JP2000030746A - Bipolar lithium-ion secondary battery - Google Patents
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- Secondary Cells (AREA)
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 容量が大きくかつコンパクト化が可能であ
り、絶縁性の向上したバイポーラ型リチウムイオン2次
電池を提供する。
【解決手段】 正極集電箔上に正極活物質を形成し、負
極集電箔上に負極活物質を形成する。これらの正極活物
質及び負極活物質はセパレータを介して対向配置され、
これを捲回して電池構成体26とする。このような電池
構成体26の外側に、絶縁容器28を介して更に同じ電
池構成体26を捲回していき、所定個数の電池構成体2
6a〜dを捲回した後に内側の電池構成体26から外側
の電池構成体26に向かって電気的に直列に接続し、バ
イポーラ型リチウムイオン2次電池を得る。
(57) [Problem] To provide a bipolar lithium-ion secondary battery having a large capacity, a compact size, and an improved insulating property. SOLUTION: A positive electrode active material is formed on a positive electrode current collector foil, and a negative electrode active material is formed on a negative electrode current collector foil. These positive electrode active material and negative electrode active material are disposed to face each other via a separator,
This is wound to form a battery structure 26. The same battery structure 26 is further wound around such a battery structure 26 via an insulating container 28, and a predetermined number of battery structures 2 are formed.
After winding 6a to 6d, they are electrically connected in series from the inner battery structure 26 to the outer battery structure 26 to obtain a bipolar lithium ion secondary battery.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラ型リチ
ウムイオン2次電池の構造の改良に関する。The present invention relates to an improvement in the structure of a bipolar type lithium ion secondary battery.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、リチウムイオン2次電池を複
数直列に接続したものを1個の電池としたバイポーラ型
リチウムイオン2次電池が使用されている。このような
バイポーラ型リチウムイオン2次電池は、正極と負極と
の間に電解質を含みリチウムイオン導電性のあるセパレ
ータを挟んで電池構成体を形成し、これを電極方向に積
層し、各電池構成体を直列接続することにより形成して
いた。このようなバイポーラ型リチウムイオン2次電池
の例が特開昭59−90359号公報に開示されてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, a bipolar lithium ion secondary battery in which a plurality of lithium ion secondary batteries are connected in series as one battery has been used. In such a bipolar lithium ion secondary battery, a battery structure is formed by sandwiching a lithium ion conductive separator containing an electrolyte between a positive electrode and a negative electrode, and the battery structure is laminated in the electrode direction. It was formed by connecting the bodies in series. An example of such a bipolar type lithium ion secondary battery is disclosed in JP-A-59-90359.
【0003】図15には、本従来例のバイポーラ型リチ
ウムイオン2次電池の断面図が示される。図15におい
て、電池ケース100の中には、正極集電箔10上に正
極活物質12を塗布して形成された正極と、負極集電箔
14上に負極活物質16を塗布して形成された負極との
間に、リチウムイオン導電性を有するセパレータ18を
挟んで電池構成体とし、この電池構成体が複数電極方向
に積層された構造を有するバイポーラ型リチウムイオン
2次電池が収容されている。このようにして構成された
バイポーラ型リチウムイオン2次電池の両方の積層端面
は、それぞれ正極集電箔10と負極集電箔14になって
おり、これらに正極端子リード20及び負極端子リード
22が接続されている。FIG. 15 is a sectional view of a conventional bipolar lithium ion secondary battery. In FIG. 15, a battery case 100 is formed by applying a positive electrode active material 12 on a positive electrode current collector foil 10 and a negative electrode active material 16 on a negative electrode current collector foil 14. A bipolar type lithium ion secondary battery having a structure in which a separator 18 having lithium ion conductivity is interposed between the negative electrode and a negative electrode and having a structure in which the battery components are stacked in a plurality of electrode directions is accommodated. . Both stacked end faces of the bipolar type lithium ion secondary battery thus configured are a positive electrode current collector foil 10 and a negative electrode current collector foil 14, respectively, on which a positive terminal lead 20 and a negative terminal lead 22 are provided. It is connected.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のバ
イポーラ型リチウムイオン2次電池においては、各電池
構成体を、その積層方向には薄くすることができるが、
これと同時に大きな容量を得るためには、正極及び負極
の面積を大きくする必要がある。このため、正極、負極
の面積方向にコンパクト化するのが困難であるという問
題があった。However, in the above-mentioned conventional bipolar type lithium ion secondary battery, each battery component can be made thin in the stacking direction.
At the same time, in order to obtain a large capacity, it is necessary to increase the areas of the positive electrode and the negative electrode. For this reason, there has been a problem that it is difficult to reduce the size of the positive electrode and the negative electrode in the area direction.
【0005】また、各電池構成体の間隔が、数10〜1
00μmと薄いので、電池構成体の周囲の絶縁処理が難
しいという問題もあった。[0005] Further, the interval between the respective battery components is several tens to one.
Since it is as thin as 00 μm, there is also a problem that it is difficult to perform insulation treatment around the battery structure.
【0006】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、容量が大きくかつコンパクト
化が可能であり、絶縁性の向上したバイポーラ型リチウ
ムイオン2次電池を提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a bipolar lithium ion secondary battery which has a large capacity, can be made compact, and has an improved insulating property. It is in.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、バイポーラ型リチウムイオン2次電池で
あって、正極と負極との間にセパレータを挟んだ状態で
捲回される電池構成体が、絶縁体を介して複数個同心円
状に捲回され、内側の電池構成体から外側の電池構成体
に向かって、順次電気的に直列に接続されていることを
特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention relates to a bipolar type lithium ion secondary battery, which is wound with a separator sandwiched between a positive electrode and a negative electrode. A plurality of components are wound concentrically via an insulator, and are electrically connected in series from the inner battery component to the outer battery component.
【0008】また、バイポーラ型リチウムイオン2次電
池であって、正極と負極との間にセパレータを挟んだ状
態で捲回される電池構成体が複数個同心円状に捲回さ
れ、内側の電池構成体から外側の電池構成体に向かっ
て、順次電気的に直列に接続されており、各接続部で
は、内側の電池構成体の正極または負極の集電箔と外側
の電池構成体の負極または正極の集電箔とが接続されて
いることを特徴とする。In a bipolar type lithium ion secondary battery, a plurality of battery components wound concentrically with a separator sandwiched between a positive electrode and a negative electrode are formed concentrically. From the body to the outer battery structure, they are electrically connected in series sequentially, and at each connection point, the current collector foil of the positive or negative electrode of the inner battery structure and the negative or positive electrode of the outer battery structure And a current collecting foil.
【0009】また、上記バイポーラ型リチウムイオン2
次電池において、内側の電池構成体と外側の電池構成体
との接続部を構成する集電箔が、内側の電池構成体の外
周全体を包む構造となっていることを特徴とする。Further, the bipolar lithium ion 2
The secondary battery is characterized in that a current collecting foil constituting a connection portion between the inner battery structure and the outer battery structure has a structure surrounding the entire outer periphery of the inner battery structure.
【0010】また、上記バイポーラ型リチウムイオン2
次電池において、各電池構成体の正極及び負極は、集電
箔の片面にのみ活物質が積層されており、各電池構成体
の積層端面は正極及び負極の集電箔であり、内側の電池
構成体と外側の電池構成体との接続部は、内側の電池構
成体の正極または負極の集電箔と外側の電池構成体の負
極または正極の集電箔とが電気的に接触していることを
特徴とする。In addition, the bipolar lithium ion 2
In the secondary battery, the positive electrode and the negative electrode of each battery structure have an active material laminated only on one side of the current collector foil, and the laminated end surface of each battery structure has the current collector foil of the positive electrode and the negative electrode. At the connection between the structure and the outer battery structure, the positive or negative current collector foil of the inner battery structure and the negative or positive current collector foil of the outer battery structure are in electrical contact. It is characterized by the following.
【0011】また、上記バイポーラ型リチウムイオン2
次電池において、内側の電池構成体と外側の電池構成体
の電気容量は同じで、内部抵抗を内側の電池構成体ほど
高くしたことを特徴とする。The bipolar type lithium ion 2
In the next battery, the inner battery structure and the outer battery structure have the same electric capacity, and the internal resistance is higher for the inner battery structure.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以下
実施形態という)を、図面に従って説明する。Embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings.
