專利名稱：雙極型二次電池以及電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種雙極型二次電池以及使用了該電池的電池組。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，已知一種雙極型二次電池，其具有發(fā)電要素，該發(fā)電要素是經(jīng)由電解質(zhì)層和 隔板將多個(gè)雙極型電極層疊而成的，該雙極型電極是在集電體的一側(cè)面形成正極活性物 質(zhì)，在另一側(cè)面形成負(fù)極活性物質(zhì)而成的。該雙極型二次電池，為了防止相鄰的集電體之間 短路，而在集電體間設(shè)置密封部件(絕緣層)(參照專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本特開平11-204136號(hào)公報(bào)

實(shí)用新型內(nèi)容但是，由于密封部件是與發(fā)電無關(guān)的部件，所以在設(shè)置密封部件的情況下，存在無 法提高能量密度的問題。本實(shí)用新型是鑒于上述情況而提出的，其目的在于提供一種可以防止相鄰的集電 體間的短路，并且沒有設(shè)置密封部件或者密封部件厚度較薄的雙極型二次電池。本實(shí)用新型的雙極型二次電池具有發(fā)電要素，該發(fā)電要素是將雙極型電極和隔板 層疊而成的，該雙極型電極具有集電體，其含有具有導(dǎo)電性的樹脂層；正極活性物質(zhì)層， 其形成在集電體的一側(cè)面；以及負(fù)極活性物質(zhì)層，其形成在集電體的另一側(cè)面。在該雙極型 二次電池中，其特征在于，集電體被絕緣部件劃分。本實(shí)用新型的另一個(gè)目的在于提供一種電池組，其是將上述的雙極型二次電池電 氣連接多個(gè)而構(gòu)成的。實(shí)用新型的效果根據(jù)本實(shí)用新型，由于即使在相鄰的集電體間接觸的情況下，接觸部位也與電極 部電氣隔離，所以可以防止單電池間的短路。

圖1是示意地表示雙極型二次電池的整體構(gòu)造的剖面概略圖。圖2是示意地表示集電體的剖面概略圖。圖3是表示非導(dǎo)電性材料的俯視形狀的一個(gè)例子的圖。圖4(a)是雙極型二次電池的局部剖面圖，圖4(b)是集電體的俯視圖。圖5是雙極型二次電池的代表實(shí)施方式即層疊型的扁平的雙極型二次電池的外 觀的斜視圖。圖6是電池組的代表實(shí)施方式的外觀圖，圖6(a)是電池組的俯視圖，圖6 (b)是電 池組的主視圖，圖6(c)是電池組的側(cè)視圖。圖7是搭載了電池組的車輛的概念圖。圖8是表示將非導(dǎo)電性部件的形狀形成為蜂窩構(gòu)造的例子的圖。[0018]圖9是表示將非導(dǎo)電性部件的形狀形成為菱形形狀的例子的圖。圖10是使非導(dǎo)電性部件以及粘合材料的材料為相同材質(zhì)，彼此粘接的集電體的 剖面概略圖。圖11是在相鄰的集電體間設(shè)有較薄密封部件的電池的局部剖面圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施方式中的雙極型二次電池，例如是雙極型鋰離子二次電池，具有將雙極型 電極和隔板層疊而成的發(fā)電要素。雙極型電極具有集電體，其含有具有導(dǎo)電性的樹脂層； 正極活性物質(zhì)，其形成在集電體的一側(cè)面；以及負(fù)極活性物質(zhì)，形成在集電體的另一側(cè)面。以下，一邊參照附圖，一邊說明第一實(shí)施方式中的雙極型二次電池。另外，在附圖 的說明中，對(duì)于相同元件標(biāo)注相同標(biāo)號(hào)，省略重復(fù)的說明。圖1是示意地表示雙極型二次電池10的整體構(gòu)造的剖面概略圖。圖1所示的雙 極型二次電池10具有以下構(gòu)造，S卩，實(shí)際進(jìn)行充放電反應(yīng)的大致矩形的發(fā)電要素21，被封 止在作為電池外封裝材料的層壓薄膜四的內(nèi)部。如圖1所示，雙極型二次電池10的發(fā)電要素21具有多個(gè)雙極型電極23，該雙極型 電極23在集電體11的一側(cè)面上形成電氣結(jié)合的正極活性物質(zhì)層13，在集電體11的相反側(cè) 面上形成電氣結(jié)合的負(fù)極活性物質(zhì)層15。各雙極型電極23經(jīng)由電解質(zhì)層17層疊，形成發(fā) 電要素21。另外，電解質(zhì)層17具有在作為基材的隔板的表面方向中央部保持有電解質(zhì)的結(jié) 構(gòu)。此時(shí)，將各雙極型電極23以及電解質(zhì)層17交互層疊，以使一個(gè)雙極型電極23的正極 活性物質(zhì)層13和與該一個(gè)雙極型電極23相鄰的其它雙極型電極23的負(fù)極活性物質(zhì)層15 經(jīng)由電解質(zhì)層17而面對(duì)。即，將電解質(zhì)層17夾持配置在一個(gè)雙極型電極23的正極活性物 質(zhì)層13和與該一個(gè)雙極型電極23相鄰的其它雙極型電極23的負(fù)極活性物質(zhì)層15之間。由相鄰的正極活性物質(zhì)層13、電解質(zhì)層17、以及負(fù)極活性物質(zhì)層15構(gòu)成一個(gè)單電 池層19。因此，也可以說雙極型二次電池10具有將單電池層19層疊而成的結(jié)構(gòu)。另外，在位于發(fā)電要素21的最外層的正極側(cè)的最外層集電體Ila上，僅在單面形 成正極活性物質(zhì)層13。