方式と同様、インクが気化する際の水蒸気爆発のエネルギーでインクを噴出させる方式である。サーマルインクジェット方式とバブルジェット（登録商標）方式とは、加熱する部位が異なるが、基本的な原理は同じである。   The piezo method is a method in which ink is ejected from nozzles by deformation of a piezo element that is arranged at the bottom of an ink chamber that stores ink and deforms when an electric current flows. The thermal ink jet method is a method in which ink is heated by a heat-generating heater, and the ink is ejected with the energy of steam explosion when the ink is vaporized. The bubble jet (registered trademark) method is a method in which ink is ejected by the energy of steam explosion when the ink is vaporized, similarly to the thermal ink jet method. The thermal ink jet method and the bubble jet (registered trademark) method are different in the portion to be heated, but the basic principle is the same.

インクジェット方式を用いて集電体を作製する場合、薄く均一な集電体を効率よく作製することが可能である。   When a current collector is manufactured using an inkjet method, a thin and uniform current collector can be efficiently manufactured.

インクジェット方式を用いることにより、形成される層を均一かつ薄くすることが可能であり、電池の特性やエネルギー密度を向上させることができる。また、電池同士を電気的に接続するための特別な工程を省略できるため、組電池製造の効率が向上する。   By using the inkjet method, the formed layer can be made uniform and thin, and the characteristics and energy density of the battery can be improved. In addition, since a special process for electrically connecting the batteries can be omitted, the efficiency of battery assembly production is improved.

インクジェット方式を用いて作製する際には、集電体インク、正極インク、負極インク、電解質インク、導体インク、半導体インク、絶縁部インクなどの、各構成要素を形成するためのインクを準備して、インクジェット装置を用いてインクを噴出させる。   When producing using the inkjet method, prepare inks for forming each component, such as current collector ink, positive electrode ink, negative electrode ink, electrolyte ink, conductor ink, semiconductor ink, and insulating part ink. Ink is ejected using an ink jet apparatus.

集電体インクに含まれる成分としては、導電性粒子、バインダー、および溶媒が挙げられる。導電性粒子およびバインダーの具体例については、上述の通りであるため、ここでは説明を省略する。   Examples of components contained in the current collector ink include conductive particles, a binder, and a solvent. Since specific examples of the conductive particles and the binder are as described above, description thereof is omitted here.

正極インクに含有される成分としては、正極活物質、バインダー、導電助剤、および溶媒が挙げられる。正極インクは、１種であっても、複数であってもよい。正極活物質、導電助剤については、上記説明した化合物が用いられうる。バインダーとしては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはこれらの混合物が挙げられる。正極活物質および導電助剤の凝集を防止するために、分散剤が用いられてもよい。分散剤としては、ポリオキシステアリルアミンなどの、分散作用を有する化合物が用いられうる。   Examples of components contained in the positive electrode ink include a positive electrode active material, a binder, a conductive additive, and a solvent. The positive ink may be one kind or plural kinds. As the positive electrode active material and the conductive additive, the above-described compounds can be used. Examples of binders include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), poly Vinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), or a mixture thereof. In order to prevent aggregation of the positive electrode active material and the conductive additive, a dispersant may be used. As the dispersant, a compound having a dispersing action such as polyoxystearylamine can be used.

負極インクに含有される成分としては、負極活物質、バインダー、導電助剤、および溶媒が挙げられる。負極インクは、１種であっても、複数であってもよい。正極活物質、導電助剤については、上記説明した化合物が用いられうる。バインダーとしては、正極インクに用いられるのと同様のバインダーが用いられうる。   As a component contained in negative electrode ink, a negative electrode active material, a binder, a conductive support agent, and a solvent are mentioned. The negative electrode ink may be one type or a plurality of types. As the positive electrode active material and the conductive additive, the above-described compounds can be used. As the binder, the same binder as that used in the positive electrode ink can be used.

電解質層を作製するために用いられる電解質インクに含有される成分としては、電解質またはその原料、および溶媒が挙げられる。電解質インク中には、少なくとも電解質またはその原料が含有される。原料を用いて、インクジェット方式による塗布後に重合させる製法を採用した場合には、インクの粘度を低く抑えることが可能であり、インクジェット装置における詰まりを防止することができる。   Examples of the components contained in the electrolyte ink used for producing the electrolyte layer include an electrolyte or a raw material thereof and a solvent. The electrolyte ink contains at least an electrolyte or a raw material thereof. In the case of adopting a production method in which raw materials are polymerized after application by an ink jet method, the viscosity of the ink can be kept low, and clogging in the ink jet apparatus can be prevented.

