JP7655285B2 - Bipolar battery module - Google Patents
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Description
本発明は、バイポーラ型電池モジュールに関する。 The present invention relates to a bipolar battery module.
バイポーラ型電池モジュールは、2又はそれよりも多くの単位セルが直列型で積層されている電池モジュールである。このようなバイポーラ型電池モジュールは、高電圧化、部品点数の低減、単位セル同士の電気抵抗の低減、不要空間の削減による高エネルギー密度化等が比較的容易なことから、注目を集めている。 A bipolar battery module is a battery module in which two or more unit cells are stacked in series. Such bipolar battery modules have attracted attention because it is relatively easy to increase voltage, reduce the number of parts, reduce electrical resistance between unit cells, and increase energy density by eliminating unnecessary space.
バイポーラ型電池モジュールでは、直列型で積層されている2又はそれよりも多くの単位セル同士が、製造又は使用の間にズレるという問題が生じることがある。したがって、このような問題を抑制するために、粘着層を介して単位セル同士を積層させることが知られている。 In bipolar battery modules, a problem may occur in which two or more unit cells stacked in series become misaligned during manufacture or use. To prevent such problems, it is known to stack the unit cells together via an adhesive layer.
これに対して、特許文献1及び2では、貫通孔を有する粘着性樹脂層を介して、単位セル同士を積層させることを提案している。 In response to this, Patent Documents 1 and 2 propose stacking unit cells together via an adhesive resin layer having through-holes.
なお、特許文献3及び4では、物品及び/又は材料の接合又は保持のために、分子間力を用いる接着用シート、具体的には、シート状基材と、このシート状基材に固定された複数のナノファイバーとを有し、ナノファイバーに接触させた被接着物とナノファイバーとの間に作用する分子間力によって、被接着物をナノファイバーの表面に接着保持する接着用シートを提案している。 Patent Documents 3 and 4 propose an adhesive sheet that uses intermolecular forces to bond or hold articles and/or materials, specifically, an adhesive sheet that has a sheet-like substrate and a number of nanofibers fixed to the substrate, and that adheres and holds an adherend to the surface of the nanofibers by intermolecular forces acting between the adherend and the nanofibers that are in contact with the nanofibers.
特許文献1及び2でのように貫通孔を有する粘着性樹脂層を介して単位セル同士を積層させる場合、粘着性樹脂層の厚さによって、貫通孔における単位セル同士の電気的な接触が難しくなることがある。 When unit cells are laminated together via an adhesive resin layer having through holes as in Patent Documents 1 and 2, the thickness of the adhesive resin layer can make it difficult to achieve electrical contact between the unit cells at the through holes.
また、貫通孔を有する粘着性樹脂層を介して単位セル同士を積層させる場合、単位セルの周縁部にまで粘着性樹脂層が配置されるので、製造段階又は市場において、複数の単位セルのうちの性能不良があった一部の単位セルのみを交換する場合に、単位セルにダメージを与えることなく単位セルを剥離することが困難となる場合がある。特に、電極面積の大きい単位セルでは剥離の際に折れ曲がるなど変形しやすく、したがった単位セルにダメージが加わりやすい。 In addition, when unit cells are stacked together via an adhesive resin layer having through holes, the adhesive resin layer is disposed even on the periphery of the unit cells. Therefore, when replacing only some of the unit cells that have poor performance during the manufacturing stage or in the market, it may be difficult to peel off the unit cells without damaging them. In particular, unit cells with large electrode areas are prone to deformation, such as bending, when peeled off, and therefore the unit cells are prone to damage.
したがって、本発明では、上記の問題を解消しているバイポーラ型電池モジュールを提供する。 Therefore, the present invention provides a bipolar battery module that solves the above problems.
本発明者らは、鋭意検討の結果、以下の手段により上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、下記のとおりである。 After extensive research, the inventors discovered that the above problems could be solved by the following means, and completed the present invention. That is, the present invention is as follows.