另外，在位于發(fā)電要素21的最外層的負(fù)極側(cè)的最外層集電體lib 上，僅在單面形成負(fù)極活性物質(zhì)層15。但是，也可以在正極側(cè)的最外層集電體11的兩面上 形成正極活性物質(zhì)層13。同樣地，也可以在負(fù)極側(cè)的最外層集電體lib的兩面上形成負(fù)極 活性物質(zhì)層15。在如圖1所示的雙極型二次電池10中，以與正極側(cè)的最外層集電體Ila相鄰的方 式配置正極集電板25，將該集電板25延長(zhǎng)，從作為電池外封裝材料的層壓薄膜四導(dǎo)出。另 一方面，以與負(fù)極側(cè)的最外層集電體lib相鄰的方式配置負(fù)極集電板27，同樣地，將該負(fù)極 集電板27延長(zhǎng)，從作為電池的外封裝材料的層壓薄膜四導(dǎo)出。另外，單電池層19的層疊數(shù)與期望的電壓相對(duì)應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，對(duì)于雙極型二 次電池10，如果電池的厚度形成為極其薄也可以確保充足的輸出，則也可以減少單電池層 19的層疊數(shù)。在雙極型二次電池10中，為了防止使用時(shí)來自外部的撞擊、環(huán)境惡化，也可以 形成為將發(fā)電要素21減壓封入在作為電池外封裝材料的層壓薄膜四中，將正極集電板25 以及負(fù)極集電板27向?qū)訅罕∧に牡耐獠繉?dǎo)出的結(jié)構(gòu)。以下，對(duì)于雙極型二次電池的主要構(gòu)成要素進(jìn)行說明。雙極型電極23具有集電體11、和形成在該集電體11的表面上的活性物質(zhì)層。更加 詳細(xì)地說，在一個(gè)集電體11的一側(cè)面形成正極活性物質(zhì)層13，在另一側(cè)面形成負(fù)極活性物 質(zhì)層15?；钚晕镔|(zhì)層包含正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)，根據(jù)需要還包含其它的添加劑。集電體11具有從與正極活性物質(zhì)層13接觸的一側(cè)面向與負(fù)極活性物質(zhì)層15接 觸的另一側(cè)面?zhèn)魉碗娮拥墓δ?。本?shí)施方式所涉及的集電體11含有具有導(dǎo)電性的樹脂層， 根據(jù)需要還可以含有其它層。樹脂層當(dāng)然具有作為電子移動(dòng)介質(zhì)的功能，也有助于集電體 的輕量化。圖2是示意地表示集電體11的剖面概略圖。如圖2所示，集電體11含有非導(dǎo)電 性部件(絕緣部件)111、粘合材料112、以及導(dǎo)電性填充物113。更加具體地說，在具有面狀 的網(wǎng)眼構(gòu)造的非導(dǎo)電性部件111(參照?qǐng)D3)的空孔中，存在添加了導(dǎo)電性填充物113的粘 合材料112。集電體11的層疊方向(圖2的上下方向)的厚度和非導(dǎo)電性部件111的層疊 方向的厚度大致相同。另外，在圖2中，非導(dǎo)電性部件111的剖面形狀為圓形，但不限定于 圓形，也可以是正方向或長(zhǎng)方形。圖3是表示非導(dǎo)電性部件111的俯視形狀的一個(gè)例子的圖。在圖3所示的例子中， 將非導(dǎo)電性部件111配置為，使網(wǎng)眼形成為格子狀。g卩，集電體11被非導(dǎo)電性部件111劃 分成多個(gè)區(qū)域。從圖2所示的剖面形狀明確可知，由非導(dǎo)電性部件111劃分的各區(qū)域彼此 電氣絕緣。另外，在圖3中省略表示導(dǎo)電性填充物113。作為非導(dǎo)電性部件111，是將聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、聚酰胺(PA)、聚酰亞胺(PI)等非導(dǎo)電性的高分子材料即樹脂延伸而成的薄片，另 外，可以使用對(duì)由樹脂纖維形成的織布進(jìn)行加壓而使凹凸平整的薄片。粘合材料112由非導(dǎo)電性的高分子材料構(gòu)成。非導(dǎo)電性的高分子材料，例如是聚 乙烯(PE 高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE))、聚丙烯(PP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇 酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚酰胺(PA)、聚 四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡膠(SBR)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲 酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、以及聚苯乙烯(PS)等。這些非導(dǎo)電性高分 子材料具有優(yōu)良的耐電位性或耐溶劑性。這些高分子材料可以單獨(dú)使用一種，也可以將大 于或等于2種組合而作為混合物使用。在粘合材料112中添加有導(dǎo)電性填充物113。在這里，將添加了導(dǎo)電性填充物113 的粘合材料112稱為樹脂層。對(duì)于導(dǎo)電性填充物113，只要是具有導(dǎo)電性的物質(zhì)即可，并不特別地限定。