專利名稱：電池結(jié)構(gòu)體、電池組、以及搭載這些的車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池結(jié)構(gòu)體，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及散熱性或防振 性優(yōu)異的電池結(jié)構(gòu)體。
背景技術(shù)：
在各種各樣的二次電池中，引人關(guān)注的是能量密度、輸出 功率密度優(yōu)異的雙極型的鋰離子二次電池(以下記載為雙才及電
池)。雙極電池如日本特開2000 - 100471號(hào)公報(bào)所公示的那樣， 具有雙極電極和隔膜交替層疊的構(gòu)造，該雙極電才及按照正才及活 性物質(zhì)層、集電體、以及負(fù)極活性物質(zhì)層這樣的順序?qū)盈B而形 成。
應(yīng)用于車輛等移動(dòng)體的雙極電池的各構(gòu)成元件被設(shè)計(jì)成 與正極活性物質(zhì)層的厚度及負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度相比，隔膜 的厚度非常薄。這是因?yàn)樵陔p極電池本身的有限的厚度中， 通過(guò)使正極活性物質(zhì)層以及負(fù)極活性物質(zhì)層所占的比例為最大 限度，從而使其高容量化、高功率化。
可是，正極活性物質(zhì)層以及負(fù)極活性物質(zhì)層因放熱量較大， 因而使它們的比例變大的話，熱量易在電池內(nèi)部累積，容易產(chǎn) 生電池所含的電解質(zhì)等的劣化的問(wèn)題，成為降低輸出功率、或 降低耐用年數(shù)等的主要原因之一。
再者，目前的雙極電池在結(jié)構(gòu)上容易受到振動(dòng)的影響，存 在振動(dòng)使得構(gòu)成雙極電池的各層間易解離的問(wèn)題，這也成為降 低輸出功率、或降低耐用年數(shù)的主要原因之一
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人著眼于雙極電池的各構(gòu)成元件的"厚度之比，，， 發(fā)現(xiàn)目前優(yōu)選的各構(gòu)成元件的厚度之比容易在電池內(nèi)部累積熱 量、或易受振動(dòng)的影響，反而會(huì)導(dǎo)致電池的輸出功率降低，并 完成了本申請(qǐng)發(fā)明。
即，本發(fā)明通過(guò)下述雙才及電池解決了上述問(wèn)題，其特征在
于，具有雙極電極，其在集電體的一面形成正極活性物質(zhì)層、 在另一面形成負(fù)極活性物質(zhì)層而形成；隔膜，其與前述雙極電 才及交替層疊地形成，在包含相鄰的前述正4及活性物質(zhì)層、前述 隔膜、以及前述負(fù)極活性物質(zhì)層構(gòu)成的單電池層中，前述隔膜 的厚度相對(duì)于前述正極活性物質(zhì)層的厚度為0.68倍以上、不足 l.O倍，相對(duì)于前述負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度為0.68倍以上、不足 l.O倍。


圖l為雙才及電池的部分截面示意圖。
圖2為目前的雙極電池的部分示意截面圖。
圖3為將電池元件質(zhì)點(diǎn)彈簧才莫型(mass spring model)化的圖。
圖4為單電池層的部分截面示意圖。 圖5為目前的雙才及電池的單電池層的部分截面示意圖。 圖6為雙才及電池的平面示意圖。 圖7為圖6所示的雙極電池的截面示意圖。 圖8為圖6所示的雙極電池的截面示意圖。 圖9表示將圖6所示的雙極電池放入電池盒的電池組組件的 平面示意圖。
圖10為圖9所示的電池組組件的截面示意圖。 圖11為圖9所示的電池組組件的截面示意圖。圖12為并聯(lián)連4妾6個(gè)圖9所示的電池組組件的電池組的平面 示意圖。
圖13為圖12所示的電池組的截面示意圖。 圖14為圖12所示的電池組的截面示意圖。 圖15為車輛的截面示意圖。
圖16為實(shí)施例15、比較例l的振動(dòng)傳遞率-頻率圖。
圖17為實(shí)施例15、比4交例1的時(shí)間_溫度圖。
圖18表示測(cè)定實(shí)施例1 ~ 6、比較例l ~ 2中制作的雙極電池 的平均降低量的結(jié)果。
圖19表示測(cè)定實(shí)施例1 ~ 6、比較例1 ~ 2中制作的雙極電池 的共振位移量的結(jié)果。
圖2 0表示測(cè)定實(shí)施例7 ~ 13 、比4交例3中制作的雙才及電池的 平均降低量、共振位移量、以及熱上升和散熱時(shí)間的結(jié)果。
圖21表示測(cè)定實(shí)施例14 、比4交例4中制作的雙才及電池的平均 降低量、共振位移量、以及熱上升和散熱時(shí)間的結(jié)果。
圖22表示測(cè)定實(shí)施例15、比較例5中制作的雙極電池的平均 降低量、共振位移量、以及熱上升和散熱時(shí)間的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的第一方面如圖l所示，是一種雙極電池，其特征在 于，具有雙極電極16,其在集電體ll的一面形成正才及活性物 質(zhì)層12、在另一面形成負(fù)極活性物質(zhì)層13而形成；隔膜14,其 與前述雙極電極16交替層疊地形成，在包含相鄰的前述正才及活 性物質(zhì)層12、前述隔膜14、以及前述負(fù)極活性物質(zhì)層13而構(gòu)成 的單電池層15中，前述隔膜14的厚度相對(duì)于前述正極活性物質(zhì) 層12的厚度為0.68倍以上、不足1.0倍，相對(duì)于前述負(fù)極活性物 質(zhì)層13的厚度為0.68倍以上、不足1.0倍。作為對(duì)比，圖2示出目前的雙才及電池的部分示意截面圖，與 例示本申請(qǐng)發(fā)明的圖l相比可知，隔膜14相對(duì)于正極活性物質(zhì)層 12及負(fù)極活性物質(zhì)層13的厚度之比有很大的不同。如上述那樣， 目前的雙極電池是以纟是升發(fā)電效率為目的，4吏正極活性物質(zhì)層 12的厚度以及負(fù)極活性物質(zhì)層13的厚度的比例變大，結(jié)果，散 熱性或防振性降低，反而降低輸出功率。
相對(duì)于此，本申請(qǐng)發(fā)明的雙極電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜14的厚 度相對(duì)于正極活性物質(zhì)層12的厚度為0.68倍以上、不足1 .O倍， 相對(duì)于負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度為0.68倍以上、不足1.0倍，因此，
用本申請(qǐng)發(fā)明的方案，可得到高輸出功率的雙極電池。前述比 值只要雙方為0.68倍以上、不足1.0倍即可，更優(yōu)選為0.75 ~ 0.95倍。
以下，對(duì)于本申i青發(fā)明的雙才及電池的構(gòu)成元件即隔膜、正 極活性物質(zhì)層、負(fù)極活性物質(zhì)層、集電體、以及單電池層、以 及其〗也構(gòu)成元件進(jìn)4亍詳細(xì)i兌明。
