JP5119652B2 - Method for manufacturing bipolar battery - Google Patents
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Description
本発明は、双極型電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a bipolar battery.
近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車およびハイブリッド電気自動車の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、その実用化の鍵を握るモータ駆動用電源として、双極型（バイポーラ型）電池に注目が集まっている。 In recent years, reduction of carbon dioxide emissions has been strongly desired for environmental protection. In the automobile industry, there is a great expectation for the reduction of carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles and hybrid electric vehicles, and attention has been focused on bipolar type (bipolar) batteries as a power source for driving motors, which is the key to their practical use. ing.
双極型電池においては、正極および負極が配置された集電体と、電解質層とが相互に積層されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかし、積層の際に、気泡が混入する問題を有する。気泡は、例えば、イオンの移動を害し、電池の抵抗を増大させるため、高出力密度を達成することが困難である。 However, there is a problem that bubbles are mixed in the lamination. Bubbles, for example, impair ion migration and increase battery resistance, making it difficult to achieve high power density.
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な信頼性かつ高出力密度を有する双極型電池、良好な信頼性かつ高出力密度を有する双極型電池の製造方法、良好な信頼性を有しかつ適用範囲が広い組電池、および、良好な信頼性を有する車両を、提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems associated with the above-described prior art, and manufacture of a bipolar battery having good reliability and high output density, and manufacturing a bipolar battery having good reliability and high output density. It is an object to provide a method, a battery pack having good reliability and a wide range of application, and a vehicle having good reliability.
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
正極、負極、および、前記正極および前記負極の間に配置される集電体を有する双極型電極と、前記正極と前記負極の間に配置される電解質層とを有する双極型電池の製造方法であって、
前記双極型電極および前記電解質層を、真空下で交互に複数積層するための電極積層工程と、
前記電極積層工程によって形成された積層体を、前記電極積層工程における真空状態を維持した状態で、プレスするための第１プレス工程と、を有し、
前記第１プレス工程のプレスは、加熱プレスである
ことを特徴とする双極型電池の製造方法である。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1
A method for producing a bipolar battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a bipolar electrode having a current collector disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte layer disposed between the positive electrode and the negative electrode. There,
An electrode laminating step for alternately laminating the bipolar electrode and the electrolyte layer under vacuum ; and
The laminate formed by the electrode laminating process, while maintaining the vacuum state in the electrode stacking process, possess a first pressing step for pressing, the,
The method of manufacturing a bipolar battery, wherein the pressing in the first pressing step is a heating press .
請求項１に記載の発明によれば、電極積層工程において、双極型電極および電解質層が真空下で積層されるため、双極型電極および電解質層の積層界面に対する気泡の混入が抑制される。そのため、製造された双極型電池における使用時のイオンの移動は、害されず、電池抵抗は増大しないため、高出力密度を達成することができる。第１プレス工程において、電極積層工程によって形成された積層体は、真空状態を維持した状態で、プレスされるため、積層界面にパージガスが混入することが抑制され、また、積層体の厚みを所定の値に設定することで、体積減および電解質抵抗の低減を図ることができる。さらに、加熱プレスであるため、シール前駆体の硬化が同時に実施され、シールが形成されるため、製造工程の短縮を図ることができる。つまり、良好な信頼性かつ高出力密度を有する双極型電池の製造方法を、提供することが可能である。 According to the first aspect of the present invention , since the bipolar electrode and the electrolyte layer are stacked in a vacuum in the electrode stacking step, mixing of bubbles with respect to the stacked interface between the bipolar electrode and the electrolyte layer is suppressed. Therefore, the movement of ions during use in the manufactured bipolar battery is not harmed and the battery resistance does not increase, so that a high output density can be achieved. In the first pressing step, the laminate formed by the electrode lamination step is pressed in a vacuum state, so that the purge gas is prevented from being mixed into the laminate interface, and the thickness of the laminate is predetermined. By setting to this value, volume reduction and electrolyte resistance can be reduced. Furthermore, since it is a heating press, the curing of the seal precursor is performed at the same time and a seal is formed, so that the manufacturing process can be shortened. That is, it is possible to provide a method for manufacturing a bipolar battery having good reliability and high power density.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、実施の形態１に係る双極型電池を説明するための断面図、図２は、実施の形態１に係る双極型電池を説明するための断面図、図３は、図１に示される双極型電池を利用する組電池を説明するための斜視図、図４は、図３に示される組電池が搭載されている車両の概略図である。 1 is a cross-sectional view for explaining a bipolar battery according to Embodiment 1, FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the bipolar battery according to Embodiment 1, and FIG. 3 is shown in FIG. FIG. 4 is a schematic view of a vehicle on which the assembled battery shown in FIG. 3 is mounted.
実施の形態１に係る双極型電池１１０は、電解液系であり、正極１１３、集電体１１１、電解質層（不図示）、スペーサ１２０、第１シール１１５および第２シール１１７を有する。集電体１１１は、正極１１３および負極１１２の間に配置されている。電解質層は、負極面に電解液を滲み込ますことで形成されている。第１シール１１５は、正極１１３の周囲を取り囲むように配置されている。スペーサ１２０は、正極１１３および第１シール１１５を覆うように配置されている。第２シール１１７は、第１シール１１５と位置合せされて、スペーサ１２０上に配置されている。
双極型電池１１０は、積層体１００の形態で、外部からの衝撃や環境劣化を防止するための外装ケース１０４に収容される。積層体１００の最外層（最上位および最下位）には、端子プレート１０１，１０２が配置される。
The
端子プレート１０１，１０２は、高導電性部材からなり、積層体１００の最外層の電極投影面の全てを、少なくとも覆うように構成されている。したがって、最外層の電流取り出し部は、低抵抗化され、面方向の電流取り出しにおける低抵抗化を図ることで、電池の高出力化が可能になる。高導電性部材は、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス、これらの合金である。
The
外装ケース１０４は、端子プレート１０１，１０２から電流を引き出すための電極タブ１０５，１０６を有する。電極タブ１０５，１０６および端子プレート１０１，１０２は、直接的あるいはリードを利用して接続することが可能である。なお、電極タブ１０５，１０６および端子プレート１０１，１０２を一体化することも可能である。
The
外装ケース１０４は、軽量化および熱伝導性の観点から、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属（合金を含む）をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムなどの外装材からなり、その外周部の一部または全部が、熱融着により接合さることで形成される。
The
外装ケース１０４は、単独で使用することが可能であるが、例えば、組電池１３０の形態で利用することが可能である。組電池１３０は、外装ケース１０４を直列化および／又は並列化し、複数接続して構成されており、導電バー１３２，１３４を有する。導電バー１３２，１３４は、各外装ケース１０４の内部から延長する端子プレート１０１，１０２に接続されている。
The
実施の形態１に係る双極型電池は、後述するように、良好な信頼性かつ高出力密度を有する。したがって、組電池１３０は、良好な信頼性を有しかつ大出力を確保することができる。また、外装ケース１０４を接続して構成する際に、適宜、直列あるいは並列化することで、容量および電圧を自由に調整することができる。接続方法は、例えば、超音波溶接、熱溶接、レーザー溶接、リベット、かしめ、電子ビームである。
The bipolar battery according to Embodiment 1 has good reliability and high output density as will be described later. Therefore, the assembled
組電池１３０自体を、直列化および／又は並列化し、複数接続することで組電池モジュール（大型の組電池）１４０として提供することも可能である。
The assembled
組電池モジュール１４０は、良好な信頼性を有しかつ大出力を確保し得るため、例えば、車両１４５のモータ駆動用電源として搭載することで、良好な信頼性を有する車両を提供すること可能である。車両は、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電車である。
Since the assembled
組電池モジュール１４０は、例えば、内蔵する外装ケース１０４毎あるいは組電池１３０毎の充電制御を行うなど、非常にきめ細かい制御ができるため、１回の充電あたりの走行距離の延長、車載電池としての寿命の長期化などの性能の向上を図ることが可能である。
The assembled
図５は、実施の形態１に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図である。 FIG. 5 is a process diagram for explaining the bipolar battery manufacturing method according to the first embodiment.