例如，作 為導(dǎo)電性、耐電位性、或者鋰離子隔斷性優(yōu)良的材料，可以舉出金屬以及導(dǎo)電性碳等。作為金屬，并不特別地限制，優(yōu)選從由Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、& 及K組成的群中選擇至少1種金屬，或者含有這些金屬的合金或金屬氧化物。這些金屬相 對(duì)于形成在集電體表面上的正極或負(fù)極的電位具有耐性。例如，Al相對(duì)于正極電位具有耐 性，Ni、Cu相對(duì)于負(fù)極電位具有耐性、Ti以及Pt相對(duì)于兩極的電位具有耐性。其中，更加 優(yōu)選含有從由Ni、Ti、Al、Cu、Pt、!^e以及Cr組成的群中選出的至少一種金屬的合金。作為合金，具體地說，可以舉出不銹鋼(SUS)、鎳鉻鐵耐熱耐蝕合金(inconel 注冊(cè)商標(biāo))、哈斯特洛伊耐蝕高鎳合金(hastelloy 注冊(cè)商標(biāo))、以及其它i^e_Cr類合金、Ni-Cr合金等。通過使用這些合金，可以得到更加高的耐電位性。作為導(dǎo)電性碳，并不特別地限制，但優(yōu)選含有從由乙炔黑、沃爾坎(Vulcan)、黑珍 珠(black pearl)、碳素納米纖維、超導(dǎo)電碳黑、碳納米管、多壁碳納米管、炭納米球、以及富 勒烯(fullerene)組成的群中選擇的至少1種。這些金屬以及導(dǎo)電性碳等導(dǎo)電性填充物，可以單獨(dú)使用一種，也可以將大于或等 于2種組合使用。導(dǎo)電性填充物113的形狀，并不特別地限制，可以適當(dāng)?shù)剡x擇顆粒狀、纖維狀、板 狀、塊狀、布狀、以及網(wǎng)眼狀等公知的形狀。例如，在期望對(duì)粘合材料112大范圍地施加導(dǎo)電 性的情況下，優(yōu)選使用顆粒狀的導(dǎo)電性填充物113。另一方面，在期望對(duì)粘合材料112進(jìn)一 步提高向特定方向的導(dǎo)電性的情況下，優(yōu)選使用使纖維狀等形狀具有一定方向性的導(dǎo)電性 填充物113。導(dǎo)電性填充物113的大小并不特別地限制，根據(jù)樹脂層的大小和厚度或者導(dǎo)電性 填充物的形狀，可以使用各種大小的填充物。舉一個(gè)例子，在導(dǎo)電性填充物113為顆粒狀的 情況下的平均粒徑，從易于成型樹脂層的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為0. 1 IOym程度。另外，在本 說明書中，所謂“粒徑”是指，導(dǎo)電性填充物的輪廓線上的任意2點(diǎn)間距離中的最大距離L。 作為“平均粒徑”的值，使用掃描型電子顯微鏡(SEM)和透過型電子顯微鏡(TEM)等觀察方 法，采用對(duì)視野中觀察的數(shù)個(gè) 數(shù)十個(gè)粒子的粒徑計(jì)算的平均值。后述的活性物質(zhì)等的粒 徑和平均粒徑也可以同樣地進(jìn)行定義。導(dǎo)電性填充物113的添加量必須是使集電體11具有充分導(dǎo)電性的量，但如果導(dǎo)電 性填充物113添加過多，則可能使集電體11變脆。由此，例如在使用碳類材料的情況下，優(yōu) 選重量比大于或等于1 %且小于或等于30%。具有導(dǎo)電性的樹脂層的1層的厚度，優(yōu)選為1 200 μ m，更優(yōu)選為10 100 μ m， 更進(jìn)一步優(yōu)選為10 50μπι。如果樹脂層的厚度在上述范圍內(nèi)，則可以將厚度方向的電阻 抑制得充分低。由此，在確保集電體11的導(dǎo)電性的基礎(chǔ)上，可以通過輕量化提高電池的輸 出密度。并且可以通過減少液體短路而實(shí)現(xiàn)壽命特性提高、和耐振動(dòng)性提高。集電體的厚度，為了通過輕量化而提高電池的輸出密度，優(yōu)選較薄。在雙極型二 次電池中，由于存在于雙極型電極的正極活性物質(zhì)層和負(fù)極活性物質(zhì)層間的集電體，即使 與層疊方向水平的方向的電阻較高也可以，所以可以使集電體的厚度變薄。具體地說，集電 體的厚度優(yōu)選為1 200 μ m,更優(yōu)選為5 150 μ m,更進(jìn)一步優(yōu)選為10 100 μ m。通過具 有上述厚度，可以構(gòu)筑輸出特性優(yōu)良、長(zhǎng)期可靠性優(yōu)良的電池。對(duì)于圖2以及圖3所示的集電體11的試制方法的一個(gè)例子進(jìn)行說明。例如，在聚 乙烯以及聚丙烯的共聚物中添加作為導(dǎo)電性填充物的科琴黑，將得到的材料在200°C下熔 融混煉后，由造粒機(jī)試制成粒料。通過將試制的粒料粉碎而成為粉狀，鋪在作為非導(dǎo)電性部 件的聚乙烯制的網(wǎng)眼狀的板上并進(jìn)行熱壓，從而制成集電體11。圖4(a)是雙極型二次電池10的局部剖面圖，圖4(b)是集電體11的俯視圖。圖 4(b)是位于圖4(a)的最上方的集電體11的紙面橫方向的位置不改變的俯視圖。如圖4(b) 所示，集電體11被非導(dǎo)電性部件111劃分成多個(gè)區(qū)域。另外，由于添加在集電體11的樹脂 層中的導(dǎo)電性填充物113的大小，與被非導(dǎo)電性部件111劃分的集電體11的一個(gè)區(qū)域相比 充分小，所以可以在由非導(dǎo)電性部件111劃分的集電體11的區(qū)域內(nèi)致密地添加導(dǎo)電性填充物113。由此，可以抑制電阻損失，提高電池的輸出。