【0013】実施形態1.図1及び図2には、本実施形
態に係るバイポーラ型リチウムイオン2次電池を構成す
る電池構成体の例が示される。図1において、正極集電
箔10の上に正極活物質12を塗布して構成された正極
と、負極集電箔14の上に負極活物質16を塗布して構
成された負極との間にリチウムイオン導電性を有するセ
パレータ18を挟んで電池構成体26を構成する。この
電池構成体26は、図1に示されるように捲回される。
この場合、負極集電箔14の外側には、絶縁フィルム2
4が積層されている。これにより、上記電池構成体26
を捲回したときに、正極集電箔10と負極集電箔14と
が短絡することを防止している。このようにして捲回し
た電池構成体26の断面図が図2に示される。図2に示
されるように、電池構成体26は、その最内部に正極集
電箔10が、また最外部に負極集電箔14が露出してい
る。Embodiment 1 FIG. 1 and FIG. 2 show an example of a battery structure constituting the bipolar lithium-ion secondary battery according to the present embodiment. In FIG. 1, between a positive electrode formed by applying a positive electrode active material 12 on a positive electrode current collector foil 10 and a negative electrode formed by applying a negative electrode active material 16 on a negative electrode current collector foil 14. The battery component 26 is configured with the separator 18 having lithium ion conductivity interposed therebetween. The battery assembly 26 is wound as shown in FIG.
In this case, the insulating film 2 is provided outside the negative electrode current collector foil 14.
4 are stacked. Thereby, the battery structure 26
When the coil is wound, the short-circuit between the positive electrode current collector foil 10 and the negative electrode current collector foil 14 is prevented. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the battery structure 26 thus wound. As shown in FIG. 2, in the battery assembly 26, the positive electrode current collector foil 10 is exposed inside and the negative electrode current collector foil 14 is exposed outside.
【0014】なお、図1に示された例では、正極集電箔
10及び負極集電箔14には、その片側に正極活物質1
2及び負極活物質16が塗布されているが、これを図3
に示されるように、それぞれの集電箔10、14の両側
に各々正極活物質12及び負極活物質16を塗布する構
成としてもよい。この場合には、積層された各層のう
ち、正極集電箔10と負極集電箔14との内側に位置す
る正極活物質12と負極活物質16との間にセパレータ
18aが挟み込まれている。また、負極集電箔14の外
側の負極活物質16の更に外側には、やはり同じセパレ
ータ18bが配置されている。これを、矢印Aの方向に
捲回していくと、上述した内側の正極活物質12及び負
極活物質16がセパレータ18aを介して対向配置され
るとともに、外側の正極活物質12及び負極活物質16
も、負極活物質16の外側に配置されたセパレータ18
bを介して対向配置されることになる。この場合、負極
集電箔14の負極活物質16が塗布されていない部分の
長さを十分に確保しておけば、図3の矢印A方向に捲回
した場合、最内部に正極集電箔10が露出し、最外部に
負極集電箔14が露出した構造の電池構成体26を得る
ことができる。In the example shown in FIG. 1, the positive electrode current collector foil 10 and the negative electrode current collector foil 14 have the positive electrode active material 1 on one side.
2 and the negative electrode active material 16 are applied.
As shown in (2), a configuration may be adopted in which the positive electrode active material 12 and the negative electrode active material 16 are applied to both sides of each of the current collecting foils 10 and 14. In this case, a separator 18a is sandwiched between the positive electrode active material 12 and the negative electrode active material 16 located inside the positive electrode current collector foil 10 and the negative electrode current collector foil 14 among the stacked layers. Further, the same separator 18b is arranged further outside the negative electrode active material 16 outside the negative electrode current collector foil 14. When this is wound in the direction of arrow A, the inner positive electrode active material 12 and the negative electrode active material 16 described above are arranged to face each other with the separator 18a interposed therebetween, and the outer positive electrode active material 12 and the negative electrode active material
Also, a separator 18 disposed outside the negative electrode active material 16
b will be opposed to each other. In this case, if the length of the portion of the negative electrode current collector foil 14 on which the negative electrode active material 16 is not applied is sufficiently ensured, the positive electrode current collector foil will be disposed inside when wound in the direction of arrow A in FIG. 10 is exposed, and a battery structure 26 having a structure in which the negative electrode current collector foil 14 is exposed to the outside can be obtained.
【0015】図2に示された電池構成体26は、絶縁体
で覆い、更にこの外周に、図1に示された電池構成体2
6を同心円状に捲回していく。このように、複数の電池
構成体26が、絶縁体を介して同心円状に捲回され、内
側の電池構成体から外側の電池構成体に向かって、順次
電気的に直列に接続され、本実施形態に係るバイポーラ
型リチウムイオン2次電池が構成される。このように、
電池構成体26を捲回することにより、捲回しないで積
層する場合に比べコンパクト化でき、容量が大きくかつ
コンパクト化されたバイポーラ型リチウムイオン2次電
池とすることができる。The battery structure 26 shown in FIG. 2 is covered with an insulator, and the outer periphery thereof is further covered with the battery structure 2 shown in FIG.
6 is concentrically wound. As described above, the plurality of battery components 26 are concentrically wound via the insulator, and are sequentially electrically connected in series from the inner battery component to the outer battery component. A bipolar lithium ion secondary battery according to the embodiment is configured. in this way,
By winding the battery structure 26, a bipolar lithium ion secondary battery having a large capacity and a compact capacity can be obtained as compared with a case where the battery structure 26 is stacked without being wound.
【0016】以上のようなバイポーラ型リチウムイオン
2次電池の断面図が図4に示される。図4において、最
内部の電池構成体26aから最外部の電池構成体26d
までは、絶縁容器28を介して同心円状に捲回されてい
る。これらが電池ケース100内に収められ、内側の電
池構成体26aから順次電池構成体26b、26c、2
6dの順番に直列接続用リード線30によって直列接続
されていく。前述したように、電池構成体26の最内部
には、正極集電箔10が露出しているので、これに正極
端子リード20を接続し、電池構成体26の最外部に
は、負極集電箔14が露出しているのでこれに負極端子
リード22を接続する。FIG. 4 is a sectional view of the above-mentioned bipolar type lithium ion secondary battery. In FIG. 4, the innermost battery component 26a is changed to the outermost battery component 26d.
Are wound concentrically via an insulating container 28. These are accommodated in the battery case 100, and the battery components 26b, 26c, 2
The connection is performed in series by the series connection lead wire 30 in the order of 6d. As described above, the positive electrode current collector foil 10 is exposed at the innermost part of the battery assembly 26, and the positive electrode terminal lead 20 is connected to this. Since the foil 14 is exposed, the negative electrode terminal lead 22 is connected thereto.
【0017】図5には、図4に示された本実施形態に係
るバイポーラ型リチウムイオン2次電池のV−V断面図
が示される。ただし、電池ケース100は省略してあ
る。本実施形態においては、4つの電池構成体26a、
26b、26c、26dが、それぞれ内側の電池構成体
26aから順次その外側に同心円状に捲回され、内側の
電池構成体26aから外側の電池構成体26dに向かっ
て直列に接続されている。このバイポーラ型リチウムイ
オン2次電池を使用する場合には、正極端子リード20
と負極端子リード22とを介して充放電を行わせる。FIG. 5 is a sectional view of the bipolar lithium-ion secondary battery according to the embodiment shown in FIG. 4 taken along line VV. However, the battery case 100 is omitted. In the present embodiment, four battery components 26a,
26b, 26c, and 26d are sequentially wound concentrically outward from the inner battery component 26a, and are connected in series from the inner battery component 26a to the outer battery component 26d. When using this bipolar lithium ion secondary battery, the positive electrode terminal lead 20
And charge / discharge via the negative terminal lead 22.
【0018】なお、本実施形態では、最内部に正極が、
最外部に負極が形成されているが、電池構成体26の積
層順または捲回方向を逆にして、正極と負極との配置を
逆にすることもできる。In this embodiment, a positive electrode is provided at the innermost part.
Although the negative electrode is formed at the outermost part, the arrangement of the positive electrode and the negative electrode can be reversed by reversing the stacking order or winding direction of the battery assembly 26.
【0019】以下に、本実施形態に係るバイポーラ型リ
チウムイオン2次電池の具体例を実施例1として説明す
る。Hereinafter, a specific example of the bipolar type lithium ion secondary battery according to the present embodiment will be described as Example 1.
【0020】実施例1.正極活物質12としてLiMn
2O4を使用し、これを正極集電箔10としてのアルミニ
ウム箔上に塗布して正極を構成した。また、負極活物質
16として黒鉛を使用し、これを負極集電箔14として
の銅箔上に塗布して負極を構成した。また、セパレータ
18として不織布を使用した。これらを図1に示される
ように積層し、これを捲回して電池構成体26とした。
このように構成した電池構成体26を、絶縁容器28と
してのポリプロピレン(PP)製の袋に入れ、さらにそ
の外周に以上に述べたと同様の電池構成体26を捲回し
て、この全体もポリプロピレン製の袋に入れた。このよ
うに、ポリプロピレン製の袋に入れた電池構成体の外周
にさらに電池構成体を捲回していき、図4に示されるよ
うに絶縁容器28としてのポリプロピレン製の袋を介し
て4個の電池構成体26a、26b、26c、26dを
同心円状に捲回した。Embodiment 1 LiMn as the positive electrode active material 12
2 O 4 was used and applied on an aluminum foil as the positive electrode current collector foil 10 to form a positive electrode. In addition, graphite was used as the negative electrode active material 16, and this was applied on a copper foil as the negative electrode current collector foil 14 to form a negative electrode. Further, a nonwoven fabric was used as the separator 18. These were laminated as shown in FIG. 1 and wound to form a battery structure 26.