実施の形態１に係る双極型電池の製造方法は、電極形成工程、シール前駆体配置工程、電極セット工程、電解質層形成工程、真空導入工程、電極積層工程、プレス工程、および、真空解除工程を有する。 The bipolar battery manufacturing method according to the first embodiment includes an electrode forming process, a seal precursor arranging process, an electrode setting process, an electrolyte layer forming process, a vacuum introducing process, an electrode stacking process, a pressing process, and a vacuum releasing process. Have.
次に、図６〜図１６を参照し、各工程を順次説明する。なお、後述するように、実施の形態１に係る電極積層工程においては、双極型電極および電解質層が、真空下で交互に複数積層されるため、気泡の混入が抑制された双極型電池が得られる。そのため、使用時におけるイオンの移動は、害されず、電池抵抗は増大しないため、高出力密度を達成することができる。 Next, each step will be described in order with reference to FIGS. As will be described later, in the electrode stacking step according to the first embodiment, a plurality of bipolar electrodes and electrolyte layers are alternately stacked under vacuum, so that a bipolar battery in which mixing of bubbles is suppressed is obtained. It is done. Therefore, the movement of ions during use is not harmed and the battery resistance does not increase, so that a high output density can be achieved.
図６は、図５に示される電極形成工程に係る正極を説明するための正面図、図７は、図５に示される電極形成工程に係る負極を説明するための背面図、図８は、図６の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに関する断面図である。 6 is a front view for explaining the positive electrode according to the electrode forming step shown in FIG. 5, FIG. 7 is a rear view for explaining the negative electrode according to the electrode forming step shown in FIG. 5, and FIG. It is sectional drawing regarding line VIII-VIII of FIG.
電極形成工程においては、まず，正極スラリーが、調整される。正極スラリーは、正極活物質［８５重量％］、導電助剤［５重量％］およびバインダ［１０重量％］を有し、粘度調整溶媒を添加することで、所定の粘度にされる。 In the electrode forming step, first, the positive electrode slurry is adjusted. The positive electrode slurry has a positive electrode active material [85% by weight], a conductive additive [5% by weight], and a binder [10% by weight], and is adjusted to a predetermined viscosity by adding a viscosity adjusting solvent.
正極活物質は、ＬｉＭｎ２Ｏ４である。導電助剤は、アセチレンブラックである。バインダは、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）である。粘度調整溶媒は、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）である。 The positive electrode active material is LiMn 2 O 4 . The conductive auxiliary agent is acetylene black. The binder is PVDF (polyvinylidene fluoride). The viscosity adjusting solvent is NMP (N-methyl-2-pyrrolidone).
正極スラリーは、ステンレススチール箔（厚さ２０μｍ）からなる集電体１１１の一方の面に塗布される。正極スラリーの塗膜は、例えば、真空オーブンを利用して、乾燥させられ、厚さ３０μｍの正極活物質層からなる正極１１３を形成する。この際、ＮＭＰは、揮発することで除去される。
The positive electrode slurry is applied to one surface of a
次に、負極スラリーが、調整される。負極スラリーは、負極活物質［９０重量％］およびバインダ［１０重量％］を有し、粘度調整溶媒を添加することで、所定の粘度にされる。負極活物質は、ハードカーボンである。バインダおよび粘度調整溶媒は、ＰＶＤＦおよびＮＭＰである。 Next, the negative electrode slurry is adjusted. The negative electrode slurry has a negative electrode active material [90% by weight] and a binder [10% by weight], and has a predetermined viscosity by adding a viscosity adjusting solvent. The negative electrode active material is hard carbon. The binder and viscosity adjusting solvent are PVDF and NMP.
負極スラリーは、集電体１１１の他方の面に、塗布される。負極スラリーの塗膜は、例えば、真空オーブンを利用して、乾燥させられ、厚さ３０μｍの負極活物質層からなる負極１１２を形成する。この際、ＮＭＰは、揮発することで除去される。
The negative electrode slurry is applied to the other surface of the
この結果、集電体１１１の一方の面および他方の面に、正極１１３および負極１１２がそれぞれ形成された双極型電池１１０が得られる。
As a result, the
双極型電池１１０は、３３０×２５０（ｍｍ）のサイズに切り取られる。正極１１３および負極１１２の外周部は、集電体を露出させるために、２０ｍｍの幅で剥がし取られる。
The
正極活物質は、ＬｉＭｎ２Ｏ４に制限されないが、容量および出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物を適用することが好ましい。導電助剤は、例えば、カーボンブラックやグラファイトを利用することも可能である。また、バインダおよび粘度調整溶媒は、ＰＶＤＦおよびＮＭＰに限定されない。 The positive electrode active material is not limited to LiMn 2 O 4 , but it is preferable to apply a lithium-transition metal composite oxide from the viewpoint of capacity and output characteristics. For example, carbon black or graphite can be used as the conductive assistant. Further, the binder and the viscosity adjusting solvent are not limited to PVDF and NMP.
集電体１１１の構成材料は、ステンレススチール箔に限定されず、例えば、アルミニウム箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材を利用することも可能である。
The material constituting the
負極活物質は、ハードカーボン（難黒鉛化炭素材料）に制限されず、例えば、黒鉛系炭素材料や、リチウム−遷移金属複合酸化物を利用することも可能である。なお、カーボンおよびリチウム−遷移金属複合酸化物からなる負極活物質は、容量および出力特性の観点から好ましい。 The negative electrode active material is not limited to hard carbon (non-graphitizable carbon material), and for example, a graphite-based carbon material or a lithium-transition metal composite oxide can be used. A negative electrode active material made of carbon and a lithium-transition metal composite oxide is preferable from the viewpoint of capacity and output characteristics.
正極１１３および負極１１２の厚さは、特に限定されず、電池の使用目的（例えば、出力重視、エネルギー重視）や、イオン伝導性を考慮して設定される。
The thicknesses of the
図９は、図５に示されるシール前駆体配置工程の第１シール前駆体を説明するための正面図、図１０は、図９の線Ｘ−Ｘに関する断面図、図１１は、図５に示されるシール前駆体配置工程の第２シール前駆体を説明するための正面図、図１２は、図９の線ＸＩＩ−ＸＩＩに関する断面図である。 9 is a front view for explaining the first seal precursor in the seal precursor arrangement step shown in FIG. 5, FIG. 10 is a sectional view taken along line XX in FIG. 9, and FIG. The front view for demonstrating the 2nd seal precursor of the seal precursor arrangement | positioning process shown, FIG. 12 is sectional drawing regarding the line XII-XII of FIG.
シール前駆体配置工程においては、まず、集電体１１１が露出している正極側外周部に、第１シール前駆体（１液性未硬化エポキシ樹脂）１１４が配置される。この際、外周部端面から約１０ｍｍ幅で、未配置部位が設けられる。第１シール前駆体１１４の配置は、例えば、ディスペンサを用いる塗布が適用される。
In the seal precursor arrangement step, first, a first seal precursor (one-component uncured epoxy resin) 114 is arranged on the outer periphery of the positive electrode side where the
次に、スペーサ１２０が、集電体１１１の正極側面の全てを覆うように配置される。スペーサ１２０は、ポリエチレン製セパレータからなり、その厚みおよびサイズは、１２μｍおよび３３５×２５５（ｍｍ）である。
Next, the
その後、スペーサ１２０上に、第２シール前駆体（１液性未硬化エポキシ樹脂）１１６が配置される。この際、第２シール前駆体１１６は、第１シール前駆体１１４の配置部位と相対するように（重なるように）位置決めされる。第２シール前駆体１１６の配置は、例えば、ディスペンサを用いる塗布が適用される。
Thereafter, a second seal precursor (one-component uncured epoxy resin) 116 is disposed on the
第１シール前駆体１１４および第２シール前駆体１１６の構成材料は、１液性未硬化エポキシ樹脂に限定されず、使用環境下において良好なシール効果を発揮するものを、用途に応じて適宜選択することができる。例えば、その他の熱硬化型樹脂（ポリプロピレンやポリエチレン等）や、熱可塑型樹脂を適用することが可能である。
The constituent material of the
スペーサ１２０の構成材料は、ポリエチレンに限定されず、ポリプロピレン等のその他のポリオレフィンや、ポリアミドや、ポリイミドなどの樹脂材料が適用することが可能である。
The constituent material of the
図１３は、図５に示される電極セット工程に係る電極保持機構を説明するための断面図である。 FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining an electrode holding mechanism according to the electrode setting step shown in FIG.