集電體11，根據(jù)與層疊方向上相鄰的集電體之間的電氣連接關(guān)系，可以區(qū)分為由 圖4(b)所示的框141、142、143劃分的三個(gè)區(qū)域。在框141內(nèi)，由非導(dǎo)電性部件111劃分的 集電體的區(qū)域，經(jīng)由由正極活性物質(zhì)層13、電解質(zhì)層17、以及負(fù)極活性物質(zhì)層15構(gòu)成的單 電池層19，與相鄰的集電體的劃分區(qū)域電氣連接。在框142內(nèi)，由非導(dǎo)電性部件111劃分的集電體的區(qū)域，與層疊方向上相鄰的集電 體之間不存在正極活性物質(zhì)層13以及負(fù)極活性物質(zhì)層15，分別電氣絕緣。在框143內(nèi)，由非導(dǎo)電性部件111劃分的集電體的區(qū)域，如圖4(a)所示，由于與層 疊方向上相鄰的集電體11之間接觸，所以電氣導(dǎo)通。但是，在集電體之間接觸的區(qū)域和正 極活性物質(zhì)層13或者負(fù)極活性物質(zhì)層15之間，存在使相鄰的集電體11之間電氣絕緣的區(qū) 域142，并且，集電體11被非導(dǎo)電性部件111劃分。即，由于集電體11彼此接觸的部位與 電極部即正極活性物質(zhì)層13以及負(fù)極活性物質(zhì)層15電氣隔離，所以單電池層19之間不電 氣導(dǎo)通。由此，在第一實(shí)施方式中的雙極型二次電池中，不必設(shè)置用于將相鄰的集電體11 間電氣絕緣的密封部件。在這里，如果由非導(dǎo)電性部件111劃分的集電體11的一個(gè)區(qū)域過大，則相鄰的集 電體11間的接觸部位會(huì)與正極活性物質(zhì)層13以及負(fù)極活性物質(zhì)層15電氣連接。因此，由 非導(dǎo)電性部件111對(duì)集電體11進(jìn)行劃分，以使相鄰的集電體11間的接觸部位與正極活性 物質(zhì)層13以及負(fù)極活性物質(zhì)層15電氣絕緣。另外，由于在相鄰的集電體11間沒有設(shè)置密封部件，所以如圖4(a)所示，從電解 質(zhì)層17滲出的電解液140會(huì)積存在集電體11和電解質(zhì)層17間的空間內(nèi)。正極活性物質(zhì)層含有正極活性物質(zhì)。正極活性物質(zhì)在放電時(shí)吸收離子，在充電時(shí) 釋放離子。作為優(yōu)選的一個(gè)例子，可以舉出過渡金屬與鋰的復(fù)合氧化物即鋰-過渡金屬復(fù) 合氧化物。具體地說，可以使用LiCoA等Li · Co類復(fù)合氧化物、LiNiO2等Li · Ni類復(fù)合 氧化物、尖晶石LiMn2O4等Li · Mn類復(fù)合氧化物、LiFeO2等Li · !^e類復(fù)合氧化物、以及利 用其它元素將這些過渡金屬的一部分置換的復(fù)合氧化物等。這些鋰-過渡金屬復(fù)合氧化物 在反應(yīng)性、循環(huán)特性方面優(yōu)良，是低成本的材料。由此，通過在電極中使用這些材料，可以形 成輸出特性優(yōu)良的電池。除此之外，作為正極活性物質(zhì)，可以使用LiFePO4等過渡金屬與鋰 的磷酸化合物或硫酸化合物、V2O5、MnO2、TiS2,MoS2,MoS3等過渡金屬氧化物和硫化物、Pb02、 Ag0、Ni00H等。上述的正極活性物質(zhì)，可以單獨(dú)使用，也可以以大于或等于2種的混合物的 方式使用。正極活性物質(zhì)的平均粒徑并不特別地限制，但從正極活性物質(zhì)的高容量化、反應(yīng) 性、循環(huán)耐久性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為1 ΙΟΟμπι，更加優(yōu)選為1 20μπι。只要是在上述范 圍內(nèi)即可以抑制二次電池在高輸出條件下的充放電時(shí)的電池內(nèi)部電阻的增大，可以得到充 足的電流。另外，在正極活性物質(zhì)為2次粒子的情況下，構(gòu)成2次粒子的1次粒子的平均 粒徑優(yōu)選在IOnm 1 μ m的范圍內(nèi)，但在本方式中，不一定限制在上述范圍內(nèi)。但是，當(dāng)然 根據(jù)制造方法，正極活性物質(zhì)也可以是通過凝集、塊狀化等而2次粒子化的粒子。該正極活 性物質(zhì)的粒徑以及1次粒子的粒徑，可以使用利用激光衍射法得到的中值直徑。另外，正極 活性物質(zhì)的形狀，由于其種類和制造方法等而得到的形狀不同，例如可以舉出球狀(粉末 狀)、板狀、針狀、柱狀、角狀等，但不限定于這些，任何形狀都可以使用。優(yōu)選適當(dāng)?shù)剡x擇可以提高充放電特性等的電池特性的最佳形狀。負(fù)極活性物質(zhì)層含有負(fù)極活性物質(zhì)。負(fù)極活性物質(zhì)可以在放電時(shí)放出離子，在充 電時(shí)吸收離子。負(fù)極活性物質(zhì)，只要是可以可逆地吸收以及放出鋰的物質(zhì)即可，并不特別限 制，但作為負(fù)極活性物質(zhì)的例子，可以優(yōu)選地舉出Si和Sn等金屬、或者Ti0、Ti203、Ti02、或 者Si02、SiO、SnO2等金屬氧化物、Li473Ti573O4或者Li7MnN等鋰與過渡金屬的復(fù)合氧化物、 Li-Pb類合金、Li-Al類合金、Li、或者天然石墨、人造石墨、炭黑、活性炭、炭素纖維、焦炭、 軟炭、或者硬炭等的炭素材料等。另外，負(fù)極活性物質(zhì)，優(yōu)選含有與鋰合金化的元素。