The battery structure 26 thus configured is put in a polypropylene (PP) bag as an insulating container 28, and the same battery structure 26 as described above is wound around the bag, and the whole is also made of polypropylene. In a bag. In this manner, the battery structure is further wound around the outer periphery of the battery structure placed in the polypropylene bag, and as shown in FIG. The components 26a, 26b, 26c, 26d were wound concentrically.
【0021】次に、EC:DEC=1:1の液体にLi
PF6を1mol/l溶解させた溶液とPVDF−HF
Pとを、その重量比が7:1となるように混合したもの
を電解液として準備した。この電解液を、上述したポリ
プロピレン製の袋に入れられた各電池構成体26、26
b、26c、26dに含浸させ、120℃に加熱した後
室温に戻し、電解液を正、負極及びセパレータ18中で
ゲル化させた。その後ポリプロピレン製の袋の開口部を
熱プレスにより閉じ、各電池構成体26、26b、26
c、26dを完全に封止し分離した。その後、内側の電
池構成体26aから外側の電池構成体26dに向かっ
て、直列接続用リード線30によって順次電気的に直列
に接続した。最後にこれらを電池ケース100内に封入
し、最内部の正極集電箔10と最外部の負極集電箔14
とに、それぞれ正極端子リード20及び負極端子リード
22を接続し、本実施例に係るバイポーラ型リチウムイ
オン2次電池を得た。Next, the liquid of EC: DEC = 1: 1 is converted into Li
The PF 6 dissolved 1 mol / l solution and PVDF-HF
A mixture of P and P in a weight ratio of 7: 1 was prepared as an electrolytic solution. Each of the battery components 26, 26 contained in the above-described polypropylene bag is
b, 26c and 26d were impregnated, heated to 120 ° C., returned to room temperature, and the electrolyte was gelled in the positive electrode, the negative electrode and the separator 18. Thereafter, the opening of the polypropylene bag is closed by hot pressing, and each of the battery components 26, 26b, 26
c and 26d were completely sealed and separated. Thereafter, the batteries were electrically connected in series from the inner battery assembly 26a to the outer battery assembly 26d by the serial connection lead wire 30. Finally, these are sealed in the battery case 100, and the innermost positive electrode current collector foil 10 and the outermost negative electrode current collector foil 14 are sealed.
And a positive electrode terminal lead 20 and a negative electrode terminal lead 22, respectively, to obtain a bipolar lithium ion secondary battery according to this example.
【0022】このようにして得たバイポーラ型リチウム
イオン2次電池を評価したところ、平均電圧として1
5.8Vを得ることができた。また、充電状態で10日
間放置した後も、その電圧は15.6Vを保持してい
た。比較例として、図1に示された電池構成体26を捲
回せずに、積層した状態で、その周囲を絶縁したバイポ
ーラ型リチウムイオン2次電池を同様に評価した。その
結果、当初15.8Vの電圧が得られたが、10日間放
置した後には、10.8Vまで低下した。これは、各電
池構成体26の厚さが数10〜100μm程度と薄いの
で、周囲の絶縁処理が困難であることから、漏れ電流が
大きいためと考えられる。When the bipolar lithium ion secondary battery obtained in this way was evaluated, the average voltage was 1
5.8 V could be obtained. The voltage was maintained at 15.6 V even after being left in the charged state for 10 days. As a comparative example, a bipolar lithium-ion secondary battery in which the battery structure 26 shown in FIG. 1 was laminated without being wound and the periphery thereof was insulated was similarly evaluated. As a result, a voltage of 15.8 V was obtained at first, but dropped to 10.8 V after being left for 10 days. This is presumably because the thickness of each of the battery components 26 is as thin as about several tens to 100 μm, which makes it difficult to insulate the surroundings.
【0023】実施形態2.図6には、本実施形態に係る
バイポーラ型リチウムイオン2次電池の構成の断面図が
示される。また、図7には、図6に示されたバイポーラ
型リチウムイオン2次電池を構成する電池構成体26の
断面図が示される。Embodiment 2 FIG. FIG. 6 shows a cross-sectional view of the configuration of the bipolar lithium ion secondary battery according to the present embodiment. FIG. 7 is a cross-sectional view of a battery structure 26 constituting the bipolar lithium ion secondary battery shown in FIG.
【0024】図7において、正極集電箔10の両面には
正極活物質12が塗布され、正極を構成している。ま
た、負極集電箔14の両面には負極活物質16が塗布さ
れ、負極を構成している。これらの正極活物質12と負
極活物質16のうち、内側に配置されたもの同士がセパ
レータ18aを介して対向配置されている。また、正極
活物質12のうち正極集電箔10の負極と反対側(外
側)に形成されたものには、さらにセパレータ18bが
形成されている。これにより、電池構成体26が捲回さ
れたときに、外側に配置された正極活物質12と負極活
物質16同士がセパレータ18bを介して対向配置され
ることになる。このような電池構成体26は、一方の正
極集電箔10と他方の負極集電箔14とが接続部32で
接続され、複数個の電池構成体26が直列に接続されて
いる。このように、正極集電箔10と他方の負極集電箔
14とを直接つなぐことにより、接触抵抗を小さくする
ことができる。In FIG. 7, a positive electrode active material 12 is applied to both surfaces of a positive electrode current collector foil 10 to form a positive electrode. A negative electrode active material 16 is applied to both sides of the negative electrode current collector foil 14 to form a negative electrode. Of the positive electrode active material 12 and the negative electrode active material 16, those disposed inside are opposed to each other via a separator 18a. A separator 18b is further formed on the positive electrode active material 12 formed on the side (outside) of the positive electrode current collector foil 10 opposite to the negative electrode. As a result, when the battery structure 26 is wound, the positive electrode active material 12 and the negative electrode active material 16 disposed outside are opposed to each other via the separator 18b. In such a battery structure 26, one positive electrode current collector foil 10 and the other negative electrode current collector foil 14 are connected at a connection portion 32, and a plurality of battery members 26 are connected in series. As described above, by directly connecting the positive electrode current collector foil 10 to the other negative electrode current collector foil 14, the contact resistance can be reduced.
【0025】以上のようにして構成された電池構成体
を、図7に示された矢印Aの方向に捲回すると、図6に
示されるような構造のバイポーラ型リチウムイオン2次
電池を得ることができる。図6においては、正極と負極
との間にセパレータ18a、bを挟んだ状態で捲回され
た電池構成体26が複数個同心円状に捲回された構造と
なっている。また、図7に示されるように、電池構成体
26は接続部32により直列に接続されているので、図
6においても、内側の電池構成体26から外側の電池構
成体26に向かって、順次電気的に直列に接続された構
造となっている。When the battery thus constructed is wound in the direction of arrow A shown in FIG. 7, a bipolar type lithium ion secondary battery having the structure shown in FIG. 6 is obtained. Can be. FIG. 6 shows a structure in which a plurality of battery components 26 wound in a state where separators 18a and 18b are sandwiched between a positive electrode and a negative electrode are concentrically wound. Also, as shown in FIG. 7, since the battery members 26 are connected in series by the connection part 32, also in FIG. 6, the battery members 26 are sequentially shifted from the inner battery members 26 to the outer battery members 26. It has a structure electrically connected in series.
【0026】この際に、一方の電池構成体26と他方の
電池構成体26とを接続する正極集電箔10及び負極集
電箔14の捲回方向の長さは、それぞれ捲回していく場
合に集電箔10、14のみで内側の電池構成体26の外
周を一周以上捲回できる長さとしておく。これにより内
側の電池構成体26の外周全体が集電箔により包まれる
構造となり、内側の電池構成体26と外側の電池構成体
26の正極及び負極が短絡することを防止できる。この
際に、2つの電池構成体を接続する集電箔10、14の
接続部32における捲回方向と垂直方向の幅は、電極が
構成されている部分よりも大きくするのが望ましい。こ
れは、電池構成体26を捲回した後円筒形状となったバ
イポーラ型リチウムイオン2次電池の上下端から電解質
が隣の電池構成体に移動し電解質短絡が発生することを
防止するためである。At this time, the length in the winding direction of the positive electrode current collector foil 10 and the negative electrode current collector foil 14 connecting the one battery structure 26 and the other battery structure 26 is determined in the case where the winding is performed. The length is set so that the outer circumference of the inner battery assembly 26 can be wound one or more times only by the current collector foils 10 and 14. Thus, the entire outer periphery of the inner battery assembly 26 is wrapped by the current collector foil, and short-circuiting between the positive and negative electrodes of the inner battery assembly 26 and the outer battery assembly 26 can be prevented. At this time, it is desirable that the width in the winding direction and the vertical direction of the connection portion 32 of the current collecting foils 10 and 14 connecting the two battery components be larger than the portion where the electrodes are formed. This is to prevent the electrolyte from migrating from the upper and lower ends of the bipolar lithium ion secondary battery having a cylindrical shape after winding the battery structure 26 to the adjacent battery structure and causing an electrolyte short circuit. .