導体インクに含有される成分としては、導電性粒子、バインダー、および溶媒が挙げられる。導電性粒子およびバインダーの具体例については、上述の通りであるため、ここでは説明を省略する。   Examples of components contained in the conductive ink include conductive particles, a binder, and a solvent. Since specific examples of the conductive particles and the binder are as described above, description thereof is omitted here.

半導体インクに含有される成分としては、半導体化合物、および溶媒が挙げられる。半導体化合物は、形成される部位に応じて選択すればよい。例えば、半導体部８０を形成する場合には、好ましくはインクジェットによる塗布がしやすい有機半導体が用いられる。有機半導体の具体例は、上述の通りであるため、ここでは説明を省略する。   Examples of components contained in the semiconductor ink include a semiconductor compound and a solvent. What is necessary is just to select a semiconductor compound according to the site | part formed. For example, in the case of forming the semiconductor portion 80, an organic semiconductor that is easily applied by inkjet is preferably used. Since specific examples of the organic semiconductor are as described above, description thereof is omitted here.

絶縁部インクに含有される成分としては、導電性を有さない化合物、および溶媒が挙げられる。導電性を有さない化合物の具体例は、上述の通りであるため、ここでは説明を省略する。   Examples of the component contained in the insulating ink include a compound having no conductivity and a solvent. Since specific examples of the compound having no conductivity are as described above, the description thereof is omitted here.

各インクの溶媒は、特に限定されないが、例えば、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、アセトニトリルが挙げられる。溶媒の量の増減によって、インクの粘度を制御することが可能である。   The solvent of each ink is not particularly limited, and examples thereof include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethyl carbonate (DMC), and acetonitrile. The viscosity of the ink can be controlled by increasing or decreasing the amount of the solvent.

各インク中に含有される成分の配合比は、特に限定されない。ただし、インクの粘度は、インクジェット方式が適用できる程度に低くあることが好ましい。その一方、作業効率を向上させる観点からは、含有成分の濃度は高いほど好ましい。粘度を低く保つ方法としては、インクの温度を上昇させる方法が挙げられる。含まれる化合物を、粘度が低くなるように改良してもよい。インクジェット装置に供給される各インクの粘度は、特に限定されないが、好ましくは１〜１００ｃＰ程度である。   The compounding ratio of the components contained in each ink is not particularly limited. However, the viscosity of the ink is preferably low enough to apply the inkjet method. On the other hand, from the viewpoint of improving working efficiency, the concentration of the contained component is preferably as high as possible. Examples of a method for keeping the viscosity low include a method for increasing the temperature of the ink. You may improve the compound contained so that a viscosity may become low. The viscosity of each ink supplied to the inkjet apparatus is not particularly limited, but is preferably about 1 to 100 cP.

各インクを準備したら、インクジェット方式によりインクを噴出させて、集電体、電極および電解質層を形成する。インクジェット装置のノズルから噴出されるインクの量は、非常に微量であり、しかも、略等体積の量を噴出させることが可能である。したがって、電極インクの付着によって形成される電極および電解質層は、非常に薄く、かつ、均一である。また、インクジェット方式を用いれば、集電体、電極および電解質層の厚さや形状が、精密に制御されうる。   When each ink is prepared, the ink is ejected by an ink jet method to form a current collector, an electrode, and an electrolyte layer. The amount of ink ejected from the nozzles of the ink jet apparatus is very small, and an approximately equal volume can be ejected. Therefore, the electrode and the electrolyte layer formed by the adhesion of the electrode ink are very thin and uniform. Moreover, if an inkjet system is used, the thickness and shape of a collector, an electrode, and an electrolyte layer can be precisely controlled.