一皮稱為非水電解液二次電池的電池內(nèi)部充滿液態(tài)電解質(zhì) (以下稱為電解液)的雙極電池的情形中，隔膜起到了防止正 極活性物質(zhì)層與負(fù)極活性物質(zhì)層接觸的作用。另外，通常被稱 為聚合物電解質(zhì)二次電池的電池內(nèi)部未充滿電解液的雙才及電池 的情形中，隔膜不但起到上述的防止接觸的作用，而且本身起 到電解質(zhì)的作用。以下，將本身不起到電解質(zhì)作用的隔膜稱為 "狹義的隔膜"，將本身起到電解質(zhì)作用的隔膜稱為"聚合物 電解質(zhì)"。本申請(qǐng)發(fā)明的雙極電池的結(jié)構(gòu)既適用于非水電解液 二次電池、又適用于聚合物電解質(zhì)二次電池。
以下，詳細(xì)地說(shuō)明非水電解液二次電池所使用的隔膜即狹義的隔膜、以及聚合物電解質(zhì)二次電池所使用的隔膜即聚合物 電解質(zhì)。
非水電解液二次電池的情況
作為狹義的隔膜，優(yōu)選聚丙烯或聚烯烴，這些可以以無(wú)紡 布或微多孔膜等的形狀使用。這些物質(zhì)不但具有優(yōu)異的絕緣性、 熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、冷熱周期性、或才幾械強(qiáng)度，而且可形 成多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)。狹義的隔膜為多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，可提高隔膜的彈 簧-阻尼效果、或提高電解液的浸漬率，故優(yōu)選。
狹義的隔膜的厚度優(yōu)選為35pm以下，更優(yōu)選為25pm以下， 進(jìn)一步優(yōu)選為20pm以下。厚度在35pm以下時(shí)，由于輸出功率 提高，故優(yōu)選。厚度在25^im以下時(shí)，可使雙極電池更薄型化。
狹義的隔膜的透氣度優(yōu)選IO ~ 400sec/10cc、更優(yōu)選為40 ~ 200sec/10cc。在10sec/10cc以上時(shí)，防振性優(yōu)異，在400sec/10cc 以下時(shí)，電池輸出功率優(yōu)異。
狹義的隔膜的彎曲度(Y )優(yōu)選為0.5~2.0、更優(yōu)選為0.9~ 1.8。為0.5以上時(shí)，防振性優(yōu)異，為2.0以下時(shí)，電池輸出功率 優(yōu)異。
狹義的隔膜的肖氏A級(jí)硬度優(yōu)選為20 110、更優(yōu)選為25~ 95。肖氏A級(jí)硬度為20以上時(shí)，共振頻率難以向低頻率側(cè)移動(dòng)， 受振動(dòng)時(shí)達(dá)到共振頻率的可能性變低，即難以與電池外部的振 動(dòng)形成共振。肖氏A級(jí)硬度在110以下時(shí)，隔膜適度地起到彈簧 和阻尼器的作用，因而防振性提高。另外，狹義的隔膜的肖氏 A級(jí)硬度在前述范圍內(nèi)時(shí)，即使使用厚度薄的隔膜時(shí)也可將配 置于兩側(cè)的雙極電才及均勻地隔離，進(jìn)而可抑制由于雙才及電極之 間因振動(dòng)而接觸并短路的可能性。在本申請(qǐng)發(fā)明中的肖氏A級(jí) 硬度的測(cè)定方法依據(jù)JIS - K6253。
層疊多層單電池層時(shí)，優(yōu)選至少l層狹義的隔膜的肖氏A級(jí)硬度與其他的狹義的隔膜的肖氏A級(jí)硬度不同。因此可提高防 振性。
例如，層疊5層單電池層時(shí)，使用5層狹義的隔膜，可以使 其中的2層比其他3層狹義的隔膜還柔軟。另外，5層狹義的隔膜 的硬度可以全部不同?？墒牵@些終究是例示，并不限制單電 池層的層疊數(shù)、以及改變硬度的狹義的隔膜的比例。目前通常 的雙極電池為層疊多層單電池層時(shí)，這些單電池層所含的狹義 的隔膜使用具有同一硬度的隔膜?？墒?，與將具有同一硬度的 狹義的隔膜配置在全部單電池層中的情況相比，使至少1層狹義 的隔膜的硬度與其他的狹義的隔膜的硬度不同時(shí)，可改變電池 的質(zhì)點(diǎn)彈簧結(jié)構(gòu)，可提高防振性能。
層疊3層以上單電池層時(shí)，優(yōu)選配置在雙極電池的中心的單 電池層所含的狹義的隔膜的肖氏A級(jí)硬度與其他單電池層所含 的狹義的隔膜的肖氏A級(jí)硬度相比較最小。因此可提高防振性 和散熱性。
單電池層與集電體的層疊體可以被代替成由質(zhì)點(diǎn)、彈簧、 以及阻尼器構(gòu)成的力學(xué)模型。圖3例示出層疊5層單電池層的雙 極電池和與其對(duì)應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)彈簧模型。在圖3中，符號(hào)K1 3是彈 簧模型、Cl 3是阻尼模型、M表示質(zhì)點(diǎn)。
通過(guò)使配置在中心的單電池層15所含的狹義的隔膜14"i的 硬度比其他單電池層15所含的狹義的隔膜14""的硬度小，從而 可使K3的彈簧常數(shù)比K1和K2的彈簧常數(shù)小、使C3的阻尼系數(shù) 比C1和C2大。其結(jié)果，雙極電池受振動(dòng)時(shí)的共振頻率向高頻率 側(cè)移動(dòng)，并使180Hz附近的波峰的高度變得更小，可提高防振 性。
另外，作為狹義的隔膜所使用的材質(zhì)大多有如下傾向肖 氏A級(jí)硬度越小，傳熱系數(shù)變得越高。傳熱系數(shù)越高的材質(zhì)，散熱性越高。取圖3為例，在各狹義的隔膜的中熱量最易累積的 為狹義的隔膜14iii,因此，通過(guò)使狹義的隔膜14"i的硬度比其他 的單電池層1 5所含的狹義的隔膜14^i的硬度小，可提高散熱性。
取圖3為例，狹義的隔膜硬度可以按照14in < 1 4H1 一這樣的
階段性變化，也可以按照14"< 14"= 14i、或1^"= 14"< 14i這 樣僅使一部分變小。
使用狹義的隔膜時(shí)，由于隔膜本身不起到電解質(zhì)的作用， 因而有必要組合使用電解液。作為電解液，可使用目前公知的 電解液，如將支持電解質(zhì)溶解在非水溶劑中得到的電解液等，
可列舉選自例如如下物質(zhì)所組成的組中的至少一種環(huán)狀碳酸 酯類，如碳酸丙二酯(以下稱為"PC")、碳酸乙二酯(以下 稱為"EC")等；鏈狀碳酸酯類，如碳酸二曱酯、碳酸曱乙酯、 以及碳酸二乙酯等；醚類，如四氫呋喃、2-曱基四氫呋喃、1,4 -二噁烷、1，2-二曱氧基乙烷、1，2-二丁氧基乙烷和1,3-二 噁茂烷、二乙醚等；內(nèi)酯類，如y- 丁內(nèi)酯等；腈類，如乙腈 等；酯類，如丙酸曱酯等；酰胺類，如二曱基曱酰胺等；酯類， 如醋酸甲酯、甲酸曱酯等；環(huán)丁砜；二甲亞砜；以及3-曱基-1,3 -噁唑烷-2 -酮。作為支持電解質(zhì)，優(yōu)選選自 Li(C2F5S02)2N、 LiBF4、 LiPF6、以及LiN(S02CF3)2、 LiN(S02C2F5)2 所組成的組中的至少l種。電解液可根據(jù)目的而含有其他的添加 劑。
聚合物電解質(zhì)二次電池的情況