電極セット工程においては、６枚の双極型電池１１０（１１０Ａ〜１１０Ｆ）が、負極面を上にした状態で、電極ストッカ１５０にセットされる。
In the electrode setting step, six bipolar batteries 110 (110A to 110F) are set in the
電極ストッカ１５０は、電極保持機構１５２、支持構造体１５４、受け台１５６および制御部（不図示）を有する。
The
電極保持機構１５２は、双極型電池１１０の外周部の対向する２箇所を把持自在であるクリップ機構１５３を６個有しており、６枚の双極型電池１１０をセットすることが可能である。クリップ機構１５３によって把持される双極型電池１１０の部位は、外周部端面から約１０ｍｍ幅の範囲の領域に位置し、第１シール前駆体１１４および第２シール前駆体１１６が配置されていない未配置部位である。
The electrode holding mechanism 152 has six
支持構造体１５４は、双極型電池１１０のセットの際の干渉を避けるため、フレーム形状であり、かつ、電極保持機構１５２が取付けられている。電極保持機構１５２の取付け間隔は、各電極１１２，１１３が接触しないように設定されている。
The
受け台１５６は、固定式であり、積層された双極型電池１１０を支持するために配置されている。制御部は、クリップ機構１５３を制御して、クリップ機構１５３に把持されている双極型電池１１０を、積層するために使用される。
The
したがって、電極セット工程においては、各電極１１２，１１３が接触せず、かつ電極１１２，１１３の面方向に対して垂直方向にずれることなく、電極ストッカ１５０にセットされる。つまり、後続の積層工程における積層精度および歩留りを向上させることが可能である。
Therefore, in the electrode setting step, the
なお、最下位に保持される双極型電池１１０Ｆは、第１シール前駆体１１４、第２シール前駆体１１６およびスペーサ１２０は、配置されていない。
In the
また、支持構造体１５４は、固定式の受け台１５６に対して降下自在である。しかし、支持構造体１５４を固定式とし、受け台１５６を可動式とすることも可能である。
Further, the
電解質層形成工程においては、最上位に保持される双極型電池１１０Ａを除いた、５枚の双極型電池１１０Ｂ〜１１０Ｆの負極１１２に、１ｍｌの電解液を、例えば、マイクロピペットを用いて、負極面にたらすことで、滲み込まされる。
In the electrolyte layer forming step, 1 ml of the electrolyte is applied to the
電解液は、ＰＣ（プロピレンカーボネート）およびＥＣ（エチレンカーボネート）からなる有機溶媒、支持塩としてのリチウム塩（ＬｉＰＦ６）および少量の界面活性剤を含んでいる。なお、リチウム塩濃度は、１Ｍである。 The electrolytic solution contains an organic solvent composed of PC (propylene carbonate) and EC (ethylene carbonate), a lithium salt (LiPF 6 ) as a supporting salt, and a small amount of a surfactant. The lithium salt concentration is 1M.
有機溶媒は、ＰＣおよびＥＣに特に限定されず、例えば、その他の環状カーボネート類、ジメ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等のエーテル類を適用することが可能である。リチウム塩は、ＬｉＰＦ６に特に限定されず、例えば、その他の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ３ＳＯ３等の有機酸陰イオン塩を、適用することが可能である。 The organic solvent is not particularly limited to PC and EC, and for example, other cyclic carbonates, chain carbonates such as dimethyl carbonate, and ethers such as tetrahydrofuran can be applied. The lithium salt is not particularly limited to LiPF 6 , and other inorganic acid anion salts and organic acid anion salts such as LiCF 3 SO 3 can be applied.
図１４は、図５に示される真空導入工程〜真空解除工程に係る真空処理装置を説明するための概略図、図１５は、図５に示される電極積層工程を説明するための概略図、図１６は、図５に示されるプレス工程を説明するための断面図である。 14 is a schematic diagram for explaining the vacuum processing apparatus according to the vacuum introduction process to the vacuum release process shown in FIG. 5, and FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the electrode stacking process shown in FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining the pressing step shown in FIG.
真空処理装置１６０は、真空手段１６２、プレス手段１７２および制御部１７８を有する。 The vacuum processing apparatus 160 includes a vacuum unit 162, a press unit 172, and a control unit 178.
真空手段１６２は、真空チャンバ１６３、真空ポンプ１６４および配管系１６５を有する。真空チャンバ１６３は、着脱自在（開放自在）の蓋部と、電極ストッカ１５０およびプレス手段１７２が配置される固定式の基部を有する。真空ポンプ１６４は、例えば、遠心式であり、真空チャンバ１６３の内部を真空状態にするために使用される。配管系１６５は、真空ポンプ１６４と真空チャンバ１６３と連結するために使用され、リークバルブ（不図示）が配置されている。
The vacuum unit 162 includes a vacuum chamber 163, a vacuum pump 164, and a piping system 165. The vacuum chamber 163 has a detachable (openable) lid, and a fixed base on which the
プレス手段１７２は、下部プレスプレート１７４、下部プレスプレート１７４に対して近接離間自在に配置される上部プレスプレート１７６、下部加熱手段１７５および上部加熱手段１７７を有する。
The press unit 172 includes a
下部プレスプレート１７４は、電極ストッカ１５０の受け台１５６が配置される。上部プレスプレート１７６は、下部プレスプレート１７４と連携し、双極型電池１１０の積層体を押圧するために使用される。
The
下部加熱手段１７５および上部加熱手段１７７は、例えば、抵抗発熱体を有しており、下部プレスプレート１７４および上部プレスプレート１７６の内部に配置され、下部プレスプレート１７４および上部プレスプレート１７６の温度を上昇させるために使用される。
The lower heating means 175 and the upper heating means 177 have, for example, resistance heating elements and are disposed inside the
制御部１７８は、上部プレスプレート１７６の移動や押圧力、下部加熱手段１７５および上部加熱手段１７７の温度を制御することで、双極型電池１１０の積層体に対する適当な熱プレスを、真空下で実施するために使用される。
The control unit 178 controls the temperature of the
なお、下部加熱手段１７５および上部加熱手段１７７の一方を省略したり、下部加熱手段１７５および上部加熱手段１７７を、下部プレスプレート１７４および上部プレスプレート１７６の外部に配置したりすることも可能である。
Note that one of the
次に、真空処理装置１６０が適用される真空導入工程〜真空解除工程を順次説明する。 Next, a vacuum introduction process to a vacuum release process to which the vacuum processing apparatus 160 is applied will be sequentially described.
真空導入工程においては、真空チャンバ１６３の蓋部が外され、双極型電池１１０を保持している電極ストッカ１５０が、真空チャンバ１６３の基部に配置される。そして、真空チャンバ１６３の蓋部が装着されて、真空チャンバ１６３が密閉されると、真空ポンプ１６４が稼働され、真空チャンバ１６３の内部が、真空状態にされる。
In the vacuum introduction process, the lid of the vacuum chamber 163 is removed, and the
電極積層工程においては、電極ストッカ１５０の支持構造体１５４が、受け台１５６に向かって降下する。そして、支持構造体１５４のクリップ機構１５３に把持されている双極型電池１１０Ｆが、受け台１５６に接触するタイミングで、クリップ機構１５３は、双極型電池１１０の把持を解消する。
In the electrode stacking step, the
受け台１５６に対する支持構造体１５４の降下を継続することで、双極型電池１１０Ｆの上方に位置する双極型電池１１０Ａ〜１１０Ｅは、双極型電池１１０Ｆの場合と同様に、順次積層される。
By continuing the lowering of the
以上のように、双極型電池１１０（１１０Ａ〜１１０Ｆ）が真空下で積層されるため、電極および電解質層の積層界面に対する気泡の混入が抑制される。そのため、使用時のイオンの移動は、害されず、電池抵抗は増大しないため、高出力密度を達成することができる。 As described above, since the bipolar battery 110 (110A to 110F) is stacked under vacuum, mixing of bubbles with respect to the stacked interface between the electrode and the electrolyte layer is suppressed. Therefore, the movement of ions during use is not harmed and the battery resistance does not increase, so that a high output density can be achieved.