【0027】以上のようにして構成した図6に示される
バイポーラ型リチウムイオン2次電池は、その最内部に
正極集電箔10が、最外部に負極集電箔14が露出して
いるので、それぞれに正極端子リード20及び負極端子
リード22を接続する。なお、本実施形態においても、
最内部と最外部の正極と負極とを逆に構成することも可
能である。また、図6では、電池ケース100は省略さ
れている。In the bipolar type lithium ion secondary battery shown in FIG. 6 configured as described above, the positive electrode current collector foil 10 is exposed inside and the negative electrode current collector foil 14 is exposed outside. A positive terminal lead 20 and a negative terminal lead 22 are connected to each. In this embodiment,
It is also possible to reverse the innermost and outermost positive and negative electrodes. 6, the battery case 100 is omitted.
【0028】図8(a),(b)には、本実施形態に係
る電池構成体26の変形例が示される。本変形例におい
て特徴的な点は、一方の電池構成体26の正極集電箔1
0と他方の電池構成体26の負極集電箔14とを接続す
るために、ステンレス鋼等の接続用集電箔34を使用し
たことにある。この接続用集電箔34は、電池構成体2
6の捲回方向に対して90°方向の幅が電極部分よりも
大きくなっている。これにより、電池構成体26を捲回
した場合に、円筒型のバイポーラ型リチウムイオン2次
電池の上下の端から電解質が漏れ出て短絡することを防
止することができる。FIGS. 8A and 8B show a modification of the battery structure 26 according to the present embodiment. A characteristic point of this modification is that the positive electrode current collector foil 1 of one battery
In order to connect 0 to the negative electrode current collector foil 14 of the other battery structure 26, a connection current collector foil 34 made of stainless steel or the like is used. This connection current-collecting foil 34 is used for the battery construct 2
The width in the direction of 90 ° with respect to the winding direction of No. 6 is larger than that of the electrode portion. Thus, when the battery structure 26 is wound, it is possible to prevent the electrolyte from leaking from the upper and lower ends of the cylindrical bipolar lithium ion secondary battery and causing a short circuit.
【0029】本実施形態に係るバイポーラ型リチウムイ
オン2次電池においても、実施形態1と同様に正極集電
箔10としてアルミニウム箔を使用し、負極集電箔14
として銅箔を使用した。また、正極活物質12としては
LiMn2O4を使用し、負極活物質16として黒鉛を使
用した。これらの活物質は結着剤PVDFと混合したも
のを上述の集電箔10、14上に塗布して形成したもの
である。また、セパレータ18としては不織布を使用し
た。これらの正極、負極及びセパレータ18には、実施
形態1と同様の電解液を含浸させ、120℃に加熱した
後室温に戻しゲル化させている。In the bipolar type lithium ion secondary battery according to the present embodiment, similarly to the first embodiment, an aluminum foil is used as the positive electrode current collector foil 10 and the negative electrode current collector foil 14 is used.
Used copper foil. LiMn 2 O 4 was used as the positive electrode active material 12, and graphite was used as the negative electrode active material 16. These active materials are formed by applying a mixture of the binder and PVDF on the above-mentioned current collector foils 10 and 14. Further, a non-woven fabric was used as the separator 18. These positive electrode, negative electrode, and separator 18 are impregnated with the same electrolytic solution as in Embodiment 1, heated to 120 ° C., and then returned to room temperature to be gelled.
【0030】実施形態3.図9には、本実施形態に係る
バイポーラ型リチウムイオン2次電池の構成の断面図が
示される。また、図10(a),(b)には、図9に示
されたバイポーラ型リチウムイオン2次電池を構成する
電池構成体26の断面図及び平面図が示される。Embodiment 3 FIG. 9 shows a cross-sectional view of the configuration of the bipolar lithium ion secondary battery according to the present embodiment. FIGS. 10A and 10B are a cross-sectional view and a plan view of a battery structure 26 constituting the bipolar lithium-ion secondary battery shown in FIG.
【0031】図10(a)に示されるように、本実施形
態における電池構成体26は、正極集電箔10の片面の
みに正極活物質12が形成されており、負極集電箔14
の片面のみに負極活物質16が形成されている。これら
の正極活物質12及び負極活物質16は、セパレータ1
8を介して対向配置されている。また、一方の電池構成
体26の正極集電箔10と他方の電池構成体26の負極
集電箔14とは、接続部32で接続されており、電池構
成体26が直列接続されている。As shown in FIG. 10A, the battery structure 26 in this embodiment has the positive electrode active material 12 formed on only one side of the positive electrode current collector foil 10 and the negative electrode current collector foil 14.
The negative electrode active material 16 is formed only on one side of the substrate. These positive electrode active material 12 and negative electrode active material 16
8 are disposed opposite to each other. In addition, the positive electrode current collector foil 10 of one battery element 26 and the negative electrode current collector foil 14 of the other cell element 26 are connected at a connection portion 32, and the battery elements 26 are connected in series.
【0032】本実施形態において特徴的な点は、各電池
構成体26が、接続部32を除いて、ポリプロピレンフ
ィルム等から成る絶縁フィルム36で覆われていること
である。このような構成により、実施形態2のように、
内側の電池構成体26の外周に外側の電池構成体26を
巻き付ける際に、内側の電池構成体26の外周の一周分
以上にわたって集電箔を捲回しなくても、内側の電池構
成体26と外側の電池構成体26とが短絡することがな
くなる。このため、図9に示されるように、本実施形態
に係るバイポーラ型リチウムイオン2次電池において
は、接続部32において正極集電箔10と負極集電箔1
4とを接続する際に、使用する集電箔の長さを短くする
ことができ、そのぶん体積当たりの電気容量を増加させ
ることができる。A feature of the present embodiment is that each of the battery components 26 is covered with an insulating film 36 made of a polypropylene film or the like except for the connection portion 32. With such a configuration, as in the second embodiment,
When the outer battery structure 26 is wound around the outer periphery of the inner battery structure 26, the inner battery structure 26 and the inner battery structure 26 do not need to be wound over one or more circumferences of the outer periphery of the inner battery structure 26. There is no short circuit with the outer battery structure 26. Therefore, as shown in FIG. 9, in the bipolar lithium-ion secondary battery according to the present embodiment, the positive electrode current collector foil 10 and the negative electrode current collector foil 1
4 can be used to reduce the length of the current collector foil to be used, thereby increasing the electric capacity per volume.
【0033】なお、図9には、3つの電池構成体が、ぞ
れぞれ内側のものの外周に外側のものが巻き付けられ、
それぞれ内側から外側に向かって直列に接続された例が
示されている。この電池構成体の数は、3つに限られる
ものではなく、4つあるいはそれ以上のものを順次捲回
していくことができる。In FIG. 9, three battery components are wound around the outer periphery of the inner one, and the outer one is wound around the outer periphery.
An example in which they are connected in series from the inside to the outside, respectively, is shown. The number of battery components is not limited to three, and four or more battery components can be sequentially wound.
【0034】以下に、本実施形態に係るバイポーラ型リ
チウムイオン2次電池の具体例を実施例2として説明す
る。Hereinafter, a specific example of the bipolar lithium ion secondary battery according to this embodiment will be described as Example 2.
【0035】実施例2.正極集電箔10としてアルミニ
ウム箔を使用し、負極集電箔14として銅箔を使用し
た。また、正極活物質12としてLiMn2O4を、負極
活物質16として黒鉛を使用した。これらの活物質を結
着剤PVDFと混合してペーストとし、各集電箔の片面
のみに塗布した。また、セパレータ18としては不織布
を使用し、実施形態1及び2と同様に、EC:DEC=
1:1の液体にLiPF6を1mol/l溶かした溶液
とPVDF−HFPとの重量比が7:1となるように混
合した電解液を含浸させた。これを120℃に加熱した
後室温に戻し、含浸させた電解液をゲル化させた。なお
この電解液は、セパレータ18の他、上述した正極及び
負極にも含浸されている。Embodiment 2 FIG. Aluminum foil was used as the positive electrode current collector foil 10, and copper foil was used as the negative electrode current collector foil 14. LiMn 2 O 4 was used as the positive electrode active material 12 and graphite was used as the negative electrode active material 16. These active materials were mixed with the binder PVDF to form a paste, which was applied to only one surface of each current collector foil. Further, a non-woven fabric is used as the separator 18, and EC: DEC =
An electrolytic solution mixed so that the weight ratio of a solution obtained by dissolving 1 mol / l of LiPF 6 in a 1: 1 liquid and PVDF-HFP was 7: 1 was impregnated. This was heated to 120 ° C., then returned to room temperature, and the impregnated electrolytic solution was gelled. The electrolyte is impregnated not only into the separator 18 but also into the above-described positive electrode and negative electrode.