防止正極活性物質(zhì)層與負(fù)極活性物質(zhì)層的接觸、進(jìn)而也起 到電解質(zhì)的作用的隔膜即聚合物電解質(zhì)，可分成真聚合物電解 質(zhì)和凝膠電解質(zhì)，本申請(qǐng)發(fā)明中兩個(gè)都適用。
真聚合物電解質(zhì)是由聚合物構(gòu)成的固體狀的電解質(zhì)。使用 真聚合物電解質(zhì)時(shí)，存在如下優(yōu)點(diǎn)由于在電解質(zhì)中不含電解液，因而不會(huì)發(fā)生漏液而且安全性高。作為構(gòu)成真聚合物電解
質(zhì)的聚合物，優(yōu)選目前公知的物質(zhì)聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、 聚酯系樹脂、芳族聚酰胺系樹脂、聚烯烴系樹脂、這些的共聚 物、或這些的合金等，更優(yōu)選為芳族聚酰胺樹脂。作為聚酯系 樹脂優(yōu)選例舉出PET等，作為芳族聚酰胺系樹脂，優(yōu)選例舉出 對(duì)位系芳香族聚酰胺、間位系芳香族聚酰胺等，作為聚烯烴系 樹脂，優(yōu)選例舉出聚乙烯、聚丙烯等。另外，為了提高離子導(dǎo) 電性，可以將在這些當(dāng)中添加支持電解質(zhì)得到的物質(zhì)作為電解 質(zhì)，也可以將羧酸基、磷酸基、磺酸基、曱硅烷氧基胺基等離 子性解離基團(tuán)導(dǎo)入到這些中得到的物質(zhì)作為電解質(zhì)。關(guān)于支持 電解質(zhì)的詳細(xì)i兌明如上述的非水電解二次電池一項(xiàng)所述。
上述的樹脂不但具有優(yōu)異的防水性、防濕性、冷熱周期性、 耐熱穩(wěn)定性、絕緣性，而且可形成多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)。真聚合物電解 質(zhì)為多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，可提高隔膜的彈簧-阻尼效果、或提高電 解液的浸漬率，故優(yōu)選。特別是芳族聚酰胺系樹脂可使隔膜變 薄。
真聚合物電解質(zhì)的厚度優(yōu)選為35pm以下、更優(yōu)選為25pm 以下、進(jìn)一步優(yōu)選為20pm以下。厚度在35^m以下時(shí)，因輸出 功率^是高，故優(yōu)選。厚度在25nm以下時(shí)，可使雙極電池更加薄 型化。
真聚合物電解質(zhì)的透氣度優(yōu)選為10 ~ 400sec/10cc、更優(yōu)選 為40 ~ 200sec/10cc。 為10sec/10cc以上時(shí)，防4展性優(yōu)異，為 400sec/10cc以下時(shí)，電池輸出功率優(yōu)異。
真聚合物電解質(zhì)的彎曲度(Y )優(yōu)選為0.5~2.0、更優(yōu)選 為0.9~1.8。為0.5以上時(shí)，防^振性優(yōu)異，為2.0以下時(shí)，電池舉命 出功率優(yōu)異。
真聚合物電解質(zhì)的肖氏A級(jí)硬度優(yōu)選為20 110、更優(yōu)選為25 ~ 95。優(yōu)選的理由以及詳細(xì)it明如上述的非水電解二次電池 的狹義的隔膜的肖氏A級(jí)硬度一項(xiàng)所述。
層疊多層單電池層時(shí)，優(yōu)選至少l層真聚合物電解質(zhì)的肖氏 A級(jí)硬度與其他的真聚合物電解質(zhì)的肖氏A級(jí)硬度不同。優(yōu)選的 理由以及詳細(xì)說(shuō)明如上述的非水電解二次電池的狹義的隔膜的 肖氏A級(jí)石更度一項(xiàng)所述。
層疊3層以上單電池層時(shí)，配置在雙極電池中心的單電池層 所含的真聚合物電解質(zhì)的肖氏A級(jí)硬度優(yōu)選與其他的單電池層 所含的真聚合物電解質(zhì)的肖氏A級(jí)硬度相比最小。優(yōu)選的理由 以及詳細(xì)說(shuō)明如上述的非水電解二次電池的狹義的隔膜的肖氏 A級(jí)》更度一項(xiàng)所述。
凝膠電解質(zhì)是如下的凝膠狀電解質(zhì)由化學(xué)鍵合、結(jié)晶化 或分子的絡(luò)合等分子鏈間的相互作用，聚合物構(gòu)成三維網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)，并在其空隙中保持有電解液。使用凝膠電解質(zhì)時(shí)，具有容 易調(diào)節(jié)彈簧常數(shù)以及阻尼常數(shù)、并容易提高防振性的這樣的優(yōu) 點(diǎn)。
作為凝膠電解質(zhì)可使用如下物質(zhì)將聚合物本身具有離子 導(dǎo)電性的真聚合物電解質(zhì)作為骨架而保持電解液的物質(zhì)、或者 將本身沒(méi)有離子導(dǎo)電性的聚合物或離子導(dǎo)電性低的聚合物作為 骨架而保持電解液的物質(zhì)。作為沒(méi)有離子導(dǎo)電性的聚合物或離 子導(dǎo)電性低聚合物，可使用目前公知的物質(zhì)，如聚偏氟乙烯、 聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、這些的共聚物、或 這些的合金等。關(guān)于電解液的詳細(xì)"i兌明如上述非水電解二次電 池一項(xiàng)所述。在凝膠電解質(zhì)中，聚合物與電解液的質(zhì)量比沒(méi)有 特別的限定，可考慮電池的輸出功率、彈簧常數(shù)等再適當(dāng)決定。
凝膠電解質(zhì)的厚度優(yōu)選為35pm以下，更優(yōu)選為25iim以下， 進(jìn)一步優(yōu)選為20(im以下。厚度為35pm以下時(shí)，因?yàn)檩敵龉β侍岣?，故?yōu)選。厚度為25pm以下時(shí)，可將雙極電池更加薄型化。
構(gòu)成凝膠電解質(zhì)骨架的聚合物的透氣度優(yōu)選為10 ~ 權(quán)sec/10cc、更優(yōu)選為40 ~ 200sec/10cc。在10sec/10cc以上時(shí)， 防沖展性優(yōu)異，在400sec/10cc以下時(shí)，電池llr出功率優(yōu)異。
凝膠電解質(zhì)所含的骨架的彎曲度(Y )優(yōu)選為0.5-20、更 優(yōu)選為0.9~1.8。為0.5以上時(shí)，防振性優(yōu)異，為20以下時(shí)，電 池輸出功率優(yōu)異。
凝膠電解質(zhì)的肖氏A級(jí)硬度優(yōu)選為20 110、更優(yōu)選為25~ 95。優(yōu)選的理由和詳細(xì)說(shuō)明如上述的非水電解二次電池的狹義 的隔膜的肖氏A級(jí)硬度一項(xiàng)所述。
層疊多層單電池層時(shí)，至少l層凝膠電解質(zhì)的肖氏A級(jí)硬度 優(yōu)選與其他的真聚合物電解質(zhì)的肖氏A級(jí)硬度不同。優(yōu)選的理 由和詳細(xì)說(shuō)明如上述的非水電解二次電池的狹義的隔膜的肖氏 A級(jí)石更度一項(xiàng)所述。