なお、双極型電池１１０Ａ〜１１０Ｆは、各電極１１２，１１３が接触せず、かつ電極１１２，１１３の面方向に対して垂直方向にずれることなく、電極ストッカ１５０の支持構造体１５４にセットされている。したがって、積層精度および歩留りが向上する。
The
プレス工程においては、電極ストッカ１５０の受け台１５６が下部プレスプレート１７４に配置される。この際、受け台１５６には、電極積層工程によって形成された双極型電池１１０の積層体１００が保持されている。上部プレスプレート１７６が下部プレスプレート１７４に向かって降下し、積層体１００を押圧し、１．０×１０５Ｐａの面圧を付与する。
In the pressing process, the
一方、下部加熱手段１７５および上部加熱手段１７７が稼働され、下部プレスプレート１７４および上部プレスプレート１７６を介して、双極型電池１１０の積層体を加熱する。双極型電池１１０の積層体は、第１シール前駆体１１４および第２シール前駆体１１６を構成する１液性未硬化エポキシ樹脂の硬化温度である８０℃に昇温する。
On the other hand, the lower heating means 175 and the upper heating means 177 are operated to heat the laminate of the
電極積層工程における真空状態を維持した状態で、このプレス条件（面圧１．０×１０５Ｐａかつ８０℃）で、１時間保持することで、第１シール前駆体１１４および第２シール前駆体１１６が硬化し、所定の厚みの第１シール１１５および第２シール１１７が形成され、積層体１００が得られる。
The
以上のように、プレスが真空下で積層されるため、積層界面にパージガスが混入することを抑制することができる。また、プレス時における下部プレスプレート１７４と上部プレスプレート１７６の間の距離を制御し、積層体１００の厚みを、所定の値に設定することで、体積減および電解質抵抗の低減を図ることができる。
As described above, since the presses are laminated under vacuum, it is possible to suppress the purge gas from being mixed into the lamination interface. Further, by controlling the distance between the
また、加熱プレスであるため、第１シール前駆体１１４および第２シール前駆体１１６の硬化が同時に実施されるため、製造工程の短縮を図ることができる。
Moreover, since it is a heating press, the
プレス工程の前に、積層体を予熱するための予熱工程を有することも可能である。この場合、プレス工程の時間を短縮することが可能になる。必要に応じ、プレス工程においては昇温せずに、双極型電池１１０の積層体を加熱するための別工程を設けることも可能である。
It is possible to have a preheating step for preheating the laminated body before the pressing step. In this case, it is possible to shorten the time of the pressing process. If necessary, it is possible to provide another process for heating the laminated body of the
真空解除工程においては、真空ポンプ１６４の稼働が停止され、リークバルブを開にすることで、真空チャンバ１６３の真空状態が解除される。上部プレスプレート１７６が上昇し、真空チャンバ１６３の蓋部が外される。下部プレスプレート１７４に配置されている電極ストッカ１５０の受け台１５６が、積層体１００を保持した状態で、取り出される。また、受け台１５６以外の電極ストッカ１５０の部品も取り出される。
In the vacuum release process, the vacuum pump 164 is stopped, and the vacuum state of the vacuum chamber 163 is released by opening the leak valve. The
双極型電池の積層体１００は、その後、最上位および最下位に端子プレート１０１，１０２が配置され、外装ケース１０４に収容される（図１および図２参照）。
In the
図１７は、実施の形態１に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。 FIG. 17 is a chart for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to the first embodiment.
実施の形態１に係る双極型電池１１０と比較例１〜３を対象とし、放電容量を評価した。放電容量は、正極の塗布重量から概算された容量を、１００％としたときの容量である。比較例１、比較例２および比較例３は、電解液系双極型電池、ゲルポリマー電解質系双極型電池および全固体電解質系双極型電池であり、その製造が大気圧下で実施されている点で、実施の形態１と概して異なる。
The discharge capacity was evaluated for the
なお、実施の形態１、比較例１および比較例２に関しては、正極の塗布重量から概算された容量ベースで、２１Ｖ−１Ｃで２時間充電を行った後、下限電圧１２．５Ｖで１Ｃ定電流放電を行い、その後、容量測定を行っている。比較例３に関しては、正極の塗布重量から概算された容量ベースで、１２．５Ｖ−１Ｃで２時間充電を行った後、下限電圧５Ｖで１Ｃ定電流放電を行い、その後、容量測定を行っている。 Regarding Embodiment 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, after charging for 2 hours at 21V-1C on a capacity basis estimated from the coating weight of the positive electrode, 1C constant current at the lower limit voltage of 12.5V After discharging, the capacity is measured. Regarding Comparative Example 3, after charging for 2 hours at 12.5V-1C on a capacity basis estimated from the coating weight of the positive electrode, 1C constant current discharge was performed at the lower limit voltage of 5V, and then the capacity was measured. Yes.
図１７に示されるように、実施の形態１は、９３％の放電容量を有し、比較例１〜３は、７０〜８０％の放電容量を有している、つまり、実施の形態１は、比較例１〜３に比較し、高出力密度を達成している。 As shown in FIG. 17, the first embodiment has a discharge capacity of 93%, and the comparative examples 1 to 3 have a discharge capacity of 70 to 80%. Compared with Comparative Examples 1 to 3, a high output density is achieved.
以上のように、実施の形態１は、良好な信頼性かつ高出力密度を有する電解液系双極型電池、良好な信頼性かつ高出力密度を有する電解液系双極型電池の製造方法、良好な信頼性を有しかつ適用範囲が広い組電池、および、良好な信頼性を有する車両を、提供するができる。 As described above, the first embodiment provides an electrolyte-type bipolar battery having good reliability and high output density, a method for manufacturing an electrolyte-type bipolar battery having good reliability and high output density, An assembled battery having high reliability and a wide application range, and a vehicle having good reliability can be provided.
なお、電極セット工程は、設置工程などを考慮すると、大気下で実施することが好ましいが、必要に応じて、真空下で実施することも可能である。また、積層工程に投入される双極型電池は、電解質層と双極型電極とが一体化している形態に限定されず、別体となっている形態を適用することも可能である。 The electrode setting step is preferably performed in the atmosphere in consideration of the installation step and the like, but can be performed in a vacuum as necessary. Moreover, the bipolar battery put into the laminating process is not limited to the form in which the electrolyte layer and the bipolar electrode are integrated, and a separate form can also be applied.
次に、実施の形態２を説明する。 Next, a second embodiment will be described.
図１８は、実施の形態２に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図、図１９は、実施の形態２に係る真空処理装置を説明するための概略図である。 FIG. 18 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the second embodiment, and FIG. 19 is a schematic diagram for explaining the vacuum processing apparatus according to the second embodiment.
実施の形態２に係る双極型電池は、電解液系であり、その製造方法は、電極形成工程、シール前駆体配置工程、電極セット工程、電解質層形成工程、真空導入工程、電極積層工程、第１プレス工程、初充電工程、第２プレス工程および真空解除工程を有しており、初充電工程を介し、プレス工程が２分割されている点で、実施の形態１と概して異なる。 The bipolar battery according to the second embodiment is an electrolyte solution, and the manufacturing method thereof includes an electrode formation step, a seal precursor placement step, an electrode setting step, an electrolyte layer formation step, a vacuum introduction step, an electrode lamination step, It has a 1-press process, an initial charge process, a second press process, and a vacuum release process, and is generally different from the first embodiment in that the press process is divided into two through the initial charge process.
なお、以下において、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。また、電極形成工程〜電極積層工程および真空解除工程は、実施の形態１と略一致するため、その説明は省略する。 In the following, members having the same functions as those of the first embodiment are denoted by similar reference numerals, and the description thereof is omitted to avoid duplication. Moreover, since the electrode forming step to the electrode stacking step and the vacuum releasing step substantially coincide with those of the first embodiment, the description thereof is omitted.
実施の形態２に係る真空処理装置２６０は、初充電工程のために、充放電装置２８０を有する。充放電装置２８０は、プレス手段２７２の下部プレスプレート２７４と上部プレスプレート２７６を介し、積層体２００と電気的に接続可能に構成されている。なお、符号２６２、２６３、２６４、２６５および２７８は、真空手段、真空チャンバ、真空ポンプ、配管系および制御部を示している。
The
次に、第１プレス工程、初充電工程および第２プレス工程を説明する。 Next, a 1st press process, an initial charging process, and a 2nd press process are demonstrated.