通過 使用與鋰合金化的元素，可以得到與現(xiàn)有的炭素類材料相比具有較高能量密度的高容量以 及優(yōu)良的輸出特性的電池。上述的負(fù)極活性物質(zhì)可以單獨(dú)使用，也可以在大于或等于2種 混合物的方式下使用。作為上述的與鋰合金化的元素，不限于以下所述，但具體地說，可以舉出Si、Ge、 Sn、Pb、Al、In、Zn、H、Ca、Sr、Ba、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、C、N、Sb、Bi、0、 S、％、Te、Cl等。其中，從可以構(gòu)成在容量以及能量密度方面優(yōu)良的電池的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選 含有從由炭素材料、和/或Si、Ge、Sn.Pb.AU In、以及Si組成的群中選擇的至少大于或等 于1種的元素，特別優(yōu)選含有炭素材料、Si、或者Sn的元素。它們可以單獨(dú)使用一種，也可 以同時(shí)使用大于或等于2種。負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒徑并不特別限定，但從負(fù)極活性物質(zhì)的高容量化、反應(yīng)性、 循環(huán)耐久性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為1 ΙΟΟμπι，更加優(yōu)選為1 20μπι。只要是在上述范圍 內(nèi)，即可抑制二次電池在高輸出條件下的充放電時(shí)的電池內(nèi)部電阻的增大，可以得到充足 的電流。另外，在負(fù)極活性物質(zhì)為2次粒子的情況下，優(yōu)選構(gòu)成2次粒子的1次粒子的平均 粒徑在IOnm 1 μ m的范圍內(nèi)，但在本方式中，不一定限制在上述范圍內(nèi)。但是，當(dāng)然根據(jù) 制造方法，負(fù)極活性物質(zhì)也可以是通過凝集、塊狀化等而2次粒子化的粒子。該負(fù)極活性物 質(zhì)的粒徑以及1次粒子的粒徑，可以使用利用激光衍射法得到的中值直徑。另外，負(fù)極活性 物質(zhì)的形狀，由于其種類和制造方法等而得到的形狀不同，例如可以舉出球狀(粉末狀)、 板狀、針狀、柱狀、角狀等，但不限定于這些，任何形狀都可以使用。優(yōu)選適當(dāng)?shù)剡x擇可以提 高充放電特性等的電池特性的最佳形狀。在活性物質(zhì)層中，根據(jù)需要也可以含有其它的物質(zhì)。例如可以含有導(dǎo)電助劑、粘合 劑等。另外在含有離子傳導(dǎo)性共聚物的情況下，也可以含有用于使共聚物聚合的聚合開始 劑。作為導(dǎo)電助劑，是為了提高活性物質(zhì)層的導(dǎo)電性而配合的添加物。作為導(dǎo)電助劑， 可以舉出乙炔黑、炭黑、科琴黑、石墨等碳粉末、和氣相成長(zhǎng)碳纖維(VGCF;注冊(cè)商標(biāo))等各 種碳纖維、膨脹石墨等。但是，導(dǎo)電助劑當(dāng)然不限于這些。作為粘合劑，可以舉出聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酰亞胺(PI)、PTFE、SBR、合成橡膠類 粘合劑等。但是，粘合劑當(dāng)然不限于這些。另外，在粘合劑和作為凝膠電解質(zhì)使用的矩陣共 聚物相同的情況下，不必使用粘合劑。在活性物質(zhì)層中含有的成分的配比并不特別地限定，配比可以通過適當(dāng)參照雙極 型二次電池的公知的技術(shù)進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于活性物質(zhì)層的厚度也并不特別地限制，可以適當(dāng) 選擇雙極型二次電池的現(xiàn)有公知的技術(shù)。列舉一例，活性物質(zhì)層的厚度優(yōu)選為10 100 μ m 的程度，更加優(yōu)選為20 50 μ m。只要活性物質(zhì)層大于或等于10 μ m的程度，就可以充分地確保電池容量。對(duì)于正極活性物質(zhì)層(或者負(fù)極活性物質(zhì)層)向集電體表面上的形成方法并不特 別地限制，同樣地可以使用公知的方法。例如，如上所述，將正極活性物質(zhì)(或者負(fù)極活 性物質(zhì))、以及根據(jù)需要的用于提高離子傳導(dǎo)性的電解質(zhì)鹽、用于提高電子傳導(dǎo)性的導(dǎo)電助 劑、以及粘合劑，分散、溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲械龋{(diào)制正極活性物質(zhì)漿液(或負(fù)極活性物質(zhì) 漿液)。將其涂敷在集電體上并干燥、去除溶劑后，通過進(jìn)行加壓，在集電體上形成正極活性 物質(zhì)(或者負(fù)極活性物質(zhì))。此時(shí)，作為溶劑并不特別地限制，可以使用N-甲基-2-吡咯烷 酮(NMP)、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基甲酰胺、環(huán)己烷、己烷等。作為粘合劑，在采用 聚偏氟乙烯(PVDF)的情況下，可以將NMP作為溶劑使用。在上述方法中，在集電體上將正極活性物質(zhì)漿液(或者負(fù)極活性物質(zhì)漿液)涂 敷·干燥后，進(jìn)行加壓。此時(shí)，通過調(diào)節(jié)加壓條件，可以控制正極活性物質(zhì)層(或者負(fù)極活 性物質(zhì)層)的空隙率。