層疊3層以上單電池層時(shí)，配置在雙極電池中心的單電池層 所含的凝膠電解質(zhì)的肖氏A級(jí)硬度優(yōu)選與其他單電池層所含的 凝膠電解質(zhì)的肖氏A級(jí)硬度相比最小。優(yōu)選的理由和詳細(xì)說(shuō)明 如上述的非水電解二次電池的狹義的隔膜的肖氏A級(jí)硬度一項(xiàng) 所述。
如上述那樣層疊多層單電池層，并使所含的狹義的隔膜的 肖氏A級(jí)不同時(shí)，可使用多種的真聚合物電解質(zhì)，可使用多種 的凝膠電解質(zhì)，也可以組合使用真聚合物電解質(zhì)和凝膠電解質(zhì)。
正極活性物質(zhì)層含有正極活性物質(zhì)，作為正極活性物質(zhì)， 可使用鋰與過(guò)渡金屬的復(fù)合氧化物、過(guò)渡金屬氧化物、過(guò)渡金 屬石克化物、Pb02、 AgO或NiOOH等。作為過(guò)渡金屬與鋰的化合 物，優(yōu)選列舉出尖晶石LiMri204等Li - Mn系復(fù)合氧化物；LiCo02等Li - Co系復(fù)合氧化物；LiNi02等Li - Ni系復(fù)合氧化物；LiFe02 等Li- Fe系復(fù)合氧化物；LiFeP04等過(guò)渡金屬與鋰的磷酸化合 物；或過(guò)渡金屬與鋰的硫酸化合物等。作為過(guò)渡金屬氧化物的 例子，可列舉￥205、 MN02、 Mo03等。作為過(guò)渡金屬石克化物的 例子，可優(yōu)選列舉TiS2、 MoS2等。
在上述的具體例中特別優(yōu)選使用Li- Mn系復(fù)合氧化物。如 果使用Li-Mn系復(fù)合氧化物，則可以使由電壓-充放電時(shí)間圖 表得到的充放電曲線中的與充放電時(shí)間軸水平的部分傾斜，因 此，通過(guò)測(cè)量電壓可推斷雙極電池的充電狀態(tài)(SOC)。其結(jié) 果，可檢查過(guò)充電和過(guò)放電來(lái)進(jìn)行處理，可提高異常時(shí)的可靠 性。
正極活性物質(zhì)的平均粒徑優(yōu)選為lOiim以下，更優(yōu)選為5|im 以下，進(jìn)一步優(yōu)選為2jam以下。為10pm以下時(shí)，在電才及電阻降 低方面優(yōu)選。為2nm以下時(shí)，即便使正極活性物質(zhì)層的厚度變 薄，也可使正極活性物質(zhì)層的表面均勻，故優(yōu)選。另外，正極 活性物質(zhì)的平均粒徑優(yōu)選為隔膜厚度的1/10以下。為1/10以下 時(shí)，可減少正極活性物質(zhì)穿透隔膜引起微短路的危險(xiǎn)。
正極活性物質(zhì)層還可根據(jù)目的含有電解質(zhì)、支持電解質(zhì)、 或?qū)щ娭鷦┑?。電解質(zhì)詳細(xì)說(shuō)明如上述隔膜一項(xiàng)所述。使用電 解質(zhì)時(shí)，可提高離子電導(dǎo)率。作為支持電解質(zhì)，如上述非水電 解液二次電池一項(xiàng)所述。使用支持電解質(zhì)時(shí)，可提高離子電導(dǎo) 率。作為導(dǎo)電助劑，優(yōu)選列舉乙炔黑、炭黑、或石墨等。使用 導(dǎo)電助劑時(shí)，可提高電子電導(dǎo)率。在正極活性物質(zhì)層中的正極 活性物質(zhì)、電解質(zhì)、支持電解質(zhì)、以及導(dǎo)電助劑等的配合量， 可以考慮電池的使用目的等而進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
正極活性物質(zhì)層的厚度優(yōu)選為35(im以下，更優(yōu)選為llpm 以下，進(jìn)一步優(yōu)選為11 ~ 7pm。厚度為35nm以下時(shí)，可提高輸出功率，故優(yōu)選。厚度為llpm以下時(shí)，可4吏雙才及電池更加薄型 化。厚度為7pm以上時(shí)，因?yàn)榭奢^高確保正極活性物質(zhì)的防振 性，故優(yōu)選。
負(fù)極活性物質(zhì)層含有負(fù)極活性物質(zhì)，作為負(fù)極活性物質(zhì)， 優(yōu)選列舉選自如下物質(zhì)所組成的組中的至少一種結(jié)晶態(tài)碳材 料；非晶態(tài)碳材料；金屬氧化物，如TiO、 Ti203及Ti02等；以 及1^4/3115/304等鋰與過(guò)渡金屬的復(fù)合氧化物。
在上述的具體例中特另'j優(yōu)選使用結(jié)晶態(tài)碳材料或非晶態(tài)碳 材料，更優(yōu)選為非晶態(tài)碳材料。使用結(jié)晶態(tài)碳材料或非晶態(tài)碳 材料時(shí)，可以使由電壓-充放電時(shí)間圖表得到的充放電曲線中 的與充放電時(shí)間軸水平的部分傾斜，因此，通過(guò)測(cè)量電壓可推 斷雙才及電池的充電狀態(tài)(SOC)。其結(jié)果，可纟企查過(guò)充電和過(guò) 放電而進(jìn)行處理，可提高異常時(shí)的可靠性。
負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒徑優(yōu)選為lOiim以下，更優(yōu)選為5pm 以下，進(jìn)一步優(yōu)選為2pm以下。為10pm以下時(shí)，在電才及電阻降 4氐方面優(yōu)選。為2pm以下時(shí)，即4更^[吏負(fù)^ l活性物質(zhì)層的厚度變 薄，也可使負(fù)極活性物質(zhì)層的表面均勻，故優(yōu)選。另外，優(yōu)選 負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒徑為隔膜厚度的1/10以下。為1/10以下 時(shí)，可減少負(fù)極活性物質(zhì)穿透隔膜引起微短路的危險(xiǎn)。
負(fù)極活性物質(zhì)層可根據(jù)目的含有電解質(zhì)、支持電解質(zhì)、或 導(dǎo)電助劑等。這些具體例子如上述正極活性物質(zhì)層一項(xiàng)所述。 在負(fù)極活性物質(zhì)層中的負(fù)極活性物質(zhì)、電解質(zhì)、支持電解質(zhì)、 以及導(dǎo)電助劑等的配合量，可考慮電池的^f吏用目的等而進(jìn)行適 當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度優(yōu)選為35pm以下，更優(yōu)選為13pm 以下，進(jìn)一步優(yōu)選為13 ~ 10jim。厚度為35pm以下時(shí)，可提高輸出功率，故優(yōu)選。厚度為13iim以下時(shí)，可將雙才及電池更加薄 型化，故優(yōu)選。厚度為10nm以上時(shí)，可確保提高負(fù)極電極的防 振性，故優(yōu)選。 [集電體]
集電體的材質(zhì)沒(méi)有特別的限制，可使用目前公知的物質(zhì)。 可優(yōu)選使用例如選自如下物質(zhì)所組成的組中的至少一種鋁、 鋁合金、鈦、銅、鎳、銀、以及不銹鋼。這些可以以單層使用， 也可以以多層使用，還可以使用用這些覆蓋的金屬包層材。上 述的材質(zhì)耐腐蝕性、導(dǎo)電性、或加工性等優(yōu)異。