【0036】このように構成した電池構成体26を、ポ
リプロピレンフィルムで正極集電箔10及び負極集電箔
14の端部を除いて覆い、熱圧着することにより封止し
た。この状態で電池特性を評価し、短絡、容量のばらつ
き等をチェックした。The battery assembly 26 thus configured was covered with a polypropylene film except for the end portions of the positive electrode current collector foil 10 and the negative electrode current collector foil 14, and sealed by thermocompression bonding. In this state, the battery characteristics were evaluated, and short circuits, variations in capacity, and the like were checked.
【0037】次に、このように構成した各電池構成体2
6の正極集電箔10と負極集電箔14とをスポット溶接
により接続し、図10(a),(b)に示される捲回方
向Aに捲回し本実施例に係るバイポーラ型リチウムイオ
ン2次電池を得た。この際、最内部に露出した正極集電
箔10には正極端子リード20を取り付け、最外部に露
出した負極集電箔14には、負極端子リード22を取り
付けた。なおこの負極端子リードは、最外部の負極集電
箔14を、電池構成体26を収納する電池ケース100
(図示せず)に接触させ、この電池ケース100に負極
端子リード22を取り付けることとしてもよい。また、
本実施例においても、最内部を負極、最外部を正極とす
ることも可能である。Next, each of the battery components 2 thus configured
The positive electrode current collector foil 10 and the negative electrode current collector foil 14 of FIG. 6 are connected by spot welding, and wound in the winding direction A shown in FIGS. The following battery was obtained. At this time, the positive electrode terminal lead 20 was attached to the innermost exposed positive electrode current collector foil 10, and the negative electrode terminal lead 22 was attached to the outermost exposed negative electrode current collector foil 14. The negative electrode terminal lead is connected to the outermost negative electrode current collector foil 14 by a battery case 100 containing the battery assembly 26.
(Not shown), and the negative electrode terminal lead 22 may be attached to the battery case 100. Also,
Also in this embodiment, the innermost part can be a negative electrode and the outermost part can be a positive electrode.
【0038】以上の方法により、4つの電池構成体26
からなるバイポーラ型リチウムイオン2次電池を構成
し、その電気特性を評価した。According to the above method, the four battery members 26
A lithium ion secondary battery was constructed and the electrical characteristics thereof were evaluated.
【0039】本実施例に係る電池構成体26は、それぞ
れ正極集電箔10と負極集電箔14の片面のみに正極活
物質12及び負極活物質16が形成されているので、こ
れを捲回する前からリチウムイオン2次電池として完成
しているので、個々の電池構成体の容量チェック及び短
絡チェックが可能である。本実施例に使用した電池構成
体26は、容量のばらつきが最大20%あるが、上述し
たように、個々の電池構成体26の容量をあらかじめ測
定することができるので、容量ばらつきの小さい電池構
成体のみでバイポーラ型リチウムイオン2次電池を構成
することが可能となる。これにより、サイクル特性を向
上させることができる。In the battery assembly 26 according to the present embodiment, the positive electrode active material 12 and the negative electrode active material 16 are formed only on one side of the positive electrode current collector foil 10 and the negative electrode current collector foil 14, respectively. Since the battery is completed as a lithium ion secondary battery before performing, the capacity check and short-circuit check of each battery component can be performed. The battery structure 26 used in this example has a maximum variation of 20% in the capacity. However, as described above, the capacity of each battery structure 26 can be measured in advance. It is possible to construct a bipolar lithium ion secondary battery using only the body. Thereby, cycle characteristics can be improved.
【0040】容量ばらつきが5%以内の電池構成体26
のみを4つ直列接続し、図10(a),(b)に示され
る捲回方向Aに捲回し、バイポーラ型リチウムイオン2
次電池を構成し、12V−17Vの間で、1Cの一定電
流で充放電させたところ、100サイクル後の容量維持
率が87%と良好な値を得ることができた。Battery structure 26 having a capacity variation within 5%
Are connected in series, and are wound in the winding direction A shown in FIGS.
A secondary battery was constructed and charged and discharged with a constant current of 1 C between 12 V and 17 V. As a result, a good capacity retention rate of 87% after 100 cycles was obtained.
【0041】実施形態4.図11には、本実施形態に係
るバイポーラ型リチウムイオン2次電池の構成の断面図
が示される。また、図12(a),(b)には、図11
に示されたバイポーラ型リチウムイオン2次電池を構成
する電池構成体26の断面図及び平面図が示される。Embodiment 4 FIG. FIG. 11 shows a cross-sectional view of the configuration of the bipolar lithium ion secondary battery according to the present embodiment. FIGS. 12A and 12B show FIG.
2A and 2B are a cross-sectional view and a plan view of a battery structure 26 constituting the bipolar type lithium ion secondary battery shown in FIG.
【0042】図12(a)において、正極集電箔10の
片面のみに、正極活物質12を形成して正極を構成し
た。また、負極集電箔14の片面のみに負極活物質16
を形成し、負極を構成した。これらの正極及び負極は、
セパレータ18を介してそれぞれの活物質12、16が
対向するように配置され、電池構成体26を構成してい
る。本実施形態に係る電池構成体26は、正極活物質1
2と負極活物質16とセパレータ18の両端部に絶縁部
材38が設けられており、これにより電池構成体26の
正極集電箔10と負極集電箔14とを密着させている。
これにより正極活物質12と負極活物質16とをセパレ
ータ18とからなる内容物を密閉し、電解質の漏れを防
止できる。従って、電解質の短絡による電圧低下を防止
することができる。In FIG. 12A, a positive electrode was formed by forming a positive electrode active material 12 on only one surface of the positive electrode current collector foil 10. Further, only one side of the negative electrode current collector foil 14 has the negative electrode active material 16
Was formed to form a negative electrode. These positive and negative electrodes are
The respective active materials 12 and 16 are arranged so as to face each other with the separator 18 interposed therebetween, and constitute a battery assembly 26. The battery structure 26 according to the present embodiment includes the positive electrode active material 1
2, insulating members 38 are provided at both ends of the negative electrode active material 16 and the separator 18, whereby the positive electrode current collector foil 10 and the negative electrode current collector foil 14 of the battery structure 26 are adhered to each other.
Thereby, the contents composed of the positive electrode active material 12 and the negative electrode active material 16 and the separator 18 are sealed, and leakage of the electrolyte can be prevented. Therefore, a voltage drop due to a short circuit of the electrolyte can be prevented.
【0043】図12(b)には、活物質12、16が塗
布された集電箔10、14と周囲を絶縁部材38で囲ま
れたセパレータ18とが示される。これらにより電池構
成体26を形成する場合には、絶縁部材38で囲まれた
部分に活物質12、16が収容され、セパレータ18と
接するようにそれぞれ正極と負極とを絶縁部材38には
め合わせる。これにより、図12(a)に示されるよう
な電池構成体26を得ることができる。FIG. 12B shows the current collector foils 10 and 14 on which the active materials 12 and 16 are applied and the separator 18 surrounded by an insulating member 38. When the battery assembly 26 is formed by these, the active materials 12 and 16 are accommodated in a portion surrounded by the insulating member 38, and the positive electrode and the negative electrode are fitted to the insulating member 38 so as to be in contact with the separator 18. Thereby, a battery structure 26 as shown in FIG. 12A can be obtained.
【0044】このような電池構成体26は、図12
(a)に示されるように、集電箔、活物質、セパレータ
が積層されて構成されており、その積層構造の上下の積
層端面は正極集電箔10及び負極集電箔14となってい
る。したがって、これを図12(a)に示される矢印A
の方向に捲回し、最内部に正極集電箔が、最外部に負極
集電箔が来るようにし、さらに、この最外周の負極集電
箔に、次の電池構成体26の最内周の正極集電箔10が
電気的に接触するように外側に捲回することができる。
以後同様にして所定個数の電池構成体26を順次外側に
捲回していく。これにより、図11に示されるように、
内側から外側に向かって電池構成体26が直列に接続さ
れたバイポーラ型リチウムイオン2次電池を得ることが
できる。このようにして組み立てたバイポーラ型リチウ
ムイオン2次電池は、その最内部の正極集電箔に正極端
子リード20を接続し、最外部の負極集電箔に負極端子
リード22を接続する。本実施形態においても、最内部
を負極、最外部を正極とすることも可能である。Such a battery structure 26 is shown in FIG.