〈態様1〉
2又はそれよりも多くの単位セルが直列型で積層されているバイポーラ型電池モジュールであって、
前記単位セルが、正極層、電解質層、負極層の積層体であり、かつ
前記単位セルが、面方向において、周縁領域、及び前記周縁領域以外の領域である中央領域を有し、
下記の(i)及び(ii)のいずれか一方を満たす:
(i)2又はそれよりも多くの前記単位セルのうちの前記第1の単位セルの負極層と、2又はそれよりも多くの前記単位セルのうちの前記第2の単位セルの正極層とが、前記中央領域において、第1の接着層を介して互いに接合されており、かつ前記周縁領域において、互いに電気的に接触していること、及び
(ii)前記第1の単位セルの負極層と前記第2の単位セルの正極層との間に、導電部材層が配置されており、前記第1の単位セルの負極層と前記導電部材層とが、前記中央領域において、第2の接着層を介して互いに接合されており、かつ前記周縁領域において、互いに電気的に接触しており、また、前記導電部材層と前記第2の単位セルの正極層とが、前記中央領域において、第3の接着層を介して互いに接合されており、かつ前記周縁領域において、互いに電気的に接触していること、
バイポーラ型電池モジュール。
〈態様2〉
前記(i)を満たす、態様1に記載のバイポーラ型電池モジュール。
〈態様3〉
前記(ii)を満たす、態様1に記載のバイポーラ型電池モジュール。
〈態様4〉
前記(ii)を満たし、
前記導電部材層が、前記周縁領域と接触する厚肉部を有し、かつ
前記導電部材層が、冷媒が流通する冷媒流路を有する導電性冷却部材層である、
態様3に記載のバイポーラ型電池モジュール。
〈態様5〉
前記接着層が、シート状基材と、前記シート状基材に固定された複数のナノファイバーとを有し、前記ナノファイバーに接触させた被接着物と前記ナノファイバーとの間に作用する分子間力によって、前記被接着物を前記ナノファイバーの表面に接着保持する接着用シートである、態様1~4のいずれか一項に記載のバイポーラ型電池モジュール。
<Aspect 1>
A bipolar battery module in which two or more unit cells are stacked in series,
the unit cell is a laminate of a positive electrode layer, an electrolyte layer, and a negative electrode layer, and the unit cell has, in a planar direction, a peripheral region and a central region that is a region other than the peripheral region,
Either one of the following (i) or (ii) is satisfied:
(i) an anode layer of a first unit cell among the two or more unit cells and a cathode layer of a second unit cell among the two or more unit cells are bonded to each other in the central region via a first adhesive layer and are in electrical contact with each other in the peripheral region; and (ii) a conductive material layer is disposed between the anode layer of the first unit cell and the cathode layer of the second unit cell, the anode layer of the first unit cell and the conductive material layer are bonded to each other in the central region via a second adhesive layer and are in electrical contact with each other in the peripheral region, and the conductive material layer and the cathode layer of the second unit cell are bonded to each other in the central region via a third adhesive layer and are in electrical contact with each other in the peripheral region.
Bipolar battery module.
<Aspect 2>
The bipolar battery module according to aspect 1, which satisfies (i).
Aspect 3
The bipolar battery module according to claim 1, which satisfies (ii).
<Aspect 4>
Satisfies the above (ii),
the conductive member layer has a thick portion in contact with the peripheral region, and the conductive member layer is a conductive cooling member layer having a coolant flow path through which a coolant flows.
A bipolar battery module according to aspect 3.
<Aspect 5>
A bipolar battery module according to any one of Aspects 1 to 4, wherein the adhesive layer is an adhesive sheet having a sheet-like substrate and a plurality of nanofibers fixed to the sheet-like substrate, and adhesively holds the adherend in contact with the nanofibers on a surface of the nanofibers by intermolecular forces acting between the adherend and the nanofibers.
本発明のバイポーラ型電池モジュールによれば、中央領域の接着層によって、単位セル間のズレを抑制しつつ、周縁領域における単位セルのダレ(すなわち歪み又は変形)を利用して、単位セル間の電気的な接触を改善することができる。また、本発明のバイポーラ型電池モジュールによれば、接着層が全面又は周縁領域にではなく、中央領域にのみ提供されていることによって、複数の単位セルのうちの一部の単位セルのみを交換する場合に、単位セルにダメージを与えることなく接着層を剥離することが比較的容易になる。 According to the bipolar battery module of the present invention, the adhesive layer in the central region suppresses misalignment between the unit cells, while the sagging (i.e., distortion or deformation) of the unit cells in the peripheral region can be utilized to improve electrical contact between the unit cells. In addition, according to the bipolar battery module of the present invention, the adhesive layer is provided only in the central region, rather than on the entire surface or the peripheral region, so that when replacing only some of the unit cells among a plurality of unit cells, it is relatively easy to peel off the adhesive layer without damaging the unit cells.