集電體的厚度優(yōu)選為15nm以下。厚度在15nm以下時(shí)，可 使雙極電池薄型化?？墒?，配置于層疊體的兩端的集電體(以 下，稱為端部集電體)不連接接片而將集電體本身作為接片使 用時(shí)，端部集電體的厚度優(yōu)選為O.l ~ 2mm。
雙極電池的單電池層包含相鄰的正極活性物質(zhì)層、隔膜、 以及負(fù)極活性物質(zhì)層而構(gòu)成。本申請(qǐng)發(fā)明中單電池層的厚度優(yōu) 選為10 85^im、更優(yōu)選為20 ~ 50[xm。單電池層的厚度為85pm 以下時(shí)，散熱性及防振性非常優(yōu)異。目前的雙極電池所含的單 電池元件，即使最薄的部件其厚度也在135pm左右。為了對(duì)比 而在圖4中例示前述結(jié)構(gòu)的單電池層、并在圖5中例示目前的雙 極電池的單電池層，可知本申請(qǐng)發(fā)明的單電池層非常薄。
通過(guò)使單電池層的厚度比目前薄，可4吏雙極電池受振動(dòng)時(shí) 共振頻率向高頻率側(cè)移動(dòng)且180Hz附近的波峰高度更小，可提 高防振性。另外，通過(guò)使單電池層的厚度比目前薄，可抑制正 極活性物質(zhì)層及負(fù)極活性物質(zhì)層中的擴(kuò)散電阻、離子移動(dòng)電阻 的增加，可降低放熱量。
選自構(gòu)成單電池層的正極活性物質(zhì)層、隔膜、以及負(fù)極活性物質(zhì)層所組成的組中的至少1種的厚度優(yōu)選為35pm以下，更 優(yōu)選這些全部為35nm以下，進(jìn)一步優(yōu)選正才及活性物質(zhì)層的厚度 為7 llnm、隔膜的厚度為13 ~ 15pm、負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度 為10 ~ 13nm。
構(gòu)成單電池層的正極活性物質(zhì)層、隔膜、以及負(fù)極活性物 質(zhì)層的厚度之比各自優(yōu)選為隔膜正極活性物質(zhì)層=1:1.13 ~ 1:2、優(yōu)選為隔膜負(fù)才及活性物質(zhì)層=1:1.17-1:2、優(yōu)選為正極活 性物質(zhì)層負(fù)極活性物質(zhì)層=1:1 ~ 1:1.14。特別是，單電池層的 厚度為20pm時(shí)，優(yōu)選為正極活性物質(zhì)層隔膜負(fù)極活性物質(zhì)層 =7:6:7、或7:5:8，單電池層的厚度為50jxm時(shí)，優(yōu)選為正極活性 物質(zhì)層隔膜負(fù)極活性物質(zhì)層=17:15:18、或20:10:20。
[其他的構(gòu)成元件J
含有由上述的集電體、正極活性物質(zhì)層、隔膜、以及負(fù)極 活性物質(zhì)層構(gòu)成的層疊體的雙極電池的平面示意圖以及截面示 意圖(S-S、 S， — S，)示于圖6 圖8。
雙極電池的形狀只要在不阻礙本發(fā)明的范圍就沒(méi)有特別限 定，可適用目前7>知的形狀。例如，可以制成如S - S所示那才羊 將端部集電體17作為接片使用的形狀、也可以制成如S， - S，所 示那樣在端部集電體17上連接接片30的形狀。另外，使用凝膠 電解質(zhì)時(shí)如S， - S，的符號(hào)18所示那樣設(shè)置封口部而抑制從凝膠 電解質(zhì)滲出的電解液溢出。接片或封口部等的材質(zhì)沒(méi)有特別的 限制，可適宜使用目前公知的材質(zhì)。作為用于容納層疊體的外 包裝40沒(méi)有特別的限制，可使用層壓材料等目前公知的物質(zhì)。
另外，單電池層的層疊數(shù)沒(méi)有特別的限制，可根據(jù)目的而 適當(dāng)決定。
形成的電池纟且。圖9 ~圖11示出將圖6所示的雙極電池放入到電池盒中的電 池組組件60的外7見示意圖，圖12~圖14示出并列連接6個(gè)該電池 組組件60的電池組70的外觀示意圖。
在圖9~圖11中，接片30連接在正極接線端61、或負(fù)極接線 端61上。
在圖9~圖11中，各電池組組件60通過(guò)固定螺釘72與連結(jié)板 71 —體化，在各電池組組件60之間設(shè)置彈性體而形成防振結(jié)構(gòu)。 另外，各電池組組件60的接片30通過(guò)母線73連結(jié)。圖9~ ll以及 圖12~圖14是電池組組件以及電池組的一例，本發(fā)明不限定于 這些。
本發(fā)明的第三方面為搭載上述的雙極電池或上述的電池組 而形成的車輛。
高散熱性或防振性、輸出功率優(yōu)異，因此，可優(yōu)選作為車輛等 的移動(dòng)用電源4吏用。如圖15所示，本發(fā)明的雙極電池或電池組 70可設(shè)置在車輛80的底板下、也可設(shè)置在座位靠背后面或座位 下等。
另外，本發(fā)明還可適用于雙極型以外的層疊結(jié)構(gòu)的鋰離子 二次電池中。 實(shí)施例
以下，列舉實(shí)施例具體地說(shuō)明本申請(qǐng)發(fā)明，但本申請(qǐng)發(fā)明 并不受這些實(shí)施例的任何限制。 (實(shí)施例l )
準(zhǔn)備2張厚度15jim的SUS箔作為端部集電體。準(zhǔn)備LiMn02 (平均粒徑5nm)作為正極活性物質(zhì)，對(duì)其添加調(diào)制漿料粘度 的溶劑即N-甲基吡咯烷酮(NMP),制成漿料狀，并將所得 物質(zhì)涂布在1張SUS箔的一面，干燥，形成厚度為20jim的正極活性物質(zhì)層。
同樣，準(zhǔn)備硬碳(平均粒徑6pm、非晶態(tài)碳材料)作為負(fù) 極活性物質(zhì)，對(duì)其添加NMP,制成漿料狀，并將所得物質(zhì)涂布 在1張SUS箔的一面，干燥，形成厚度為20pm的負(fù)極活性物質(zhì)層。
將PVdF的低聚物浸染在聚酯無(wú)紡布(厚度15pm、肖氏A級(jí) 為40)中制作狹義的隔膜。接著，將預(yù)凝月交溶液浸漬在前述狹 義的隔膜中，夾在石英玻璃基板中用紫外線照射15分鐘以使前 體交聯(lián)，得到由含有凝膠電解質(zhì)的隔膜構(gòu)成的凝膠電解質(zhì)，前 述預(yù)凝膠溶液包括如下物質(zhì)離子導(dǎo)電性高分子基體的前體即 平均分子量7500 9000的單體溶液(聚氧化乙烯與聚氧化丙烯 的共聚物)5重量％、作為電解液的PC + EC ( PC:EC =1:1 (體 積比))95重量％、以及1.0M的LiBETI、聚合引發(fā)劑(BDK; 相對(duì)于主體高分子(高分子凝膠電解質(zhì)的高分子原料)即離子 導(dǎo)電性高分子基體的前體為O.Ol ~ 1質(zhì)量％)。
將這些按照集電體、正極活性物質(zhì)層、隔膜、負(fù)極活性物 質(zhì)層、集電體的順序組合，在與正極接觸的端部集電體上振動(dòng) 熔敷A1的接片(厚度100pm、寬100mm)，在與負(fù)極連接的端 部集電體上振動(dòng)熔敷Cu的接片(厚度100pm、寬100mm)。用3 層結(jié)構(gòu)的層壓材料將其密封，該層壓材料由馬來(lái)酸改性聚丙烯 薄膜、SUS箔、以及尼龍構(gòu)成。
接著，在80。C加熱交聯(lián)2小時(shí)，制作由l層單電池層構(gòu)成的 雙極電池。
(實(shí)施例2).