第１プレス工程にいては、電極積層工程における真空状態を維持した状態で、電極ストッカ２５０の受け台が、下部プレスプレート２７４に配置される。この際、電極ストッカ２５０の受け台は、電極積層工程によって形成された積層体２００を保持している。上部プレスプレート２７６が下部プレスプレート２７４に向かって降下し、積層体２００を押圧し、１．０×１０５Ｐａの面圧を付与する。
In the first pressing step, the cradle of the
一方、下部加熱手段２７５および上部加熱手段２７７が稼働はされず、常温で、６０秒保持される。これにより、第１シール前駆体および第２シール前駆体は、所定の厚みとなる。 On the other hand, the lower heating means 275 and the upper heating means 277 are not operated and are held at room temperature for 60 seconds. Thereby, the first seal precursor and the second seal precursor have a predetermined thickness.
なお、第１プレス工程のプレス条件は、特に限定されず、第２プレス工程のプレス条件を考慮し、第１シール前駆体および第２シール前駆体が硬化しないように設定される。 In addition, the press conditions of a 1st press process are not specifically limited, Considering the press conditions of a 2nd press process, it sets so that a 1st seal precursor and a 2nd seal precursor may not harden | cure.
初充電工程においては、プレス手段２７２の下部プレスプレート２７４と上部プレスプレート２７６を介し、第１プレス工程を経由した積層体２００に対して、真空下で初回充電が行われる。したがって、初充電で発生する気泡が取り除かれるため、電池の出力密度を向上させることが可能である。初充電条件は、正極の塗布重量から概算された容量ベースで、２１Ｖ−０．５Ｃで４時間である。
In the initial charging step, the initial charging is performed under vacuum on the laminate 200 via the first pressing step via the
第２プレス工程においては、初回充電が完了した積層体２００が、初充電工程における真空状態を維持した状態で、加熱プレスされる。プレス条件は、面圧１．０×１０５Ｐａかつ８０℃の状態での１時間保持であり、実施の形態１と同様である。これにより、第１シール前駆体および第２シール前駆体が硬化し、所定の厚みの第１シールおよび第２シールが形成され、積層体２００が得られる。
In the second pressing step, the
図２０は、実施の形態２に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。 FIG. 20 is a table for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to the second embodiment.
図２０に示されるように、実施の形態２は、９８％の放電容量を有しており、９３％の放電容量を有する実施の形態１（図１７参照）に比べ、出力密度が向上している。 As shown in FIG. 20, the second embodiment has a discharge capacity of 98%, and the output density is improved as compared with the first embodiment (see FIG. 17) having a discharge capacity of 93%. Yes.
以上にように、実施の形態２は、実施の形態１に比べ、さらなる高出力密度を達成することが可能である。 As described above, the second embodiment can achieve higher power density than the first embodiment.
次に、実施の形態３を説明する。 Next, a third embodiment will be described.
図２１は、実施の形態３に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図である。 FIG. 21 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the third embodiment.
実施の形態３に係る双極型電池は、ゲルポリマー電解質系であり、その製造方法は、電極形成工程、電解質層形成工程、シール前駆体形成工程、電極セット工程、真空導入工程、電極積層工程、プレス工程および真空解除工程を有する。 The bipolar battery according to Embodiment 3 is a gel polymer electrolyte system, and its manufacturing method includes an electrode formation step, an electrolyte layer formation step, a seal precursor formation step, an electrode setting step, a vacuum introduction step, an electrode lamination step, It has a press process and a vacuum release process.
次に、各工程を順次説明する。図２２は、図２１に示されるシール前駆体配置工程を説明するための断面図、図２３は、図２１に示される電極セット工程を説明するための断面図ある。 Next, each step will be described sequentially. 22 is a cross-sectional view for explaining the seal precursor arranging step shown in FIG. 21, and FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining the electrode setting step shown in FIG.
電極形成工程においては、実施の形態１と同様に、集電体３１１の一方の面および他方の面に、正極３１３および負極３１２がそれぞれ形成された双極型電池３１０が得られる。
In the electrode formation step, the bipolar battery 310 in which the
電解質層形成工程においては、電解質が、正極３１３および負極３１２の電極部に塗布される。
In the electrolyte layer forming step, an electrolyte is applied to the electrode portions of the
電解質は、電解液［９０重量％］およびホストポリマー［１０重量％］の有し、粘度調整溶媒を添加することで、塗布に適した粘度にされている。 The electrolyte has an electrolytic solution [90% by weight] and a host polymer [10% by weight], and has a viscosity suitable for coating by adding a viscosity adjusting solvent.
電解液は、ＰＣ（プロピレンカーボネート）およびＥＣ（エチレンカーボネート）からなる有機溶媒、支持塩としてのリチウム塩（ＬｉＰＦ６）を含んでいる。リチウム塩濃度は、１Ｍである。 The electrolytic solution contains an organic solvent composed of PC (propylene carbonate) and EC (ethylene carbonate), and a lithium salt (LiPF 6 ) as a supporting salt. The lithium salt concentration is 1M.
ホストポリマーは、ＨＦＰ（ヘキサフルオロプロピレン）コポリマーを１０％含むＰＶＤＦ−ＨＦＰ（ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体）である。粘度調製溶媒は、ＤＭＣ（ジメチルカーボネート）である。 The host polymer is PVDF-HFP (copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene) containing 10% of HFP (hexafluoropropylene) copolymer. The viscosity adjusting solvent is DMC (dimethyl carbonate).
電極部に塗布された電解質は、乾燥され、ＤＭＣを揮発させることで、正極３１３および負極３１２上に、ゲルポリマー電解質層３１８，３１９が形成される。
The electrolyte applied to the electrode part is dried and the DMC is volatilized to form gel polymer electrolyte layers 318 and 319 on the
ホストポリマーは、ＰＶＤＦ−ＨＦＰに限定されず、その他のリチウムイオン伝導性を持たない高分子や、イオン伝導性を有する高分子（固体高分子電解質）を適用することも可能である。その他のリチウムイオン伝導性を持たない高分子は、例えば、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）である。イオン伝導性を有する高分子は、例えば、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）やＰＰＯ（ポリプロピレンオキシド）である。粘度調製溶媒は、ＤＭＣに限定されない。 The host polymer is not limited to PVDF-HFP, and other polymers that do not have lithium ion conductivity or polymers that have ion conductivity (solid polymer electrolyte) can also be applied. Other polymers having no lithium ion conductivity are, for example, PAN (polyacrylonitrile) and PMMA (polymethyl methacrylate). Examples of the polymer having ion conductivity include PEO (polyethylene oxide) and PPO (polypropylene oxide). The viscosity adjusting solvent is not limited to DMC.
シール前駆体形成工程にいては、実施の形態１と同様に、第１シール前駆体３１４、スペーサ３２０および第２シール前駆体３１６が配置される。
In the seal precursor forming step, the
電極セット工程においては、６枚の双極型電池３１０（３１０Ａ〜３１０Ｆ）が、負極面を上にした状態で、各電極３１２，３１３が接触せず、かつ電極３１２，３１３の面方向に対して垂直方向にずれることなく、電極ストッカ３５０の支持構造体３５４にセットされる。
In the electrode setting process, the six bipolar batteries 310 (310A to 310F) are not in contact with each other with the negative electrode face up, and the surface direction of the
なお、最下位に保持される双極型電池３１０Ｆは、正極側のゲルポリマー電解質層３１８、第１シール前駆体３１４、第２シール前駆体３１６およびスペーサ３２０を有していない。最上位に保持される双極型電池３１０Ａは、負極側のゲルポリマー電解質層３１９を有していない。
Note that the bipolar battery 310F held at the lowest level does not include the gel
真空導入工程においては、双極型電池３１０を保持している電極ストッカが、真空チャンバの基部に配置されると、真空チャンバの内部が、真空状態に保持される。 In the vacuum introduction process, when the electrode stocker holding the bipolar battery 310 is disposed at the base of the vacuum chamber, the inside of the vacuum chamber is held in a vacuum state.