本発明のバイポーラ型電池モジュールは、2又はそれよりも多くの単位セルが直列型で積層されているバイポーラ型電池モジュールである。この単位セルは、正極層、電解質層、及び負極層の積層体であり、かつ面方向において、周縁領域、及び周縁領域以外の領域である中央領域を有する。ここで、「面方向」は、単位セルの正極層、電解質層、及び負極層の積層方向に垂直な方向、すなわち単位セルの各層が広がる方向を意味している。 The bipolar battery module of the present invention is a bipolar battery module in which two or more unit cells are stacked in series. This unit cell is a laminate of a positive electrode layer, an electrolyte layer, and a negative electrode layer, and has a peripheral region and a central region other than the peripheral region in the planar direction. Here, the "planar direction" means the direction perpendicular to the stacking direction of the positive electrode layer, electrolyte layer, and negative electrode layer of the unit cell, i.e., the direction in which each layer of the unit cell extends.
また、本発明のバイポーラ型電池モジュールは、下記の(i)及び(ii)のいずれか一方を満たす:
(i)2又はそれよりも多くの単位セルのうちの第1の単位セルの負極層と、2又はそれよりも多くの単位セルのうちの第2の単位セルの正極層とが、中央領域において、第1の接着層を介して互いに接合されており、かつ周縁領域において、互いに電気的に接触していること、及び
(ii)第1の単位セルの負極層と第2の単位セルの正極層との間に、導電部材層が配置されており、第1の単位セルの負極層と導電部材層とが、中央領域において、第2の接着層を介して互いに接合されており、かつ周縁領域において、互いに電気的に接触しており、また、導電部材層と第2の単位セルの正極層とが、中央領域において、第3の接着層を介して互いに接合されており、かつ周縁領域において、互いに電気的に接触していること。
In addition, the bipolar battery module of the present invention satisfies either one of the following (i) and (ii):
(i) an anode layer of a first unit cell among the two or more unit cells and a cathode layer of a second unit cell among the two or more unit cells are bonded to each other in a central region via a first adhesive layer and are in electrical contact with each other in a peripheral region; and (ii) a conductive member layer is disposed between the anode layer of the first unit cell and the cathode layer of the second unit cell, the anode layer and the conductive member layer of the first unit cell are bonded to each other in the central region via a second adhesive layer and are in electrical contact with each other in the peripheral region, and the conductive member layer and the cathode layer of the second unit cell are bonded to each other in the central region via a third adhesive layer and are in electrical contact with each other in the peripheral region.
単位セルにおいて、周縁領域は、面方向において、単位セルの周縁端部から少なくとも3cm、少なくとも5cm、少なくとも7cm、なくとも10cm、少なくとも15cm、少なくとも20cm、又は少なくとも25cmの領域であってよい。また、単位セルにおいて、中央領域は、周縁領域以外の領域を意味しており、例えば面方向において、単位セルの面積の1%以上、1%以上、3%以上、5%以上、10%以上、15%以上、20%以上、25%以上、30%以上、35%以上、40%以上、45%以上、又は50%以上であってよく、また80%以下、75%以下、70%以下、65%以下、60%以下、55%以下、50%以下、45%以下、40%以下、35%以下、30%以下、25%以下、20%以下、15%以下、又は10%以下であってよい。 In the unit cell, the peripheral region may be at least 3 cm, at least 5 cm, at least 7 cm, at least 10 cm, at least 15 cm, at least 20 cm, or at least 25 cm from the peripheral edge of the unit cell in the planar direction. In addition, in the unit cell, the central region means a region other than the peripheral region, and may be, for example, 1% or more, 1% or more, 3% or more, 5% or more, 10% or more, 15% or more, 20% or more, 25% or more, 30% or more, 35% or more, 40% or more, 45% or more, or 50% or more of the area of the unit cell in the planar direction, or 80% or less, 75% or less, 70% or less, 65% or less, 60% or less, 55% or less, 50% or less, 45% or less, 40% or less, 35% or less, 30% or less, 25% or less, 20% or less, 15% or less, or 10% or less.