As shown in (a), a current collector foil, an active material, and a separator are laminated, and the upper and lower laminated end faces of the laminated structure are a positive electrode current collector foil 10 and a negative electrode current collector foil 14. . Therefore, this is represented by the arrow A shown in FIG.
, So that the positive electrode current collector foil is on the innermost side, and the negative electrode current collector foil is on the outermost side. The positive electrode current collector foil 10 can be wound outward so as to make electrical contact.
Thereafter, in a similar manner, a predetermined number of battery components 26 are sequentially wound outward. Thereby, as shown in FIG.
A bipolar lithium ion secondary battery in which the battery components 26 are connected in series from the inside to the outside can be obtained. In the bipolar type lithium ion secondary battery assembled in this way, the positive electrode terminal lead 20 is connected to the innermost positive electrode current collector foil, and the negative electrode terminal lead 22 is connected to the outermost negative electrode current collector foil. Also in the present embodiment, the innermost part can be a negative electrode and the outermost part can be a positive electrode.
【0045】なお、本実施形態に係る電池構成体26
は、捲回せずに従来同様積層してもバイポーラ型リチウ
ムイオン2次電池を得ることができる。The battery structure 26 according to the present embodiment is
Can obtain a bipolar lithium-ion secondary battery even if they are laminated in the same manner as before without winding.
【0046】以下に、本実施形態に係るバイポーラ型リ
チウムイオン2次電池の具体例を実施例3として説明す
る。Hereinafter, a specific example of the bipolar type lithium ion secondary battery according to the present embodiment will be described as Example 3.
【0047】実施例3.正極集電箔10としてアルミニ
ウム箔を使用し、この片面のみに、その周囲に余白を作
って活物質を印刷乾燥し正極とした。正極活物質12と
しては、LiMn2O4を使用し、これに導電剤として天
然黒鉛を混合した。また、ゲル電解質としてEC:DE
C=1:1の液体にLiPF6を1mol/l溶解した
溶液とPVDF−HFPとを3:1としたものを使用し
た。また、ペースト化するための有機溶媒としてテトラ
ヒドロフラン(THF)を使用した。これらを、その混
合比として、LiMn2O4:天然黒鉛:ゲル電界質:有
機溶媒=10:1:10:30で混合し、正極ペースト
とし、上記正極集電箔10に塗布した。Embodiment 3 FIG. An aluminum foil was used as the positive electrode current collector foil 10, a blank was formed on only one side of the current collector foil, and the active material was printed and dried to form a positive electrode. LiMn 2 O 4 was used as the positive electrode active material 12, and natural graphite was mixed with the LiMn 2 O 4 as a conductive agent. EC: DE as gel electrolyte
A solution obtained by dissolving LiPF 6 at 1 mol / l in a liquid of C = 1: 1 and PVDF-HFP at a ratio of 3: 1 was used. In addition, tetrahydrofuran (THF) was used as an organic solvent for forming a paste. These were mixed at a mixing ratio of LiMn 2 O 4 : natural graphite: gel electrolyte: organic solvent = 10: 1: 10: 30, and a positive electrode paste was applied to the positive electrode current collector foil 10.
【0048】また、負極集電箔14として銅箔を使用
し、この片面のみに、その周囲に余白を作って活物質を
印刷乾燥し負極とした。負極活物質としては天然黒鉛を
使用し、ゲル電解質及び有機溶媒として上記正極と同じ
ものを使用した。これらを、その混合比として天然黒
鉛:ゲル電解質:有機溶媒=1:1:4で混合し、負極
ペーストとし、これを上記負極集電箔14に塗布した。Further, a copper foil was used as the negative electrode current collector foil 14, a margin was formed on only one side thereof, and the active material was printed and dried to form a negative electrode. Natural graphite was used as the negative electrode active material, and the same material as the positive electrode was used as the gel electrolyte and the organic solvent. These were mixed at a mixing ratio of natural graphite: gel electrolyte: organic solvent = 1: 1: 4 to form a negative electrode paste, which was applied to the negative electrode current collector foil 14.
【0049】また、セパレータ18としては、不織布に
ゲル電解質と有機溶媒とを含浸させ乾燥させたものを使
用した。ゲル電解質としてはEC:DEC=1:1の液
体にLiPF6を1mol/l溶解させた溶液とPVD
F−HFPとを5:1の割合で混合したものを使用し、
有機溶媒としてTHFを使用した。ゲル電解質と有機溶
媒との混合比は1:2とした。このようにして形成した
セパレータ18は、ゲル電解質が漏れないようにポリプ
ロピレンフィルムから成る絶縁部材38により周囲を囲
んだ。さらに、このセパレータ18を介して上述した正
極及び負極の活物質12、14が対向するように配置
し、熱プレスすることにより正極集電箔10−絶縁部材
38−セパレータ18−絶縁部材38−負極集電箔14
が熱圧着され、内容物を密封した。この熱プレスにより
正極活物質12、セパレータ18、負極活物質16の中
にあるゲル電解質も熱溶融後再ゲル化され、ゲル間での
空隙がなくなり、イオン伝導性が向上される。The separator 18 was obtained by impregnating a non-woven fabric with a gel electrolyte and an organic solvent and drying it. As a gel electrolyte, a solution obtained by dissolving 1 mol / l of LiPF 6 in a liquid of EC: DEC = 1: 1 and PVD
Using a mixture of F-HFP at a ratio of 5: 1,
THF was used as the organic solvent. The mixing ratio between the gel electrolyte and the organic solvent was 1: 2. The separator 18 thus formed was surrounded by an insulating member 38 made of a polypropylene film so that the gel electrolyte did not leak. Further, the positive and negative electrode active materials 12 and 14 described above are arranged to face each other with the separator 18 interposed therebetween, and are hot-pressed to form a positive electrode current collector foil 10-an insulating member 38-a separator 18-an insulating member 38-a negative electrode. Current collector foil 14
Was thermocompressed to seal the contents. By this hot pressing, the gel electrolyte in the positive electrode active material 12, the separator 18, and the negative electrode active material 16 is also re-gelled after thermal melting, eliminating voids between the gels and improving ionic conductivity.
【0050】以上のようにして構成した電池構成体26
を、その容量及び短絡の有無をチェックした後、図示し
ない電池ケース内で四重に捲回し、内側の電池構成体2
6から外側の電池構成体26に向かって電気的に直列に
接続し、バイポーラ型リチウムイオン2次電池を得た。The battery structure 26 constructed as described above
After checking its capacity and whether there is a short circuit, it is quadruple wound in a battery case (not shown) to
The battery was electrically connected in series from No. 6 to the outer battery structure 26 to obtain a bipolar lithium ion secondary battery.
【0051】このようにして本実施例に係るバイポーラ
型リチウムイオン2次電池は、初期に16.4Vまで充
電した状態で10日間放置しても、電圧が15.6Vま
での低下に留まった。これに対して、セパレータ18の
周囲をあらかじめ絶縁部材38で覆わずに電池構成体2
6を捲回し、その後に電解質が露出した部分をエポキシ
樹脂等で絶縁したものは、10日間放置した後、16.
4Vの電圧が3.8Vまで低下していた。これにより、
本実施例に係るバイポーラ型リチウムイオン2次電池の
絶縁性が極めて良好であることがわかる。As described above, the voltage of the bipolar lithium ion secondary battery according to the present embodiment only dropped to 15.6 V even when the battery was initially charged to 16.4 V and left for 10 days. On the other hand, without surrounding the separator 18 with the insulating member 38 in advance,
6. After winding, the part where the electrolyte was exposed was insulated with an epoxy resin or the like, and then left for 10 days.
The voltage of 4V was reduced to 3.8V. This allows
It can be seen that the bipolar lithium ion secondary battery according to this example has extremely good insulation properties.
【0052】実施形態5.以上に述べた各実施形態に係
るバイポーラ型リチウムイオン2次電池においては、充
放電電流が大きくなった場合、内側にある電池構成体2
6ほど温度が高くなる。このため、内側の電池構成体2
6ほどリチウムイオン伝導性が良好となり、外側の電池
構成体26よりも内部抵抗が低下する。各電池構成体2
6は直列に接続されており、同じ大きさの電流が流れる
ので、内部抵抗が高い外側の電池構成体26の方が電圧
が高くなる。このため、高電圧が印加されると、特に外
側の電池構成体26の電界液の劣化や集電箔の溶出等に
より電池の劣化が起こる可能性がある。従って、個々の
電池構成体26の内部抵抗が、使用時に等しくなるよう
に調整するのが好適である。Embodiment 5 FIG. In the bipolar lithium ion secondary battery according to each of the embodiments described above, when the charge / discharge current is increased, the battery structure 2 on the inner side
The temperature rises about six. For this reason, the inner battery structure 2
The better the lithium ion conductivity is, the lower the internal resistance is compared to the outer battery structure 26. Each battery structure 2
6 are connected in series, and a current of the same magnitude flows, so that the voltage of the outer battery structure 26 having a higher internal resistance is higher. For this reason, when a high voltage is applied, there is a possibility that the battery may be deteriorated particularly due to the deterioration of the electrolytic solution of the outer battery structure 26 or the elution of the current collector foil. Therefore, it is preferable to adjust the internal resistances of the individual battery components 26 to be equal in use.