インクジェット装置が採用するインク噴出機構は、ピエゾ方式、サーマルインクジェット方式、バブルジェット（登録商標）方式のいずれでもよい。形成される層の形状は、予め決定しておくとよい。コンピューター上において作成された像に基づいて、層が形成されるようにしておくと、作業性に優れる。コンピューターを用いた層の形状決定および作製は、一般に広く知られている、コンピューターおよびプリンタを用いた画像作成およびプリントアウトの作業と同様に行うことが可能である。従って、この分野において発達した知見を援用できる点で、本発明は工業的生産の実現が、比較的容易であるといえる。金属箔のような薄い材料に塗布する場合には、薄い材料を直接プリンタに供給する事は困難であるため、Ａ４版上質紙などの台紙にこれらを貼り付け、これをプリンタに供給し、印刷するとよい。   The ink ejection mechanism employed by the ink jet apparatus may be any of a piezo method, a thermal ink jet method, and a bubble jet (registered trademark) method. The shape of the layer to be formed may be determined in advance. If a layer is formed on the basis of an image created on a computer, workability is excellent. The shape determination and production of a layer using a computer can be performed in the same manner as an image creation and printout operation using a computer and a printer, which are generally known. Therefore, it can be said that the present invention is relatively easy to realize industrial production in that the knowledge developed in this field can be used. When applying to a thin material such as metal foil, it is difficult to supply the thin material directly to the printer. Therefore, these materials are pasted on a mount such as A4 quality paper, supplied to the printer, and printed. Good.

インクジェット装置は、電池作製のための装置を作製してもよいし、市販のプリンタを改良して用いてもよい。例えば、インクの溶媒により、インクジェットプリンターのインク導入部分にあるプラスチック部品が溶解する問題を防止するため、インク導入部分にある部品を金属製の部品と交換し、インク溜から直接金属部品にインクを供給させる。また、インク中の活物質が沈殿することを防止するため、インク溜りを常に回転翼を用いて攪拌してもよい。   As the ink jet device, a device for manufacturing a battery may be manufactured, or a commercially available printer may be modified and used. For example, in order to prevent the problem that the plastic parts in the ink introduction part of the inkjet printer are dissolved by the solvent of the ink, replace the parts in the ink introduction part with metal parts, and apply the ink directly from the ink reservoir to the metal parts. Supply. Further, in order to prevent the active material in the ink from precipitating, the ink reservoir may always be stirred using a rotary blade.

インクジェット装置より噴出される粒子の体積は、好ましくは、１〜１００ピコリットルの範囲である。噴出される粒子の体積が少なすぎると、振動低減が不充分になる虞がある。一方、噴出される粒子の体積が多すぎても、振動低減が不充分になる虞がある。インクジェット装置を用いて噴出される粒子の体積は、略同一であり、製造される電極および電池は、非常に均一性が高い。   The volume of particles ejected from the inkjet device is preferably in the range of 1 to 100 picoliters. If the volume of the ejected particles is too small, vibration reduction may be insufficient. On the other hand, even if the volume of ejected particles is too large, there is a risk that vibration reduction will be insufficient. The volume of the particles ejected using the ink jet apparatus is substantially the same, and the manufactured electrodes and batteries are very uniform.

インクジェット方式による噴出回数は、集電体、電極および電解質層の厚さおよび構成材料の比率に応じて決定されるとよい。１回の印刷では厚さが不足する場合には、同一面に対して、２回以上印刷を繰り返せばよい。つまり、同じインクを、同一の基材に重ねて印刷する。それにより、所望の厚さを有する集電体、電極および電解質層が形成される。インクジェット方式で各層を形成する場合には、形成される各層の均一性が非常に高いため、何回も積層させた場合であっても、高い均一性が維持されうる。   The number of ejections by the ink jet method may be determined according to the thickness of the current collector, the electrode and the electrolyte layer, and the ratio of the constituent materials. If the thickness is insufficient in one printing, the printing may be repeated twice or more on the same surface. That is, the same ink is printed on the same base material. Thereby, a current collector, an electrode, and an electrolyte layer having a desired thickness are formed. When each layer is formed by the ink jet method, the uniformity of each layer formed is very high, and thus high uniformity can be maintained even when the layers are stacked many times.

集電体、正極、電解質層、および負極のすべてをインクジェット方式で製造する場合の、インクの塗布手順については特に限定されない。一台のインクジェット装置を用いて、全ての層を作製してもよいし、正極用のインクジェット装置、電解質層用のインクジェット装置、および負極用のインクジェット装置を準備し、流れ作業により電池を製造してもよい。   There are no particular limitations on the procedure for applying the ink when the current collector, the positive electrode, the electrolyte layer, and the negative electrode are all manufactured by the inkjet method. All layers may be produced using a single ink jet device, or a positive electrode ink jet device, an electrolyte layer ink jet device, and a negative electrode ink jet device are prepared, and a battery is manufactured by a flow operation. May be.