電極積層工程においては、真空下で、支持構造体３５４を受け台３５６に対して降下させながら、クリップ機構３５３の把持を順次解消することで、双極型電池３１０Ａ〜３１０Ｆが、順次積層される。
In the electrode stacking step, the
プレス工程においては、積層体３００が、真空状態を維持した状態で、加熱プレスされる。プレス条件は、面圧１．０×１０５Ｐａかつ８０℃の状態での１時間保持である。これにより、第１シール前駆体および第２シール前駆体が硬化し、所定の厚みの第１シールおよび第２シールが形成される。また、ゲルポリマー電解質層３１８，３１９は、可塑化し、所定の厚みを有することなる。 In the pressing step, the laminated body 300 is heated and pressed while maintaining a vacuum state. The pressing conditions are 1 hour holding at a surface pressure of 1.0 × 10 5 Pa and 80 ° C. Thereby, the first seal precursor and the second seal precursor are cured, and the first seal and the second seal having a predetermined thickness are formed. The gel polymer electrolyte layers 318 and 319 are plasticized and have a predetermined thickness.
ゲルポリマー電解質層３１８，３１９は、ポリマー骨格に電解液を保持した熱可塑型であるため、漏液が防止され、液絡を防ぎ信頼性の高い双極型電池を構成することが可能である。 Since the gel polymer electrolyte layers 318 and 319 are of a thermoplastic type in which an electrolytic solution is held in a polymer skeleton, liquid leakage is prevented and a liquid crystal is prevented and a highly reliable bipolar battery can be configured.
また、加熱下でプレスされるため、第１シール前駆体１１４および第２シール前駆体１１６の硬化、ゲルポリマー電解質層３１８，３１９の完成が同時に実施されるため、製造工程の短縮を図ることができる。
In addition, since the pressing is performed under heating, the
真空解除工程においては、真空チャンバの真空状態が解除され、積層体３００が取り出される。 In the vacuum releasing step, the vacuum state of the vacuum chamber is released and the stacked body 300 is taken out.
図２４は、実施の形態３に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。 FIG. 24 is a chart for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to the third embodiment.
実施の形態３は、９０％の放電容量を有し、７０〜８０％の放電容量を有する比較例１〜３（図１７参照）に比較し、高出力密度を達成している。 The third embodiment has a discharge capacity of 90% and achieves a higher output density than Comparative Examples 1 to 3 (see FIG. 17) having a discharge capacity of 70 to 80%.
以上のように、実施の形態３は、良好な信頼性かつ高出力密度を有するゲルポリマー電解質系双極型電池、良好な信頼性かつ高出力密度を有するゲルポリマー電解質系双極型電池の製造方法、良好な信頼性を有しかつ適用範囲が広い組電池、および、良好な信頼性を有する車両を、提供するができる。 As described above, the third embodiment is a gel polymer electrolyte bipolar battery having good reliability and high output density, a method for producing a gel polymer electrolyte bipolar battery having good reliability and high output density, An assembled battery having good reliability and a wide application range, and a vehicle having good reliability can be provided.
なお、ゲルポリマー電解質は、熱可塑型に限定されず、熱可塑型を適用することも可能である。この場合も、漏液が防止され、液絡を防ぎ信頼性の高い双極型電池を構成することが可能である。 The gel polymer electrolyte is not limited to a thermoplastic type, and a thermoplastic type can also be applied. Also in this case, it is possible to constitute a bipolar battery that prevents liquid leakage and prevents liquid junction and has high reliability.
次に、実施の形態４を説明する。 Next, a fourth embodiment will be described.
図２５は、実施の形態４に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図である。 FIG. 25 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the fourth embodiment.
実施の形態４に係る双極型電池は、ゲルポリマー電解質系であり、その製造方法は、電極形成工程、電解質層形成工程、シール前駆体形成工程、電極セット工程、真空導入工程、電極積層工程、第１プレス工程、初充電工程、第２プレス工程および真空解除工程を有しており、初充電工程を介し、プレス工程が２分割されている点で、実施の形態３と概して異なる。第１プレス工程、初充電工程および第２プレス工程の操作条件は、実施の形態２と同様であるので、重複を避けるため、その説明を省略する。 The bipolar battery according to Embodiment 4 is a gel polymer electrolyte system, and its manufacturing method includes an electrode formation step, an electrolyte layer formation step, a seal precursor formation step, an electrode setting step, a vacuum introduction step, an electrode lamination step, It has a first press step, an initial charge step, a second press step, and a vacuum release step, and is generally different from the third embodiment in that the press step is divided into two through the initial charge step. Since the operating conditions of the first pressing step, the initial charging step, and the second pressing step are the same as those in the second embodiment, the description thereof is omitted to avoid duplication.
図２６は、実施の形態４に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。 FIG. 26 is a table for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to the fourth embodiment.
実施の形態４は、９７％の放電容量を有しており、９０％の放電容量を有する実施の形態３（図２４参照）に比べ、出力密度が向上している。 The fourth embodiment has a discharge capacity of 97%, and the output density is improved as compared with the third embodiment (see FIG. 24) having a discharge capacity of 90%.
以上にように、実施の形態４は、実施の形態３に比べ、さらなる高出力密度を達成することが可能である。 As described above, the fourth embodiment can achieve a higher power density than the third embodiment.
次に、実施の形態５を説明する。 Next, a fifth embodiment will be described.
図２７は、実施の形態５に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図である。 FIG. 27 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the fifth embodiment.
実施の形態５に係る双極型電池は、全固体電解質系であり、その製造方法は、電極形成工程、電解質層形成工程、電極セット工程、真空導入工程、電極積層工程、プレス工程および真空解除工程を有する。 The bipolar battery according to the fifth embodiment is an all-solid electrolyte system, and its manufacturing method includes an electrode forming process, an electrolyte layer forming process, an electrode setting process, a vacuum introducing process, an electrode stacking process, a pressing process, and a vacuum releasing process. Have
次に、各工程を順次説明する。図２８は、図２７に示される固体電解質層の形成を説明するための断面図、図２９は、図２７に示される電極セット工程の形成を説明するための断面図、図３０は、実施の形態５に係る真空処理装置を説明するための概略図である。 Next, each step will be described sequentially. 28 is a cross-sectional view for explaining the formation of the solid electrolyte layer shown in FIG. 27, FIG. 29 is a cross-sectional view for explaining the formation of the electrode setting step shown in FIG. 27, and FIG. It is the schematic for demonstrating the vacuum processing apparatus which concerns on the form 5.
電極形成工程においては、まず、正極スラリーが調整される。正極スラリーは、正極活物質［２２重量％］、導電助剤［６重量％］、ポリマー［１８重量％］、支持塩としてのリチウム塩［９重量％］、スラリー粘度調整溶媒［４５重量％］、および、微量の重合開始剤を含んでいる。 In the electrode forming step, first, the positive electrode slurry is adjusted. The positive electrode slurry comprises a positive electrode active material [22% by weight], a conductive auxiliary agent [6% by weight], a polymer [18% by weight], a lithium salt [9% by weight] as a supporting salt, and a slurry viscosity adjusting solvent [45% by weight]. And a small amount of a polymerization initiator.
正極活物質は、ＬｉＭｎ２Ｏ４である。導電助剤は、アセチレンブラックである。ポリマーは、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）である。リチウム塩は、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎである。スラリー粘度調整溶媒は、ＮＭＰである。重合開始剤は、ＡＩＢＮ（アゾビスイソブチロニトリル）である。 The positive electrode active material is LiMn 2 O 4 . The conductive auxiliary agent is acetylene black. The polymer is polyethylene oxide (PEO). The lithium salt is Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. The slurry viscosity adjusting solvent is NMP. The polymerization initiator is AIBN (azobisisobutyronitrile).
正極スラリーは、ステンレススチール箔からなる集電体５１１の一方の面に塗布される。正極スラリーの塗膜は、例えば、オーブンを利用して、１１０℃かつ４時間保持され、熱重合により硬化することで、正極活物質層からなる正極５１３が形成される。
The positive electrode slurry is applied to one surface of a
次に、負極スラリーが調整される。負極スラリーは、負極活物質［１４重量％］、導電助剤［４重量％］、ポリマー［２０重量％］、支持塩としてのリチウム塩［１１重量％］、スラリー粘度調整溶媒［５１重量％］、および、微量の重合開始剤を含んでいる。 Next, the negative electrode slurry is adjusted. The negative electrode slurry comprises a negative electrode active material [14% by weight], a conductive auxiliary agent [4% by weight], a polymer [20% by weight], a lithium salt [11% by weight] as a supporting salt, and a slurry viscosity adjusting solvent [51% by weight]. And a small amount of a polymerization initiator.