【0053】図13には、このような各電池構成体26
の内部抵抗が使用時に等しくなるバイポーラ型リチウム
イオン2次電池の構成の断面図が示される。また、図1
4には、図13に示されたバイポーラ型リチウムイオン
2次電池を構成するための電池構成体26の断面図が示
される。図14において、図13に示されたバイポーラ
型リチウムイオン2次電池を構成する場合には、図の矢
印Aの方向に電池構成体26を捲回していくので、図の
左側の電池構成体26の方が図の右側の電池構成体26
よりも内側になる。このため、図の左側の電池構成体2
6の内部抵抗をあらかじめ高くしておけば、使用中に内
側の電池構成体26の温度が高くなり、内部抵抗が低く
なった場合にも、外側に来る図の右側の電池構成体26
の内部抵抗と等しくすることができる。以降同様にして
外側に配置される電池構成体26ほどその内部抵抗があ
らかじめ低くなるように構成しておく。FIG. 13 shows such a battery structure 26.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a configuration of a bipolar lithium ion secondary battery in which the internal resistance becomes equal during use. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a battery structure 26 for constituting the bipolar lithium-ion secondary battery shown in FIG. In FIG. 14, when the bipolar type lithium ion secondary battery shown in FIG. 13 is configured, the battery structure 26 is wound in the direction of arrow A in the figure. Is the battery structure 26 on the right side of the figure.
Inside. Therefore, the battery structure 2 on the left side of the drawing
If the internal resistance of the battery assembly 26 on the right side of the drawing in the figure is increased even if the internal resistance of the battery assembly 26 becomes high during use and the internal resistance becomes low,
Can be made equal to the internal resistance. Thereafter, similarly, the internal resistance of the battery component 26 arranged outside is reduced in advance in advance.
【0054】内部抵抗を調整する方法としては、各電極
の活物質の総量と空隙率とを一定にしておき、活物質の
厚さを調整し、結果として有効面積すなわちセパレータ
18と対向している活物質層の面積を制御する方法があ
る。すなわち、厚さを厚くすれば、その分有効面積が小
さくなり抵抗が高くなる。As a method of adjusting the internal resistance, the total amount of the active material and the porosity of each electrode are kept constant, and the thickness of the active material is adjusted. There is a method of controlling the area of the active material layer. That is, as the thickness increases, the effective area decreases and the resistance increases.
【0055】他方、目付量すなわち単位面積当たりの活
物質の重量と有効面積とを一定にし、活物質の厚さを調
整し、その空隙率を変化させることによっても内部抵抗
を調整することができる。すなわち、プレスにより活物
質の厚さを変化させ、空隙率を小さくするほど、活物質
間に存在する電解質が減少し、イオン伝導性が低くなっ
て抵抗が増加する。On the other hand, the internal resistance can also be adjusted by keeping the basis weight, that is, the weight of the active material per unit area and the effective area constant, adjusting the thickness of the active material, and changing the porosity. . That is, as the thickness of the active material is changed by pressing and the porosity is reduced, the amount of electrolyte existing between the active materials decreases, the ionic conductivity decreases, and the resistance increases.
【0056】このように、活物質の総量及び空隙率を一
定とした状態で厚さを変えて有効面積で抵抗を調整する
か、あるいは目付量及び有効面積を一定にし、活物質の
空隙率を調整し内部抵抗を調整する方法が好適と考えら
れる。As described above, the resistance is adjusted with the effective area by changing the thickness while the total amount and the porosity of the active material are kept constant, or the porosity of the active material is reduced by keeping the basis weight and the effective area constant. It is considered that a method of adjusting the internal resistance is preferable.
【0057】以上のような内部抵抗の調整方法の具体例
を、実施例4、実施例5として説明する。Specific examples of the method for adjusting the internal resistance as described above will be described as Embodiments 4 and 5.
【0058】実施例4.本実施例においては、4つの電
池構成体26を使用し、それぞれの内部抵抗を変化させ
る。4つの電池構成体26は、最も内側に捲回されるも
のから外側に捲回されるものの順にI、II、III、
IVとし、それぞれの正極及び負極の有効面積の値を表
1に示す。なお、本実施例においては、各電極の総活物
質量と空隙率を一定に保ち、目付量を変化させることに
より有効面積を変化させた。Embodiment 4 FIG. In this embodiment, four battery components 26 are used, and the respective internal resistances are changed. The four battery components 26 are arranged in the order of I, II, III, and I from the innermost to the outermost.
Table 1 shows the value of the effective area of each positive electrode and negative electrode as IV. In this example, the total active material amount and the porosity of each electrode were kept constant, and the effective area was changed by changing the basis weight.
【0059】[0059]
【表1】 なお、各活物質の空隙率は、正極、負極共に45%とし
た。[Table 1] The porosity of each active material was 45% for both the positive electrode and the negative electrode.
【0060】実施例5.4つの電池構成体26I,I
I,III,IVの正極及び負極の目付量はそれぞれ2
0.4mg/cm2、10.2mg/cm2の一定とし、
有効面積も100cm2の一定とした。このような正極
及び負極の活物質を、プレスにより以下に示す厚さと
し、その空隙率を調整した。Example 5 Four Battery Structures 26I, I
The basis weight of each of the positive electrodes and negative electrodes of I, III, and IV was 2
0.4mg / cm 2, a constant of 10.2mg / cm 2,
The effective area was also constant at 100 cm 2 . Such positive electrode and negative electrode active materials were pressed to have the following thicknesses, and the porosity was adjusted.
【0061】[0061]
【表2】 電池構成体IVの場合には、空隙率が50%であり、こ
れ以上空隙率を上げると活物質間の接触抵抗が増大し膜
厚増加と共に抵抗が増加するので、この厚みが限界と考
えられる。この電池構成体IVの膜厚以下では、膜厚の
減少と共に空隙率が減少し、活物質間の電解質量が減少
してイオン伝導度が低くなり、抵抗が高くなる。すなわ
ち、活物質のプレス圧を高くするほど抵抗が高くなる。[Table 2] In the case of the battery component IV, the porosity is 50%. If the porosity is further increased, the contact resistance between the active materials increases, and the resistance increases with an increase in film thickness. . Below the thickness of the battery component IV, the porosity decreases as the thickness decreases, the mass of the electrolyte between the active materials decreases, the ionic conductivity decreases, and the resistance increases. That is, the resistance increases as the pressing pressure of the active material increases.
【0062】以上の2つの実施例に対して、4つの電池
構成体I,II,III,IVとも全て正極目付量を2
0.4mg/cm2、負極目付量を10.2mg/c
m2、空隙率45%としたものを作成して、上記2つの
実施例と共に評価した。In contrast to the above two embodiments, all of the four battery components I, II, III, and IV had a positive electrode basis weight of 2
0.4 mg / cm 2 , the basis weight of the negative electrode is 10.2 mg / c
A sample having m 2 and a porosity of 45% was prepared and evaluated together with the above two examples.
【0063】以上のようにして得たバイポーラ型リチウ
ムイオン2次電池を、12−17Vの電圧で1Cの定電
流充放電をさせたところ、100サイクル後の容量維持
率は、実施例4が90%、実施例5が91%、比較例が
87%であった。このため、実施例4及び実施例5のよ
うに、内側の電池構成体ほど内部抵抗を高くすることに
より、サイクル特性を向上させることができた。When the bipolar lithium ion secondary battery obtained as described above was charged and discharged at a constant current of 1 C at a voltage of 12 to 17 V, the capacity retention after 100 cycles was 90% in Example 4. %, Example 5 was 91%, and Comparative Example was 87%. For this reason, as in Example 4 and Example 5, the cycle characteristics were able to be improved by increasing the internal resistance as the inner battery structure was increased.
【0064】[0064]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電池構成体を捲回してバイポーラ型リチウムイオン2次
電池としているので、コンパクトで容量の大きな電池を
得ることができる。As described above, according to the present invention,
Since the battery structure is wound to form a bipolar lithium ion secondary battery, a compact and large capacity battery can be obtained.
【0065】また、内側の電池構成体と外側の電池構成
体との電気的接続を集電体同士を直接つなぐことにより
行うので、接触抵抗を小さくすることができる。Further, since the electrical connection between the inner battery structure and the outer battery structure is made by directly connecting the current collectors, the contact resistance can be reduced.