電極が形成された後は、乾燥により溶媒が除去される。電解質の原料がこの段階までに重合されて電解質とならない場合には、重合反応を進行させるとよい。例えば、光重合開始剤がインク中に含まれる場合には、所定の光を照射することにより、原料の重合反応を進行させるとよい。   After the electrodes are formed, the solvent is removed by drying. When the electrolyte raw material is polymerized by this stage and does not become an electrolyte, the polymerization reaction may be advanced. For example, when a photopolymerization initiator is contained in the ink, the polymerization reaction of the raw material may be advanced by irradiating predetermined light.

以下、図１〜３の組電池の製造方法の一実施形態について説明する。ただし、本発明の製造方法が、この実施態様に限定されるわけではない。   Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing the assembled battery of FIGS. However, the production method of the present invention is not limited to this embodiment.

まず、絶縁部である基盤１０をインクジェットプリンターに供給し、準備しておいた導体部インク、集電体インク、絶縁部インクを、基盤１０に塗布する。所定の厚さになるまで、インクジェット方式による塗布を繰り返す。これにより、導体部２０、絶縁部３０、および集電体４０を形成する。塗布パターンは、通常のプリンターで行うように、塗布パターンをコンピューター上で作成しておき、それに基づいて各インクが塗布される形式が採用されうる。   First, the base 10 that is an insulating portion is supplied to an ink jet printer, and the prepared conductor ink, current collector ink, and insulating ink are applied to the base 10. Application by the ink jet method is repeated until a predetermined thickness is reached. Thereby, the conductor part 20, the insulating part 30, and the current collector 40 are formed. As the application pattern, a method in which an application pattern is prepared on a computer and each ink is applied based on the application pattern can be adopted as is done with a normal printer.

正極インク、負極インク、絶縁部インク、および導体部インクを、所定の厚さになるまでインクジェット方式で塗布する。これにより、図３における電解質層６０の基板１０側が形成される。電解質インクを、所定の厚さになるまで、インクジェット方式で塗布する。これにより電解質層６０を形成する。正極インク、負極インク、絶縁部インク、および導体部インクを、所定の厚さになるまでインクジェット方式で塗布する。最後に、導体部インク、集電体インク、および絶縁部インクを、所定の厚さになるまで、インクジェット方式で塗布する。   The positive electrode ink, the negative electrode ink, the insulating portion ink, and the conductor portion ink are applied by an inkjet method until a predetermined thickness is reached. Thereby, the substrate 10 side of the electrolyte layer 60 in FIG. 3 is formed. The electrolyte ink is applied by an ink jet method until a predetermined thickness is reached. Thereby, the electrolyte layer 60 is formed. The positive electrode ink, the negative electrode ink, the insulating portion ink, and the conductor portion ink are applied by an inkjet method until a predetermined thickness is reached. Finally, the conductor portion ink, the current collector ink, and the insulating portion ink are applied by an inkjet method until a predetermined thickness is reached.

このようなインクジェット方式を用いた塗布により、図１〜３に示す組電池を作製することが可能である。また、塗布パターンを変更することにより、図５〜６に示す組電池を作製することができる。   The assembled battery shown in FIGS. 1 to 3 can be manufactured by application using such an ink jet method. Moreover, the assembled battery shown in FIGS. 5-6 can be produced by changing an application pattern.

本発明の組電池の一実施態様の上面図である。It is a top view of one embodiment of the assembled battery of the present invention. 図１の組電池の下面図である。It is a bottom view of the assembled battery of FIG. 図１および図２の電池の「III−III」面での断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the “III-III” plane of the battery of FIGS. 1 and 2. ２並列−２直列の組電池の接続を示す図である。It is a figure which shows the connection of the assembled battery of 2 parallel-2 series. 本発明の組電池の他の実施態様の上面図である。It is a top view of other embodiments of the assembled battery of the present invention. 図５の組電池の下面図である。It is a bottom view of the assembled battery of FIG. ４直列の組電池の接続を示す図である。It is a figure which shows the connection of 4 series assembled batteries. 本発明の組電池の一実施態様の上面図である。It is a top view of one embodiment of the assembled battery of the present invention. 図８の組電池の下面図である。It is a bottom view of the assembled battery of FIG. 図８および図９の電池の「Ｘ−Ｘ」面での断面模式図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the battery of FIGS. 8 and 9 on the “XX” plane. 組電池１００が、２直列−２並列に配置された複合組電池である。The assembled battery 100 is a composite assembled battery arranged in 2 series-2 parallel. 組電池１０５が直列に配置された複合組電池である。This is a composite assembled battery in which the assembled batteries 105 are arranged in series. 組電池１００を電気的に接続する導体１１０に、半導体１２０が形成されている複合組電池である。This is a composite assembled battery in which a semiconductor 120 is formed on a conductor 110 that electrically connects the assembled battery 100. 半導体１２０および半導体１２５にフォトトランジスタを用い、有機ＥＬを点灯させることで、半導体１２０および半導体１２５のスイッチをオンする方法を採用した複合組電池である。This is a composite assembled battery that employs a method of turning on the semiconductor 120 and the semiconductor 125 by using a phototransistor for the semiconductor 120 and the semiconductor 125 and turning on the organic EL.