對(duì)于加壓處理的具體方法和加壓條件并不特別地限制，適當(dāng)調(diào)節(jié)為，使加壓處理 后的正極活性物質(zhì)層(或者負(fù)極活性物質(zhì)層)的空隙率成為期望的值。作為加壓處理的具 體方式，例如可以舉出熱壓機(jī)和壓延加壓機(jī)等。另外，對(duì)于加壓條件(溫度、壓力等)也并 不特定地限制，可以適當(dāng)參照現(xiàn)有公知的技術(shù)。電解質(zhì)層具有作為鋰離子在電極間移動(dòng)時(shí)的介質(zhì)的功能。在本實(shí)施方式中，構(gòu)成 電解質(zhì)層的電解質(zhì)，作為電解液只要是包含有支持鹽以及介質(zhì)即可，并不特定地限制，可以 適當(dāng)采用現(xiàn)有公知的液體電解質(zhì)以及高分子凝膠電解質(zhì)。液體電解質(zhì)是在溶劑中溶解支持鹽即鋰鹽而成的。作為溶劑，例如可以舉出碳酸 二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二苯酯(DPC)、碳酸甲乙酯(EMC)、棕櫚酸甲酯(MP)、 醋酸甲酯(MA)、甲酸甲酯(MF)、4_甲基二氧戊環(huán)(4MeD0L)、二氧戊環(huán)(DOL)、2_甲基四氫 呋喃(2MeTHF)、四氫呋喃(THF)、二甲醚(DME)、碳酸乙烯(EC)、聚碳酸酯(PC)、碳酸丁烯酯 (BC)、以及Y-羥基丁酸內(nèi)酯(GBL)等。這些溶劑，可以單獨(dú)使用1種，也可以作為組合大 于或等于2種以上的混合物使用。另外，作為支持鹽(鋰鹽)，并不特定地限制，可以舉出LiPF6、LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiTaF6, LiSbF6, LiAlCl4, Li2B1(lCl1(l、Lil、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF2, LiSCN 等的無 機(jī)酸陰離子鹽、LiCF3S03、Li (CF3SO2)2N、LiB0B(雙草酸硼酸鋰)、LiBETI ( 二(全氟乙烯磺酰 基)鋰)酰亞胺；Li (C2F5SO2)2N均記載)等的有機(jī)酸陰離子鹽等。這些電解質(zhì)鹽，可以單獨(dú) 使用，也可以以大于或等于2種的混合物的形式使用。另一方面，高分子凝膠電解質(zhì)，是向具有鋰離子傳導(dǎo)性的粘合料共聚物中注入上 述液體電解質(zhì)而構(gòu)成的。作為具有鋰離子傳導(dǎo)性的粘合料共聚物，例如可以舉出將聚氧化 乙烯保持在主鏈或側(cè)鏈上的共聚物(PEO)、聚乙二醇(FEG)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯 (PVDF)、聚偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。另外，也可以使用上述的共聚物等的混合物、變性體、誘導(dǎo) 體、無規(guī)共聚體、交互共聚體、接枝共聚體、嵌段共聚體等。其中，優(yōu)選使用PEO、PPO以及它 們的共聚體、PVDF, PVDF-HFP。在這樣的粘合料共聚物中可以充分地將鋰鹽等電解質(zhì)鹽溶 解。另外，粘合料共聚物通過形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以發(fā)揮優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度。本實(shí)施方式中的雙極型二次電池，由于電解質(zhì)層由液體電解質(zhì)和高分子凝膠電解質(zhì)構(gòu)成，所以以保持電解液的目的，優(yōu)選在電解質(zhì)層中使用隔板。隔板的形式并不特別地限 定，可以是具有多個(gè)細(xì)微孔的多孔質(zhì)膜、無紡布、或者它們的層疊體。另外，可以舉出在加強(qiáng) 材料層中使用聚烯烴類樹脂的無紡布或者聚烯烴類樹脂多孔膜，在加強(qiáng)材料層中填充了聚 偏氟乙烯樹脂化合物的復(fù)合樹脂膜等。圖5是表示雙極型二次電池的代表實(shí)施方式即層疊型的扁平雙極型二次電池的 外觀的斜視圖。如圖5所示，層疊型的扁平雙極型二次電池40具有長(zhǎng)方形狀的扁平形狀，從其兩 側(cè)部引出用于輸出電力的正極引片48、負(fù)極引片49。發(fā)電要素(電池要素)47被雙極型二 次電池40的電池封裝材料42包裹，將其周圍熱熔接，發(fā)電要素(電池要素)47在將正極 引片48以及負(fù)極引片49向外部引出的狀態(tài)下被密封。在這里，發(fā)電要素(電池要素)47 相當(dāng)于之前說明的圖1所示的雙極型二次電池10的發(fā)電要素(電池要素)21，是將由正極 (正極活性物質(zhì)層)13、電解質(zhì)層17以及負(fù)極(負(fù)極活性物質(zhì)層)15構(gòu)成的單電池層(單 電池)19層疊多個(gè)而成的。另外，上述雙極型二次電池不限于層疊型的扁平的形狀，可以是卷繞型的二次電 池，也可以是圓筒型形狀，也可以將上述圓筒型形狀的雙極型二次電池變形，形成為長(zhǎng)方形 狀的扁平形狀，在形狀上并不特別地限制。對(duì)于上述圓筒型形狀的雙極型二次電池，在其封 裝材料中也可以使用層壓薄膜，也可以使用現(xiàn)有的圓筒罐(金屬罐)等，并不特別地限制。 