正極活性物質(zhì)層的厚度為28pm、負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度為 30pm、隔膜的厚度為27pm,除此之外，與實(shí)施例l同樣地制作 雙極電池。(實(shí)施例3 )
正極活性物質(zhì)的平均粒徑為8pm、作為負(fù)極活性物質(zhì)使用 石墨(結(jié)晶態(tài)碳材料)、負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒徑為9pm、作 為凝膠電解質(zhì)的骨架使用聚烯烴(肖氏A級(jí)為80)、作為集電 體使用Cu-Al金屬包層、正極活性物質(zhì)層的厚度為35pm、負(fù)極 活性物質(zhì)層的厚度為37nm、隔膜的厚度為33pm,除此之外， 與實(shí)施例l同才羊i也制作雙才及電池。 (實(shí)施例4)
正才及活性物質(zhì)的平均粒徑為2pm、負(fù)才及活性物質(zhì)的平均粒 徑為2pm、作為凝膠電解質(zhì)的骨架使用芳族聚酰胺(肖氏A級(jí)為 85)、正極活性物質(zhì)層的厚度為12pm、負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度 為12[im、隔膜的厚度為llpm，除此之外，與實(shí)施例l同樣地制 作雙極電池。
(實(shí)施例5 )
作為正極活性物質(zhì)使用L i N i 0 2 、正極活性物質(zhì)的平均粒徑 為0.8pm、負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒徑為0.8nm、作為凝膠電解質(zhì) 的骨架使用芳族聚酰胺(肖氏A級(jí)IOO)、正極活性物質(zhì)層的厚 度為6pm、負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度為6^m、隔膜的厚度為5pm、 集電體的厚度為10pm,除此之外，與實(shí)施例l同樣地制作雙極 電池。
(實(shí)施例6)
作為正極活性物質(zhì)使用LiNi02、正極活性物質(zhì)的平均粒徑 為0.8^m、負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒徑為0.8iim、作為凝膠電解質(zhì) 的骨架使用芳族聚酰胺(肖氏A級(jí)為90)、隔膜的厚度為14pm、 集電體的厚度為10pm,除此之外，與實(shí)施例1同樣地制作雙核^ 電池。
(比較例l )正極活性物質(zhì)的平均粒徑為8pm、負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒 徑為9pm、正極活性物質(zhì)層的厚度為40pm、負(fù)極活性物質(zhì)層的 厚度為45pm、隔膜的厚度為50nm,除此之外，與實(shí)施例l同樣 地制作雙才及電池。 (比較例2)
正極活性物質(zhì)的平均粒徑為8pm、負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒 徑為9^im、正極活性物質(zhì)層的厚度為50^im、負(fù)極活性物質(zhì)層的 厚度為55nm、隔膜的厚度為50nm,除此之外，與實(shí)施例l同樣 地制作雙才及電池。
使用實(shí)施例1 6、比較例l ~ 2中制作的雙極電池，進(jìn)行平 均降低量的測(cè)定、共振位移量的測(cè)定、以及熱上升和散熱時(shí)間 的測(cè)定。各測(cè)定方法的詳細(xì)說(shuō)明如下述，各測(cè)定結(jié)果如圖18及 圖19所示。
(平均降低量的測(cè)定)
在單電池層的大致中央上設(shè)定加速度傳感器，測(cè)定用脈沖 錘(IMPULSE HAMMER)捶擊時(shí)的加速度傳感器的#展動(dòng)光i普。 用于測(cè)定的各種設(shè)定依據(jù)JIS B 0908(振動(dòng)以及沖擊傳感器的才t 正方法'基本概念)。所得到的測(cè)定光譜通過(guò)FET分析器分析， 轉(zhuǎn)換成頻率和加速度的量綱。對(duì)該得到的頻率進(jìn)行平均化和濾 波，得到振動(dòng)傳遞率光譜。
將前述振動(dòng)傳遞率光譜的10 ~ 300Hz的平均作為振動(dòng)平均 值。比較基準(zhǔn)為以從比較例l得到的光譜作為振動(dòng)平均值、以 各基準(zhǔn)相對(duì)于振動(dòng)平均值的比值作為平均降低量。因此，平均 降低量的值越大，顯示出比以前的結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)異的防振性。 (共振位移量的測(cè)定)
求出在用平均降低量的測(cè)定得到的振動(dòng)傳遞率光譜最低頻 率側(cè)出現(xiàn)的最大波峰頻率。以下，將前述最大波峰稱為第l共振波峰。
(熱上升及散熱時(shí)間的測(cè)定)
在接片上安裝熱電偶，進(jìn)行60分鐘10C的周期試驗(yàn)，測(cè)定 試驗(yàn)中電池元件的最高到達(dá)溫度作為熱上升。另外，60分鐘的 周期試驗(yàn)后，停止電流，考查在室溫下放置時(shí)的溫度變化，并 測(cè)定直至返回到室溫的時(shí)間。測(cè)定最長(zhǎng)進(jìn)行到60分鐘，60分鐘 不返回到室溫的情況下，測(cè)定結(jié)果記為60分以上。 (測(cè)定結(jié)果)
在圖18及圖19所示的測(cè)定結(jié)果中，參照第l共振波峰。比較 例1 ~ 2中第l共振波峰各自為60Hz、 70Hz,在車輛可發(fā)生的振 動(dòng)數(shù)范圍內(nèi)、即在100Hz以下。因此，比較例l中可知，搭載于 車輛時(shí)，產(chǎn)生共振。另一方面，實(shí)施例1 6中，第l共振波峰均 超過(guò)100Hz,可知即便搭載于車輛也不會(huì)產(chǎn)生共振。
在圖18及圖19所示的測(cè)定結(jié)果中，參照振動(dòng)衰減率時(shí)，可 知振動(dòng)衰減率在實(shí)施例l ~ 6中均在32%以上，相對(duì)于目前結(jié)構(gòu) 的比較例l,可明顯地衰減振動(dòng)。
圖18及圖19所示的測(cè)定結(jié)果中，參照熱上升時(shí)，比較例l 為305T、比較例2為255T,相對(duì)于此，本申請(qǐng)發(fā)明即便最高 值是在20S T。
在試驗(yàn)結(jié)果中，參照散熱時(shí)間。散熱時(shí)間在比較例1 2中 為60分鐘以上，相對(duì)于此，實(shí)施例1 6中，最大為15分鐘。乂人 該結(jié)果可以看出，如實(shí)施例1 6那樣，本申請(qǐng)發(fā)明的結(jié)構(gòu)可顯 著提高散熱特性。
實(shí)施例l ~ 6的雙極電池其單電池層的防振性以及散熱性優(yōu) 異，因此，可認(rèn)為電池輸出功率也優(yōu)異。
(實(shí)施例7、實(shí)施例1的單電池層3層品)
準(zhǔn)備厚度15iim的SUS箔作為集電體。作為正極活性物質(zhì)準(zhǔn)備LiMN02 (平均粒徑5jim),對(duì)其添加調(diào)制漿^牛粘度的溶劑即 N-曱基吡咯烷酮(NMP),制成漿料狀，并將所得物質(zhì)涂布 在SUS箔的一面，干燥，形成厚度為20pm的正極活性物質(zhì)層。 然后，準(zhǔn)備硬碳(平均粒徑6pm、非晶態(tài)碳材料)作為負(fù)極活 性物質(zhì)，對(duì)其添加NMP，制成漿料狀，并將所得物質(zhì)涂布在SUS 箔的另一面，干燥，形成厚度20pm的負(fù)極活性物質(zhì)層。