符号の説明Explanation of symbols

１０…基板、２０…導体部、３０…絶縁部、４０…集電体、５０…正極、６０…電解質層、７０…負極、８０…半導体部、９０…半導体信号線、９５…半導体信号線、１００…組電池、１０５…組電池、１１０…導体、１２０…半導体、１２５…半導体、１３０…有機ＥＬ、１３５…有機ＥＬ、１４０…有機ＥＬ電源用配線、１４５…有機ＥＬ電源用配線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Board | substrate, 20 ... Conductor part, 30 ... Insulating part, 40 ... Current collector, 50 ... Positive electrode, 60 ... Electrolyte layer, 70 ... Negative electrode, 80 ... Semiconductor part, 90 ... Semiconductor signal line, 95 ... Semiconductor signal line, DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Assembly battery, 105 ... Assembly battery, 110 ... Conductor, 120 ... Semiconductor, 125 ... Semiconductor, 130 ... Organic EL, 135 ... Organic EL, 140 ... Organic EL power supply wiring, 145 ... Organic EL power supply wiring

Claims (7)

インクジェット方式を用いて基板上に形成された２以上の電池と、
インクジェット方式を用いて形成された、前記電池を電気的に接続する導体部と、
を有する組電池。 Two or more batteries formed on a substrate using an inkjet method;
A conductor portion electrically connected to the battery, formed using an inkjet method;
An assembled battery having インクジェット方式を用いて基板上に形成された２以上の電池と、
インクジェット方式を用いて形成された、前記電池を電気的に接続可能な半導体部と、
を有する組電池。 Two or more batteries formed on a substrate using an inkjet method;
A semiconductor part that is formed using an inkjet method and that can electrically connect the battery;
An assembled battery having 請求項１に記載の組電池を、直列、並列、または直列および並列に組み合わせた複合組電池。   The composite assembled battery which combined the assembled battery of Claim 1 in series, parallel, or series and parallel. 請求項２に記載の組電池を、直列、並列、または直列および並列に組み合わせた複合組電池。   A composite assembled battery obtained by combining the assembled battery according to claim 2 in series, in parallel, or in series and parallel. 前記組電池を電気的に接続する導体に、前記組電池の直列および並列を制御するための半導体が形成されている、請求項４に記載の複合組電池。   The composite assembled battery according to claim 4, wherein a semiconductor for controlling series and parallel of the assembled batteries is formed on a conductor that electrically connects the assembled batteries. 請求項１または２の組電池、または請求項３〜５のいずれかの複合組電池を、駆動用電源として搭載する車両。   A vehicle on which the assembled battery according to claim 1 or 2 or the composite assembled battery according to any one of claims 3 to 5 is mounted as a driving power source. 正極活物質を含む正極インクをインクジェット方式で噴出して正極を形成する段階と、
負極活物質を含む負極インクをインクジェット方式で噴出して負極を形成する段階と、
導電性粒子を含む導体インクをインクジェット方式で噴出して、前記正極および前記負極の間に存在する導体部を形成する段階と、
を含む、組電池の製造方法。 A step of ejecting a positive electrode ink containing a positive electrode active material by an ink jet method to form a positive electrode;
A step of forming a negative electrode by ejecting a negative electrode ink containing a negative electrode active material by an inkjet method;
Ejecting a conductive ink containing conductive particles by an ink jet method to form a conductive portion existing between the positive electrode and the negative electrode;
A method for producing an assembled battery, comprising:
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