優(yōu)選利用鋁層壓薄膜將發(fā)電要素(電池要素)封裝。通過該方式實(shí)現(xiàn)輕量化。另外，對(duì)于圖5所示的引片48、49的引出，沒有特別的限制，也可以從相同的邊引 出正極引片48和負(fù)極引片49，也可以將正極引片48和負(fù)極引片49分別分為多個(gè)，從各邊 引出等，不限于圖5所示的情況。另外，對(duì)于卷繞型的二次電池，也可以取代引片，例如利用 圓筒罐(金屬罐)形成端子。上述雙極型二次電池作為電動(dòng)車和混合電動(dòng)車、或者燃料電池車和混合燃料電池 汽車等的大容量電源，可以優(yōu)選利用在要求高體積能量密度、高體積輸出密度的車輛驅(qū)動(dòng) 用電源和輔助電源中。電池組通過將多個(gè)上述雙極型電池連接而構(gòu)成。詳細(xì)地說，至少使用大于或等于 2個(gè)，通過串聯(lián)化或并聯(lián)化、或其兩種方式構(gòu)成。通過串聯(lián)、并聯(lián)化，可以自由地調(diào)節(jié)容量以 及電壓。圖6是電池組的代表實(shí)施方式的外觀圖，圖6(a)是電池組的俯視圖，圖6 (b)是電 池組的主視圖，圖6(c)是電池組的側(cè)視圖。如圖6所示，作為電池組300，是將雙極型電池串聯(lián)或并聯(lián)連接多個(gè)而形成可拆卸 的小型的電池組250，將該可拆卸的小型電池組250進(jìn)一步串聯(lián)、并聯(lián)連接多個(gè)，而形成適 用要求高體積能量密度、高體積輸出密度的車輛驅(qū)動(dòng)用電源和輔助電源中的具有大容量、 大輸出的電池組300。圖6(a)表示電池組的俯視圖，圖6(b)表示主視圖，圖6(c)表示側(cè) 視圖，制成的可拆卸的小型電池組250，利用母線這種電氣連接單元而彼此連接，該電池組 250利用連接夾具310多段層疊。連接幾個(gè)雙極型電池而制成電池組250、或者層疊幾段電 池組250而制成電池組300，只要與搭載的車輛(電氣汽車)的電池容量和輸出相對(duì)應(yīng)而決 定即可。在第一實(shí)施方式中的雙極型二次電池中，由于不必在集電體11間設(shè)置密封部件，所以通過利用上述的雙極型二次電池形成電池組，可以提供能量密度較高的電池組。圖7是搭載了上述電池組的車輛的概念圖。由于上述電池組是在長(zhǎng)期可靠性以及 輸出特性方面優(yōu)良的高壽命的電池，所以可以構(gòu)成EV行駛距離較長(zhǎng)的插電式混合動(dòng)力電 動(dòng)汽車、和一次充電行駛距離較長(zhǎng)的電動(dòng)汽車。換言之，由于通過將雙極型電池或者將它們 組合多個(gè)而成的電池組使用在例如作為汽車的混合動(dòng)力車、燃料電池車、電動(dòng)汽車(任一 種，除了四輪車(乘用車、卡車、公交車等的商用車、輕型汽車等)之外，也包含二輪車(摩 托車)和三輪車在內(nèi))中，可以高壽命地形成可靠性較高的汽車。但是，其用途不限定于汽 車，例如，也可以適用在其它車輛、電車等的移動(dòng)體的各種電源中，可以作為無停電電源裝 置等的載置用電源利用。如圖7所示，在將電池組300搭載在如電動(dòng)汽車400這樣的車輛上時(shí)，搭載在電動(dòng) 汽車400的車體中央部的座椅下。這是由于如果搭載在座椅下，可以使車內(nèi)空間以及儲(chǔ)藏 室寬闊。另外，搭載電池組300的位置不限于座椅下，也可以在后部?jī)?chǔ)藏室的下部，也可以 在車輛前方的發(fā)動(dòng)機(jī)室。利用了上述電池組300的電動(dòng)汽車400具有較高的耐久性，即使 長(zhǎng)期間使用也可以提供充足的輸出。并且，由于搭載的電池組的能量密度較高，所以可以提 供在燃料消耗、行駛性能方面優(yōu)良的電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車。以上，根據(jù)第一實(shí)施方式中的雙極型二次電池，該雙極型二次電池具有發(fā)電要素 21，該發(fā)電要素21是由將雙極型電極23和電解質(zhì)層17層疊而成的，該雙極型電極23具有 集電體11，其含有具有導(dǎo)電性的樹脂層；正極活性物質(zhì)層13，其形成在集電體11的一側(cè)面； 以及負(fù)極活性物質(zhì)層15，其形成在集電體11的另一側(cè)面，集電體11被非導(dǎo)電性部件111 劃分。由此，由于是沒有在集電體間設(shè)置密封部件的結(jié)構(gòu)，即使在電池端部的集電體11間 接觸，接觸部位也與電極部隔離，所以可以防止相鄰的單電池間的短路。另外，由于被非導(dǎo)電性部件111劃分的集電體11的形狀為格子狀，所以非導(dǎo)電性 部件111可以形成線狀。由此，提高對(duì)于由應(yīng)力和溫度變化引起的膨脹收縮的追隨性，可 以更加可靠地利用非導(dǎo)電性部件111實(shí)施與電極部的隔離，可以可靠地防止單電池間的短 路。并且，在樹脂層中添加的導(dǎo)電性填充物113的大小，與由非導(dǎo)電性部件111劃分的 集電體11的一個(gè)區(qū)域相比較小。由此，由于可以在由非導(dǎo)電性部件111劃分的集電體11 的區(qū)域內(nèi)致密地添加導(dǎo)電性填充物113，所以可以抑制電阻損失，可以提高電池的輸出。本實(shí)用新型不限于上述的第一實(shí)施方式，在不脫離本實(shí)用新型的主旨的范圍內(nèi)可 以分別變形和應(yīng)用。