【0066】また、内側の電池構成体の外周を一周以上
集電箔を捲回するので、電解質短絡を防止でき、絶縁性
を向上できるとともに、集電箔のみで短絡を防止するの
で、セパレータあるいは絶縁フィルムを使用する必要が
なく、その分コンパクト化を図ることができる。Further, since the current collector foil is wound around the outer periphery of the inner battery structure one or more times, it is possible to prevent electrolyte short-circuit, improve insulation, and prevent short-circuit only with the current collector foil. It is not necessary to use an insulating film, and the size can be reduced accordingly.
【0067】また、内側の電池構成体の最外周の集電箔
と外側の電池構成体の最内周の集電箔とを直接接触させ
て電気的に接続するので、接触面積が大きくなり、内部
抵抗を低下させることができる。Further, since the outermost current collecting foil of the inner battery structure and the innermost current collecting foil of the outer battery structure are brought into direct contact with each other and electrically connected, the contact area is increased. Internal resistance can be reduced.
【0068】また、内側に位置する電池構成体ほど内部
抵抗を高くするので、使用時にはすべての電池構成体の
内部抵抗がほぼ等しくなり、各電池構成体にかかる電圧
をほぼ等しくできるので、電池の劣化を抑制することが
できる。Further, since the internal resistance of the battery components located on the inner side becomes higher, the internal resistances of all the battery components become substantially equal during use, and the voltages applied to the respective battery components can be made substantially equal. Deterioration can be suppressed.
【図1】 本発明に係るバイポーラ型リチウムイオン2
次電池の実施形態1に使用される電池構成体の断面図で
ある。FIG. 1 shows a bipolar lithium ion 2 according to the present invention.
It is sectional drawing of the battery structure used for Embodiment 1 of a next battery.
【図2】 図1に示された電池構成体を捲回した場合の
説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a case where the battery structure shown in FIG. 1 is wound.
【図3】 実施形態1に使用される電池構成体の変形例
を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modification of the battery structure used in the first embodiment.
【図4】 実施形態1に係るバイポーラ型リチウムイオ
ン2次電池の構成の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a configuration of a bipolar lithium ion secondary battery according to Embodiment 1.
【図5】 図4に示されたバイポーラ型リチウムイオン
2次電池のV−V断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of the bipolar type lithium ion secondary battery shown in FIG.
【図6】 本発明に係るバイポーラ型リチウムイオン2
次電池の実施形態2の断面図である。FIG. 6 shows a bipolar lithium ion 2 according to the present invention.
It is sectional drawing of Embodiment 2 of a secondary battery.
【図7】 図6に示されたバイポーラ型リチウムイオン
2次電池を構成する電池構成体の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a battery constituting the bipolar lithium ion secondary battery shown in FIG.
【図8】 図6に示されたバイポーラ型リチウムイオン
2次電池を構成する電池構成体の変形例を示す図であ
る。FIG. 8 is a view showing a modification of the battery structure constituting the bipolar type lithium ion secondary battery shown in FIG.
【図9】 本発明に係るバイポーラ型リチウムイオン2
次電池の実施形態3の断面図である。FIG. 9 shows a bipolar lithium ion 2 according to the present invention.
It is sectional drawing of Embodiment 3 of a next battery.
【図10】 図9に示されたバイポーラ型リチウムイオ
ン2次電池を構成する電池構成体の断面図及び平面図で
ある。10A and 10B are a cross-sectional view and a plan view of a battery constituting the bipolar lithium-ion secondary battery shown in FIG.
【図11】 本発明に係るバイポーラ型リチウムイオン
2次電池の実施形態4の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a bipolar lithium-ion secondary battery according to Embodiment 4 of the present invention.
【図12】 図11に示されたバイポーラ型リチウムイ
オン2次電池を構成する電池構成体の断面図及び平面図
である。12A and 12B are a cross-sectional view and a plan view of a battery constituting the bipolar lithium-ion secondary battery shown in FIG.
【図13】 本発明に係るバイポーラ型リチウムイオン
2次電池の実施形態4の断面図である。FIG. 13 is a sectional view of a bipolar lithium-ion secondary battery according to Embodiment 4 of the present invention.
【図14】 図13に示されたバイポーラ型リチウムイ
オン2次電池を構成する電池構成体の断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view of a battery constituting the bipolar lithium-ion secondary battery shown in FIG.
【図15】 従来におけるバイポーラ型リチウムイオン
2次電池の断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view of a conventional bipolar lithium ion secondary battery.
10 正極集電箔、12 正極活物質、14 負極集電
箔、16 負極活物質、18 セパレータ、20 正極
端子リード、22 負極端子リード、24 絶縁フィル
ム、26 電池構成体、28 絶縁容器、30 直列接
続用リード線、32 接続部、34 接続用集電箔、3
6 絶縁フィルム、38 絶縁部材、100 電池ケー
ス。REFERENCE SIGNS LIST 10 positive electrode current collector foil, 12 positive electrode active material, 14 negative electrode current collector foil, 16 negative electrode active material, 18 separator, 20 positive terminal lead, 22 negative terminal lead, 24 insulating film, 26 battery structure, 28 insulating container, 30 series Connection lead wire, 32 connection part, 34 connection current collector foil, 3
6. Insulating film, 38 insulating member, 100 battery case.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H022 AA09 AA18 AA20 BB03 CC19 CC21 5H028 AA01 AA05 BB05 CC05 CC08 CC12 CC19 HH10 5H029 AJ03 AJ12 AJ14 AK03 AL07 AM00 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ14 BJ17 CJ05 CJ07 CJ22 DJ04 DJ05 DJ07 HJ19 HJ20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5H022 AA09 AA18 AA20 BB03 CC19 CC21 5H028 AA01 AA05 BB05 CC05 CC08 CC12 CC19 HH10 5H029 AJ03 AJ12 AJ14 AK03 AL07 AM00 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ14 BJ17 CJ05 DJ01 DJ07
Claims (5)
状態で捲回される電池構成体が、絶縁体を介して複数個
同心円状に捲回され、内側の電池構成体から外側の電池
構成体に向かって、順次電気的に直列に接続されている
ことを特徴とするバイポーラ型リチウムイオン2次電
池。1. A plurality of battery components wound around a separator between a positive electrode and a negative electrode are concentrically wound with an insulator interposed between the inner battery component and the outer battery. A bipolar lithium-ion secondary battery, which is electrically connected in series toward a structure.
状態で捲回される電池構成体が複数個同心円状に捲回さ
れ、内側の電池構成体から外側の電池構成体に向かっ
て、順次電気的に直列に接続されており、各接続部で
は、内側の電池構成体の正極または負極の集電箔と外側
の電池構成体の負極または正極の集電箔とが接続されて
いることを特徴とするバイポーラ型リチウムイオン2次
電池。2. A plurality of battery components wound in a state in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode are wound concentrically, and from the inner battery component toward the outer battery component, It is electrically connected in series sequentially, and at each connection part, the positive or negative electrode current collector foil of the inner battery structure and the negative or positive electrode current collector foil of the outer battery structure are connected. A bipolar type lithium ion secondary battery characterized by the above-mentioned.
ラ型リチウムイオン2次電池において、前記内側の電池
構成体と外側の電池構成体との接続部を構成する集電箔
が、内側の電池構成体の外周全体を包む構造となってい
ることを特徴とするバイポーラ型リチウムイオン2次電
池。3. A bipolar lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the current collector foil forming a connection portion between the inner battery structure and the outer battery structure includes an inner battery. A bipolar lithium-ion secondary battery having a structure surrounding the entire outer periphery of a structure.
ラ型リチウムイオン2次電池において、前記各電池構成
体の正極及び負極は、集電箔の片面にのみ活物質が積層
されており、各電池構成体の積層端面は正極及び負極の
集電箔であり、前記内側の電池構成体と外側の電池構成
体との接続部は、内側の電池構成体の正極または負極の
集電箔と外側の電池構成体の負極または正極の集電箔と
が電気的に接触していることを特徴とするバイポーラ型
リチウムイオン2次電池。4. The bipolar type lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode and the negative electrode of each of the battery structures have an active material laminated only on one surface of a current collector foil. The laminated end face of the battery structure is a current collector foil of a positive electrode and a negative electrode, and a connection portion between the inner battery structure and the outer battery structure is formed by connecting the positive or negative current collector foil of the inner battery structure to the outer surface. A bipolar lithium ion secondary battery, wherein the negative electrode or the positive electrode current collector foil of the battery structure according to any one of the above, is in electrical contact with the battery.
載のバイポーラ型リチウムイオン2次電池において、前
記内側の電池構成体と外側の電池構成体の電気容量は同
じで、内部抵抗を内側の電池構成体ほど高くしたことを
特徴とするバイポーラ型リチウムイオン2次電池。5. The bipolar type lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the inner battery structure and the outer battery structure have the same electric capacity and have the same internal resistance. A bipolar lithium ion secondary battery, wherein the inner battery structure is made higher.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP20060898A JP3419311B2 (en) | 1998-07-15 | 1998-07-15 | Bipolar lithium-ion secondary battery |
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