負極活物質は、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２である。導電助剤は、アセチレンブラックである。ポリマーは、ＰＥＯである。リチウム塩は、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎである。スラリー粘度調整溶媒は、ＮＭＰである。重合開始剤は、ＡＩＢＮである。 The negative electrode active material is Li 4 Ti 5 O 12 . The conductive auxiliary agent is acetylene black. The polymer is PEO. The lithium salt is Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. The slurry viscosity adjusting solvent is NMP. The polymerization initiator is AIBN.
負極スラリーは、集電体５１１の他方の面に、塗布される。負極スラリーの塗膜は、例えば、オーブンを利用して、１１０℃かつ４時間保持され、熱重合により硬化することで、負極活物質層からなる負極５１２が形成される。
The negative electrode slurry is applied to the other surface of the
この結果、集電体５１１の一方の面および他方の面に、正極５１３および負極５１２がそれぞれ形成された双極型電池５１０が得られる。
As a result, a bipolar battery 510 in which the
双極型電池５１０は、３３０×２５０（ｍｍ）のサイズに切り取られる。正極５１３および負極５１２の外周部は、集電体５１１を露出させるために、１０ｍｍの幅で剥がし取られる。
The bipolar battery 510 is cut to a size of 330 × 250 (mm). The outer peripheral portions of the
電解質層形成工程においては、まず、固体電解質スラリーが調整される。固体電解質スラリーは、ポリマー［６４．５重量％］および支持塩としてのリチウム塩［３５．５重量％］を含んでおり、粘度調製溶媒によって所定の粘度とされている。 In the electrolyte layer forming step, first, a solid electrolyte slurry is prepared. The solid electrolyte slurry contains a polymer [64.5% by weight] and a lithium salt [35.5% by weight] as a supporting salt, and has a predetermined viscosity by a viscosity adjusting solvent.
ポリマーは、ＰＥＯである。リチウム塩は、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎである。粘度調製溶媒は、アセトニトリルである。ポリマーは、ＰＥＯに限定されず、その他の固体高分子電解質（例えば、ＰＰＯ）や、セラミックなどのイオン伝導性を持つ無機固体型電解質を適用することも可能である。 The polymer is PEO. The lithium salt is Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. The viscosity adjusting solvent is acetonitrile. The polymer is not limited to PEO, and other solid polymer electrolytes (for example, PPO) and inorganic solid electrolytes having ion conductivity such as ceramics can also be applied.
固体電解質スラリーは、正極５１３の電極部分のみに塗布される。固体電解質スラリーの塗布層は、乾燥させることで粘度調製溶媒が揮発し、４０μｍの全固体電解質層５３９が形成される。全固体電解質層５３９においては、漏液は皆無となり、信頼性の高い双極型電池を構成できる。
The solid electrolyte slurry is applied only to the electrode portion of the
一方、集電体５１１が露出している双極型電池５１０の正極側外周部には、絶縁材料５１５が配置される。絶縁材料５１５は、例えば、ポリイミド製カプトン（登録商標）テープである。
On the other hand, an insulating
電極セット工程においては、実施の形態１と同様に、６枚の双極型電池５１０（５１０Ａ〜５１０Ｆ）が、負極面を上にした状態で、各電極５１２，５１３が接触せず、かつ電極５１２，５１３の面方向に対して垂直方向にずれることなく、電極ストッカ５５０の支持構造体５５４にセットされる。
In the electrode setting step, as in the first embodiment, the six bipolar batteries 510 (510A to 510F) are not in contact with each other with the
なお、最下位に保持される双極型電池５１０Ｆは、正極５１３、全固体電解質層５３９および絶縁材料５１５を有していない。最上位に保持される双極型電池５１０Ａは、負極５１２を有していない。
Note that the
真空導入工程においては、双極型電池５１０を保持している電極ストッカ５５０が、真空チャンバ５６３の基部に配置されると、真空チャンバ５６３の内部が、真空状態に保持される。
In the vacuum introduction process, when the
電極積層工程においては、実施の形態１と同様に、真空下で、支持構造体５５４を受け台５５６に対して降下させながら、クリップ機構５５３の把持を順次解消することで、双極型電池５１０Ａ〜５１０Ｆが、順次積層される。
In the electrode stacking step, as in the first embodiment, the holding of the
プレス工程においては、積層体５００が、真空状態を維持した状態で、プレスされる。プレス条件は、面圧１．０×１０５Ｐａかつ常温の状態での３分間保持である。これにより、負極５１２と全固体電解質層５３９が密着する。なお、実施の形態５に係るプレス工程は、加熱プレスが適用されないため、真空処理装置５６０のプレス手段５７２の下部プレスプレート５７４および上部プレスプレート５７６には、加熱手段が配置されていない。なお、符号５６２、５６４、５６５および５７８は、真空手段、真空ポンプ、配管系および制御部を示している。
In the pressing step, the
真空解除工程においては、真空チャンバ５６３の真空状態が解除され、積層体５００が取り出される。
In the vacuum releasing step, the vacuum state of the
図３１は、実施の形態５に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。 FIG. 31 is a chart for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to the fifth embodiment.
実施の形態５は、９１％の放電容量を有し、７０〜８０％の放電容量を有する比較例１〜３（図１７参照）に比較し、高出力密度を達成している。 The fifth embodiment has a discharge capacity of 91% and achieves a higher output density than Comparative Examples 1 to 3 (see FIG. 17) having a discharge capacity of 70 to 80%.
以上のように、実施の形態５は、良好な信頼性かつ高出力密度を有する全固体電解質系双極型電池、良好な信頼性かつ高出力密度を有する全固体電解質系双極型電池の製造方法、良好な信頼性を有しかつ適用範囲が広い組電池、および、良好な信頼性を有する車両を、提供するができる。 As described above, the fifth embodiment is an all-solid electrolyte bipolar battery having good reliability and high output density, and a manufacturing method of an all-solid electrolyte bipolar battery having good reliability and high output density. An assembled battery having good reliability and a wide application range, and a vehicle having good reliability can be provided.
次に、実施の形態６を説明する。 Next, a sixth embodiment will be described.
図３２は、実施の形態６に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図、図３３は、実施の形態６に係る真空処理装置を説明するための概略図である。 FIG. 32 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the sixth embodiment, and FIG. 33 is a schematic diagram for explaining the vacuum processing apparatus according to the sixth embodiment.
実施の形態６に係る双極型電池は、全固体電解質系であり、その製造方法は、電極形成工程、電解質層形成工程、電極セット工程、真空導入工程、電極積層工程、第１プレス工程、初充電工程、第２プレス工程および真空解除工程を有する。初充電工程を介し、プレス工程が２分割されている点で、実施の形態５と概して異なる。 The bipolar battery according to the sixth embodiment is an all-solid electrolyte system, and its manufacturing method includes an electrode formation process, an electrolyte layer formation process, an electrode setting process, a vacuum introduction process, an electrode lamination process, a first press process, It has a charge process, a 2nd press process, and a vacuum release process. It is generally different from the fifth embodiment in that the pressing process is divided into two through the initial charging process.
また、真空処理装置６６０は、初充電工程のために、充放電装置６８０を有する。充放電装置６８０は、プレス手段６７２の下部プレスプレート６７４と上部プレスプレート６７６を介し、積層体と電気的に接続可能に構成されている。なお、符号６６２、６６３、６６４、６６５および６７８は、真空手段、真空チャンバ、真空ポンプ、配管系および制御部を示している。
Moreover, the
次に、第１プレス工程、初充電工程および第２プレス工程を説明する。 Next, a 1st press process, an initial charging process, and a 2nd press process are demonstrated.