將交聯(lián)型凝膠電解質(zhì)的前體即PVdF的低聚物浸染在聚酯 無(wú)紡布(厚度15^im、肖氏A級(jí)為40)中而制作凝膠電解質(zhì)的隔 膜。接著，將預(yù)凝膠溶液浸漬在前述狹義的隔膜中，夾在石英 玻璃基板中并用紫外線照射15分鐘以使前體交聯(lián)，得到由含有 凝膠電解質(zhì)的隔膜構(gòu)成的凝膠電解質(zhì)，前述預(yù)凝膠溶液包括如 下物質(zhì)離子導(dǎo)電性高分子基體的前體即平均分子量7500 ~ 9000的單體溶液(聚氧化乙烯與聚氧化丙烯的共聚物)5重量％、 作為電解液的PC + EC ( PC:EC = 1:1 (體積比))95重量％、以 及1.0M的LiBETI、聚合引發(fā)劑(BDK;相對(duì)于主體高分子(高 分子凝膠電解質(zhì)的高分子原料)即離子導(dǎo)電性高分子基體的前 體為O.Ol ~ 1質(zhì)量％)。
準(zhǔn)備2張SUS箔(厚度15^m)作為端部集電體，與上述方 法同樣操作，僅在 一 面上分別形成正極活性物質(zhì)層或負(fù)極活性 物質(zhì)層。
然后，將這些組合成層疊3層單電池層的結(jié)構(gòu)，在與正極接 觸的端部集電體上振動(dòng)熔I丈A1的接片(厚度lOOpm、寬100mm), 在與負(fù)極連接的端部集電體上振動(dòng)熔敷Cu的接片(厚度100pm、 寬100mm)。用3層結(jié)構(gòu)的層壓材料將其密封，該層壓材料由馬 來(lái)酸改性聚丙烯薄膜、SUS箔、以及尼龍構(gòu)成。
接著，在80。C加熱交聯(lián)2小時(shí)，制作層疊3層單電池層而形 成的乂又才及電池。(實(shí)施例8、實(shí)施例2的單電池層3層品)
正極活性物質(zhì)層的厚度為28pm、負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度為 30nm、隔膜的厚度為27(im,除此之外，和實(shí)施例7同樣地制作 雙極電池。
(實(shí)施例9、實(shí)施例3的單電池層3層品)
正;f及活性物質(zhì)的平均粒徑為8nm、作為負(fù)^f及活性物質(zhì)^f吏用 石墨(結(jié)晶態(tài)碳材料)、負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒徑為9pm、作 為凝膠電解質(zhì)的骨架使用聚烯烴(肖氏A級(jí)為80)、作為集電 體使用Cu-Al金屬包層、正極活性物質(zhì)層的厚度為35pm、負(fù)極 活性物質(zhì)層的厚度為37pm、隔膜的厚度為33nm,除此之外， 與實(shí)施例7同樣地制作雙才及電池。
(實(shí)施例IO、實(shí)施例4的單電池層3層品)
正極活性物質(zhì)的平均粒徑為2pm、負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒 徑為2pm、作為凝膠電解質(zhì)的骨架使用芳族聚酰胺(肖氏A級(jí)為 85)、正極活性物質(zhì)層的厚度為12pm、負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度 為12pm、隔膜的厚度為lljim,除此之外，與實(shí)施例7同樣地制 作雙極電池。
(實(shí)施例ll、實(shí)施例5的單電池層3層品)
作為正極活性物質(zhì)使用L i N i 0 2 、正極活性物質(zhì)的平均粒徑 為0.8^m、負(fù)才及活性物質(zhì)的平均粒徑為0.8nm、作為凝膠電解質(zhì) 的骨架使用芳族聚酰胺(肖氏A級(jí)為85 )、正極活性物質(zhì)層的 厚度為6pm、負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度為6pm、隔膜的厚度為5pm、 集電體的厚度為10pm,除此之外，與實(shí)施例7同樣地制作雙招_ 電池。
(比較例3、比較例1的單電池層3層品) 正極活性物質(zhì)層的厚度為40nm、負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度為 45jim、隔膜的厚度為50pm,除此之外，與實(shí)施例7同樣地制作雙極電池。
(實(shí)施例12、實(shí)施例3 -實(shí)施例2-實(shí)施例3的3層品) 使用實(shí)施例9中制作的端部集電體-正極活性物質(zhì)層、端部 集電體-負(fù)極活性物質(zhì)層夾持實(shí)施例2中制作的單電池層，除此 之外，與實(shí)施例l同樣地制作雙極電池。
(實(shí)施例13、含有實(shí)施例5的單電池層3層品) 使用實(shí)施例ll中制作的端部集電體-正極活性物質(zhì)層、端 部集電體_負(fù)極活性物質(zhì)層夾持下述所述的單電池層，除此之 外，與實(shí)施例l同樣地制作雙才及電池。
作為正極活性物質(zhì)使用LiNi02 、正極活性物質(zhì)的平均粒徑 為2pm、負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒徑為2nm，作為凝膠電解質(zhì)的 骨架使用芳族聚酰胺(肖氏A級(jí)為85)、正極活性物質(zhì)層的厚 度為10pm、負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度為12pm、隔膜的厚度為 10pm，除此之外，和實(shí)施例l同樣地制作單電池層。
4吏用實(shí)施例7 13、比較例3中制作的雙極電池，進(jìn)行平均 降低量的測(cè)定、共振位移量的測(cè)定、以及熱上升和散熱時(shí)間的 測(cè)定。各測(cè)定方法的詳細(xì)說(shuō)明如上述。其中，熱上升的測(cè)定是 在位于中央的第2層。各測(cè)定結(jié)果如圖20所示。 (實(shí)施例14、實(shí)施例4的單電池層10層品) 正才及活性物質(zhì)的平均粒徑為2iim、負(fù)才及活性物質(zhì)的平均粒 徑為2pm、作為凝膠電解質(zhì)的骨架使用芳族聚酰胺(肖氏A級(jí)為 85),正極活性物質(zhì)層的厚度為12pm、負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度 為12^im、隔膜的厚度為llpm,將8個(gè)單電池層與一對(duì)端部集電 體-活性物質(zhì)組合，制成層疊10層單電池層而形成的結(jié)構(gòu)，除 此之外，與實(shí)施例7同樣地制作雙才及電池。
(比較例4、比較例1的單電池層10層品) 正極活性物質(zhì)層的厚度為40^im、負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度為45|im、隔膜的厚度為50jam,將8個(gè)單電池層與 一對(duì)端部集電體 -活性物質(zhì)層組合，形成層疊10層單電池層而形成的結(jié)構(gòu)，除 此之外，與實(shí)施例7同樣地制作雙極電池。
使用實(shí)施例14、比較例4中制作的雙極電池，進(jìn)行平均降 低量的測(cè)定、共振位移量的測(cè)定、以及熱上升和散熱時(shí)間的測(cè) 定。各測(cè)定方法的詳細(xì)說(shuō)明如上述。其中，熱上升的測(cè)定是在 位于中央的第5層。各測(cè)定結(jié)果如圖21所示。
(實(shí)施例15、實(shí)施例4的單電池層100層品)
正才及活性物質(zhì)的平均粒徑為2pm、負(fù)才及活性物質(zhì)的平均粒 徑為2pm、作為凝膠電解質(zhì)的骨架使用芳族聚酰胺(肖氏A級(jí)為 85)，正極活性物質(zhì)層的厚度為12pm、負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度 為12(im、隔膜的厚度為llpm，將98張的單電池層與一對(duì)端部 集電體-活性物質(zhì)層組合，形成層疊100層單電池層的結(jié)構(gòu)，除 此之外，與實(shí)施例7同樣地制作雙極電池。
(比較例5、比較例1的單電池層100層品)
正極活性物質(zhì)層的厚度為40pm、負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度為 45pm、隔膜的厚度為50pm，將98張的單電池層與 一 對(duì)端部集 電體-活性物質(zhì)層組合，形成層疊100層單電池層而形成的結(jié) 構(gòu)，除此之外，與實(shí)施例7同樣地制作雙才及電池。