例如，劃分集電體11的非導(dǎo)電性部件111的形狀，不限于圖3和圖4(b) 所示的格子狀。圖8以及圖9是表示非導(dǎo)電性部件111的其它形狀的例子的圖。圖8是表 示將非導(dǎo)電性部件111的形狀形成為蜂窩構(gòu)造的例子的圖，圖9是表示形成為菱形形狀的 例子的圖。在將非導(dǎo)電性部件111的形狀形成為蜂窩構(gòu)造或菱形形狀的情況下，也可以可 靠地利用非導(dǎo)電性部件111實(shí)施與電極部的隔離，可以可靠地防止單電池間的短路。劃分 集電體11的非導(dǎo)電性部件111的形狀可以形成為上述的格子狀、蜂窩構(gòu)造、菱形形狀中的 任意一種形狀，也可以形成為組合了上述形狀的形狀。另外，也可以單獨(dú)使用除了格子狀、 蜂窩構(gòu)造、菱形形狀以外的形狀，也可以組合其它形狀使用。在集電體11中含有的非導(dǎo)電性部件111以及粘合材料112的材質(zhì)為相同的材料， 可以形成為彼此熔接的結(jié)構(gòu)。圖10是將非導(dǎo)電性部件111以及粘合材料112的材質(zhì)形成為相同的材質(zhì)，彼此熔接的集電體11的剖面概略圖。在該情況下也利用熔接的非導(dǎo)電性部 件111，將集電體11劃分為多個(gè)區(qū)域。即，圖10所示的區(qū)域R1、R2、以及R3，分別彼此電氣 絕緣。由于牢固地將非導(dǎo)電性部件111以及粘合材料112接合，所以抑制導(dǎo)電性填充物113 的脫離，提高集電體11的耐久性，可以更加可靠地抑制單電池間的短路。在上述的說明中，對(duì)于沒有設(shè)置用于防止電池內(nèi)相鄰的集電體11間接觸的密封 部件的雙極型二次電池而進(jìn)行說明，但例如為了保持集電體間的間隔，也可以設(shè)置密封部 件。但是，如果設(shè)置密封部件，則由于使電池能量密度下降，所以優(yōu)選使設(shè)置的密封部件盡 可能地薄。在這里，所謂“薄”是指，在集電體11的面方向上較薄。圖11是在相鄰的集電體11間設(shè)有較薄的密封部件110的電池的局部剖面圖。作 為構(gòu)成密封部件110的材料，只要具有絕緣性、相對(duì)于固體電解質(zhì)的脫落的密封性和相對(duì) 于來自外部的水分的透濕的密封性、以及在電池動(dòng)作溫度下的耐熱性等即可。例如，可以使 用尿烷樹脂、環(huán)氧樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚酰亞胺樹脂、橡膠等。其中，從耐腐蝕 性、耐藥性、制作難易度(制膜性)、經(jīng)濟(jì)性等觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用聚乙烯樹脂和聚丙烯樹脂 作為密封部材110的構(gòu)成材料。在圖4中示出了在端部上在層疊方向上相鄰的集電體11接觸的圖，但也可以是相 鄰的集電體11間不接觸的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1.一種雙極型二次電池，其具有發(fā)電要素，該發(fā)電要素是將雙極型電極和隔板層疊而 成的，該雙極型電極具有集電體，其含有具有導(dǎo)電性的樹脂層；正極活性物質(zhì)層，其形成 在所述集電體的一側(cè)面；以及負(fù)極活性物質(zhì)層，其形成在所述集電體的另一側(cè)面，其特征在 于，所述集電體被絕緣部件劃分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型二次電池，其特征在于，所述絕緣部件，將所述集電體劃分成格子狀、蜂窩構(gòu)造、以及菱形中的某一種形狀，或 者它們組合的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極型二次電池，其特征在于，所述集電體，含有用于使所述絕緣部件和所述導(dǎo)電性填充物結(jié)合的粘合材料， 所述絕緣部件以及所述粘合材料的材質(zhì)相同，彼此進(jìn)行熔接。
4.一種電池組，其特征在于，其是將在權(quán)利要求1至權(quán)利要求3的任一項(xiàng)中記載的雙極型二次電池電氣連接多個(gè)而 構(gòu)成的。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種雙極型二次電池，其解決在集電體間設(shè)置密封部的情況下，無法提高能量密度的問題。雙極型二次電池具有發(fā)電要素，該發(fā)電要素是由將雙極型電極、和電解質(zhì)(17)層疊而成的，該雙極型電極具有集電體(11)，其含有具有導(dǎo)電性的樹脂層；正極活性物質(zhì)層(13)，其形成在集電體(11)的一側(cè)面；以及負(fù)極活性物質(zhì)層(15)，其形成在集電體(11)的另一側(cè)面，集電體(11)由非導(dǎo)電性部件(111)劃分。本實(shí)用新型還涉及一種電池組，其是將上述的雙極型二次電池電氣連接多個(gè)而構(gòu)成的。
文檔編號(hào)H01M2/18GK201853778SQ20102026163
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者松本康嗣 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社