第１プレス工程にいては、電極積層工程における真空状態を維持した状態で、電極ストッカ６５０の受け台が、下部プレスプレート６７４に配置される。この際、電極ストッカ６５０の受け台は、電極積層工程によって形成された積層体６００を保持している。プレス手段６７２の上部プレスプレート６７６が下部プレスプレート６７４に向かって降下し、積層体を押圧し、１．０×１０５Ｐａの面圧を付与し、常温で、６０秒保持される。これにより、負極と全固体電解質層が接触する。
In the first pressing step, the pedestal of the
初充電工程においては、下部プレスプレート６７４と上部プレスプレート６７６を介し、第１プレス工程を経由した積層体６００に対して、真空下で初回充電が行われる。したがって、初充電で発生する気泡が取り除かれるため、電池の出力密度を向上させることが可能である。初充電条件は、正極の塗布重量から概算された容量ベースで、２．５Ｖ−０．５Ｃで４時間である。
In the initial charging step, the first charge is performed under vacuum on the
第２プレス工程においては、初回充電が完了した積層体が、初充電工程における真空状態を維持した状態で、プレスされる。プレス条件は、面圧１．０×１０５Ｐａかつ常温の状態での６０秒保持である。これにより、発生したガスを外部に追い出される一方、負極６１２と全固体電解質層６３９が密着する。 In the second pressing step, the laminated body that has been initially charged is pressed in a state in which the vacuum state in the initial charging step is maintained. The pressing conditions are a 60-second holding at a surface pressure of 1.0 × 10 5 Pa and a normal temperature. As a result, the generated gas is expelled to the outside, and the negative electrode 612 and the all solid electrolyte layer 639 are in close contact with each other.
図３４は、実施の形態６に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。 FIG. 34 is a chart for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to the sixth embodiment.
実施の形態６は、９５％の放電容量を有しており、９１％の放電容量を有する実施の形態５（図３１参照）に比べ、出力密度が向上している。 The sixth embodiment has a discharge capacity of 95%, and the output density is improved as compared with the fifth embodiment (see FIG. 31) having a discharge capacity of 91%.
以上にように、実施の形態６は、実施の形態５に比べ、さらなる高出力密度を達成することが可能である。 As described above, the sixth embodiment can achieve a higher power density than the fifth embodiment.
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims.
１００・・積層体、
１０１，１０２・・端子プレート、
１０４・・外装ケース、
１０５，１０６・・電極タブ、
１１０（１１０Ａ〜１１０Ｆ）・・双極型電池、
１１１・・集電体、
１１２・・負極、
１１３・・正極、
１１４・・第１シール前駆体、
１１５・・第１シール、
１１６・・第２シール前駆体、
１１７・・第２シール、
１２０・・スペーサ、
１３０・・組電池、
１３２，１３４・・導電バー、
１４０・・組電池モジュール、
１４５・・車両、
１５０・・電極ストッカ、
１５２・・電極保持機構、
１５３・・クリップ機構、
１５４・・支持構造体、
１５６・・受け台、
１６０・・真空処理装置、
１６２・・真空手段、
１６３・・真空チャンバ、
１６４・・真空ポンプ、
１６５・・配管系、
１７２・・プレス手段、
１７４・・下部プレスプレート、
１７５・・下部加熱手段、
１７６・・上部プレスプレート、
１７７・・上部加熱手段、
１７８・・制御部、
２００・・積層体、
２５０・・電極ストッカ、
２６０・・真空処理装置、
２６２・・真空手段、
２６３・・真空チャンバ、
２６４・・真空ポンプ、
２６５・・配管系、
２７２・・プレス手段、
２７４・・下部プレスプレート、
２７５・・下部加熱手段、
２７６・・上部プレスプレート、
２７７・・上部加熱手段、
２７８・・制御部、
２８０・・充放電装置、
３００・・積層体、
３１０・・双極型電池、
３１０（３１０Ａ〜３１０Ｆ）・・双極型電池、
３１１・・集電体、
３１２・・負極、
３１３・・正極、
３１４・・第１シール前駆体、
３１６・・第２シール前駆体、
３１８，３１９・・ゲルポリマー電解質層、
３２０・・スペーサ、
３５０・・電極ストッカ、
３５３・・クリップ機構、
３５４・・支持構造体、
３５６・・受け台、
５００・・積層体、
５１０（５１０Ａ〜５１０Ｆ）・・双極型電池、
５１１・・集電体、
５１２・・負極、
５１３・・正極、
５１５・・絶縁材料、
５３９・・全固体電解質層、
５５０・・電極ストッカ、
５５３・・クリップ機構、
５５４・・支持構造体、
５５６・・受け台、
５６０・・真空処理装置、
５６２・・真空手段、
５６３・・真空チャンバ、
５６４・・真空ポンプ、
５６５・・配管系、
５７２・・プレス手段、
５７４・・下部プレスプレート、
５７６・・上部プレスプレート、
５７８・・制御部、
６１２・・負極、
６３９・・全固体電解質層、
６５０・・電極ストッカ、
６６０・・真空処理装置、
６６２・・真空手段、
６６３・・真空チャンバ、
６６４・・真空ポンプ、
６６５・・配管系、
６７２・・プレス手段、
６７４・・下部プレスプレート、
６７６・・上部プレスプレート、
６７８・・制御部、
６８０・・充放電装置。
100 ... Laminated body,
101, 102 ... Terminal plate,
104 .. Exterior case,
105, 106.. Electrode tab,
110 (110A to 110F) .. Bipolar battery,
111 .. current collector,
112 .. Negative electrode,
113 .. Positive electrode,
114 .. First seal precursor,
115 .. First seal,
116 .. Second seal precursor,
117 .. second seal,
120 .. Spacer,
130..Battery,
132,134 ... conductive bar,
140..Battery module,
145 ... Vehicle,
150 .. electrode stocker,
152 .. Electrode holding mechanism,
153 .. Clip mechanism,
154 .. Support structure,
156 ... the cradle,
160 ... Vacuum processing equipment,
162..Vacuum means,
163 ... Vacuum chamber,
164 ... Vacuum pump
165 ... Piping system
172 ..Pressing means,
174 ... Lower press plate,
175 .. Lower heating means,
176 .. Upper press plate,
177 .. Upper heating means,
178 .. Control part,
200 ... Laminated body,
250 .. Electrode stocker,
260 .. Vacuum processing equipment,
262 .. Vacuum means,
263 ... Vacuum chamber,
H.264 ・ ・ Vacuum pump
265 ... Piping system
272 ... Pressing means
274 ... Lower press plate,
275 .. Lower heating means,
276 .. Upper press plate,
277 .. Upper heating means,
278 .. Control part,
280 ... Charge / discharge device,
300 ... Laminated body,
310 .. Bipolar battery,
310 (310A to 310F) .. Bipolar battery,
311 ... current collector,
312 .. Negative electrode,
313 .. Positive electrode,
314 .. First seal precursor,
316 .. Second seal precursor,
318, 319 .. Gel polymer electrolyte layer,
320 .. spacer,
350 .. Electrode stocker,
353 .. Clip mechanism,
354 .. Support structure,
356 ... the cradle,
500 ... Laminated body,
510 (510A to 510F) .. Bipolar battery,
511 .. current collector,
512 .. Negative electrode,
513 .. Positive electrode,
515..Insulating material,
539..All solid electrolyte layer,
550 .. Electrode stocker,
553 .. Clip mechanism,
554 .. Support structure,
556 .. cradle,
560 ... Vacuum processing equipment,
562..Vacuum means,
563 .. Vacuum chamber,
564 ... Vacuum pump,
565-Piping system,
572 ... Pressing means,
574 ... Lower press plate,
576 .. Upper press plate,
578 .. control part,
612 .. Negative electrode,
639..All solid electrolyte layer,
650 .. Electrode stocker,
660 ... Vacuum processing equipment,
662 ..Vacuum means,
663 .. Vacuum chamber,
664 ... Vacuum pump
665 ... Piping system
672 ... Pressing means
674 ... Lower press plate,
676 .. Upper press plate,
678 .. Control part,
680 .. Charge / discharge device.
Claims (6)
前記双極型電極および前記電解質層を、真空下で交互に複数積層するための電極積層工程と、
前記電極積層工程によって形成された積層体を、前記電極積層工程における真空状態を維持した状態で、プレスするための第１プレス工程と、を有し、
前記第１プレス工程のプレスは、加熱プレスである
ことを特徴とする双極型電池の製造方法。 A method for producing a bipolar battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a bipolar electrode having a current collector disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte layer disposed between the positive electrode and the negative electrode. There,
An electrode laminating step for alternately laminating the bipolar electrode and the electrolyte layer under vacuum ; and
The laminate formed by the electrode laminating process, while maintaining the vacuum state in the electrode stacking process, possess a first pressing step for pressing, the,
The bipolar battery manufacturing method, wherein the pressing in the first pressing step is a heating press .
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