使用實(shí)施例15、比較例5中制作的雙極電池、進(jìn)行平均降 低量的測(cè)定、共振位移量的測(cè)定、以及熱上升和散熱時(shí)間的測(cè) 定。各測(cè)定方法的詳細(xì)說(shuō)明如上述。其中，熱上升的測(cè)定是在 位于中央的第50層。各測(cè)定結(jié)果如圖22所示。
圖16示出實(shí)施例15的頻率-振動(dòng)傳遞率曲線(符號(hào)A)、 比較例l的雙極電池的頻率-振動(dòng)傳遞率曲線(符號(hào)B)。 一般 的車輛在頻率超過(guò)100Hz的范圍內(nèi)不產(chǎn)生振動(dòng)傳遞率的波峰， 實(shí)施例15 (符號(hào)A )在超過(guò)10 0 H z的范圍具有振動(dòng)傳遞率的波峰，因此，搭載于車輛時(shí)不易與車輛的振動(dòng)產(chǎn)生共振，防振性優(yōu)異。
另一方面、比較例l (符號(hào)B)在100Hz以下范圍具有振動(dòng)傳遞 率的波峰，因此，搭載于車輛時(shí)容易與車輛的振動(dòng)產(chǎn)生共振， 容易由振動(dòng)導(dǎo)致輸出功率降低。
圖17示出實(shí)施例15的時(shí)間-電池溫度曲線(符號(hào)A)、比 較例l的時(shí)間-電池溫度曲線(符號(hào)B) 。 ^Mv圖17可看出，在60 分鐘的電池溫度(最高到達(dá)溫度)有很大的差異。實(shí)施例15由 于具有散熱性優(yōu)異的結(jié)構(gòu)，因而最高到達(dá)溫度比比較例1低。即、 抑制了電池的溫度上升。另外，從停止電流后的電池溫度的降 低來(lái)看，相對(duì)于比較例1在60分鐘以后溫度降低緩慢，實(shí)施例15 電池溫度的降低較快，電池溫度在10分鐘左右降低到室溫。從 這些可以說(shuō)明本申請(qǐng)發(fā)明散熱性優(yōu)異。 工業(yè)上的可利用性
根據(jù)本發(fā)明，可提供一種改善了散熱性或防振性的、輸出 功率優(yōu)異的雙才及電池。
權(quán)利要求
1. 雙極電池，其特征在于，具有雙才及電極，其在集電體 的一面形成正極活性物質(zhì)層、在另 一面形成負(fù)極活性物質(zhì)層而 形成；隔膜，其與前述雙極電極交替層疊地形成，在包含相鄰的前述正才及活性物質(zhì)層、前述隔膜、以及前述 負(fù)極活性物質(zhì)層而構(gòu)成的單電池層中，前述隔膜的厚度相對(duì)于前述正極活性物質(zhì)層的厚度為0.68 倍以上、不足1.0倍，相對(duì)于前述負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度為0.68 倍以上、不足1.0倍。
2. 雙極電池，其特征在于，在前述單電池層中，前述隔膜 的厚度相對(duì)于前述正極活性物質(zhì)層的厚度為0.75 ~ 0.95倍、相 對(duì)于前述負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度為0.75 ~ 0.95倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極電池，其特征在于，前述 單電池層的厚度為10 85(im。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙極電池，其特征在于，前述單 電池層的厚度為20 50nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極電池，其特征在于，選自 由前述正才及活性物質(zhì)層、前述隔膜、以及前述負(fù)極活性物質(zhì)層 所組成的組中的至少l種的厚度為35nm以下。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極電池，其特征在于，前述 隔膜的厚度為20pm以下。
7. 才艮據(jù)權(quán)利要求l ~ 6任一項(xiàng)所述的雙極電池，其特征在 于，前述隔膜含有選自由聚酯系樹脂、芳族聚酰胺系樹脂、以 及聚烯烴系樹脂所組成的組中的至少l種。
8. 才艮據(jù)權(quán)利要求l ~ 7任一項(xiàng)所述的雙才及電池，其特征在 于，前述隔月莫的透氣度為10 ~ 400sec/10cc。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l ~ 8任一項(xiàng)所述的雙極電池，其特征在 于，前述隔膜的彎曲度是0.5 2.0。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l ~ 9任一項(xiàng)所述的雙極電池，其特征在 于，前述隔膜含有凝膠電解質(zhì)。
11. 才艮據(jù)權(quán)利要求l ~ IO任一項(xiàng)所述的雙才及電池，其特征在 于，前述隔膜的肖氏A級(jí)硬度為20 110。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l ~ ll任一項(xiàng)所述的雙才及電池，其特征在 于，層疊多層前述單電池層，至少l層隔膜的肖氏A級(jí)硬度與其他隔膜的肖氏A級(jí)硬度不同。
13. 才艮據(jù)權(quán)利要求l ~ 12任一項(xiàng)所述的雙極電池，其特征在 于，層疊3層以上前述單電池層，與其他單電池層所含的隔膜的肖氏A級(jí)硬度相比，配置在 雙極電池中心的單電池層所含的隔膜的肖氏A級(jí)硬度最小。
14. 才艮據(jù)權(quán)利要求l ~ 13任一項(xiàng)所述的雙極電池，其特征在 于，前述正極活性物質(zhì)層所含的正極活性物質(zhì)的平均粒徑在 2pm以下。
15. 才艮據(jù)權(quán)利要求l ~ 14任一項(xiàng)所述的雙極電池，其特征在 于，前述正極活性物質(zhì)層所含的正才及活性物質(zhì)為L(zhǎng)i - Mn系復(fù)合 氧化物。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l ~ 15任一項(xiàng)所述的雙極電池，其特征在 于，前述負(fù)極活性物質(zhì)層所含的負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒徑在 2jim以下。
17. 才艮據(jù)權(quán)利要求l ~ 16任一項(xiàng)所述的雙才及電池，其特征在 于，前述負(fù)極活性物質(zhì)層所含的負(fù)極活性物質(zhì)由結(jié)晶態(tài)碳材料 或非晶態(tài)碳材料構(gòu)成。
18. 電池組，其通過(guò)將^l利要求l ~ 17^f壬一項(xiàng)所述的雙才及電 池串聯(lián)或并聯(lián)連接而形成。
19. 車輛，其搭載有權(quán)利要求l ~ 17任一項(xiàng)所述的雙極電池或權(quán)利要求18所述的電池組。
全文摘要
雙極電池，其具有雙極電極，其在集電體的一面形成正極活性物質(zhì)層12、在另一面形成負(fù)極活性物質(zhì)層13而形成；隔膜14，其與前述雙極電極交替層疊地形成，在包含相鄰的前述正極活性物質(zhì)層12、前述隔膜14、以及前述負(fù)極活性物質(zhì)層13構(gòu)成的單電池層15中，前述隔膜14的厚度相對(duì)于前述正極活性物質(zhì)層12的厚度為0.68倍以上、不足1.0倍，相對(duì)于前述負(fù)極活性物質(zhì)層13的厚度為0.68倍以上、不足1.0倍。
文檔編號(hào)H01M2/20GK101313434SQ200680043989
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
發(fā)明者佐藤一, 保坂賢司, 堀江英明, 安部孝昭, 島村修, 齋藤崇實(shí), 渡邊恭一 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社