隣り合う単位セル間の接着又は隣り合う単位セルと導電部材層との間の接着を促進するためには、接着層が提供される中央領域は、比較的大きいことが好ましい。また、他方で、隣り合う単位セル間の電気的な接触又は隣り合う単位セルと導電部材層との間の電気的な接触、及び複数の単位セルのうちの一部の単位セルのみを交換するための接着層の剥離を促進するためには、接着層が提供されている中央領域は、比較的小さいことが好ましい。 In order to promote adhesion between adjacent unit cells or between adjacent unit cells and the conductive member layer, it is preferable that the central area where the adhesive layer is provided is relatively large. On the other hand, in order to promote electrical contact between adjacent unit cells or between adjacent unit cells and the conductive member layer, and peeling of the adhesive layer for replacing only some of the unit cells among the multiple unit cells, it is preferable that the central area where the adhesive layer is provided is relatively small.
(接着層)
本発明のバイポーラ型電池モジュールにおいて用いられる接着層としては、隣り合う単位セルの間又は隣り合う単位セルと導電部材層の間を接着できる任意の接着層であってよい。したがって、この接着層は、導電性の接着層であっても、絶縁性の接着層であってもよい。ただし、本発明のバイポーラ型電池モジュールによれば、絶縁性の接着層を用いた場合であっても、隣り合う単位セル間又は隣り合う単位セルと導電部材層の間の電気的な接触を促進することができる。
(Adhesive Layer)
The adhesive layer used in the bipolar battery module of the present invention may be any adhesive layer capable of bonding adjacent unit cells or adjacent unit cells and a conductive material layer. Therefore, the adhesive layer may be a conductive adhesive layer or an insulating adhesive layer. However, according to the bipolar battery module of the present invention, even when an insulating adhesive layer is used, electrical contact between adjacent unit cells or between adjacent unit cells and a conductive material layer can be promoted.
接着層の平均厚みは、隣り合う単位セル間の電気的な接触又は隣り合う単位セルと導電部材層との間の電気的な接触を周縁領域において効果的におこなう観点から、1mm以下、800μm以下、600μm以下、400μm以下、200μm以下、100μm以下、50μm以下、30μm以下、15μm以下、10μm以下、8μm以下、又は5μm以下であってよい。また接着層の平均厚みは、接着層の取扱い性や、隣り合う単位セル間の接着又は隣り合う単位セルと導電部材層との間の接着を効果的に行う観点から、0.5μm以上、1μm以上、3μm以上、5μm以上、10μm以上、50μm以上、100μm以上、300μm以上、又は500μm以上であってよい。 The average thickness of the adhesive layer may be 1 mm or less, 800 μm or less, 600 μm or less, 400 μm or less, 200 μm or less, 100 μm or less, 50 μm or less, 30 μm or less, 15 μm or less, 10 μm or less, 8 μm or less, or 5 μm or less, from the viewpoint of effective electrical contact between adjacent unit cells or between adjacent unit cells and the conductive material layer in the peripheral region. The average thickness of the adhesive layer may be 0.5 μm or more, 1 μm or more, 3 μm or more, 5 μm or more, 10 μm or more, 50 μm or more, 100 μm or more, 300 μm or more, or 500 μm or more, from the viewpoint of the ease of handling the adhesive layer and effective adhesion between adjacent unit cells or between adjacent unit cells and the conductive material layer.
具体的には、絶縁性の接着層としては、接着性樹脂層をあげることができる。このような接着性樹脂層のための接着性樹脂としては接着性又は粘着性を示す任意の樹脂を用いることができる。具体的には、このような接着性樹脂としては、アクリル系熱可塑性樹脂、メタクリル系熱可塑性樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリビニルエーテル、ゴム等が挙げられる。 Specifically, an example of an insulating adhesive layer is an adhesive resin layer. Any resin that exhibits adhesiveness or tackiness can be used as the adhesive resin for such an adhesive resin layer. Specifically, such adhesive resins include acrylic thermoplastic resins, methacrylic thermoplastic resins, silicone resins, urethane resins, polyvinyl ether, rubber, etc.
また、接着層は、平均厚み小さくしつつ、取扱い性を向上させる観点から、シート状基材と、シート状基材の片面又は両面に設けられた接着性樹脂とを備えた構成であってよい。この場合のシート状基材は、フィルム、織布、不織布、メッシュクロス、多孔性膜、エキスパンドシート、パンチングシート等であってよい。このシート状基材を構成する材料は、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の樹脂材料;麻、木材パルプ、コットンリンター等の天然繊維等であってよい。 In order to reduce the average thickness while improving the ease of handling, the adhesive layer may be configured to include a sheet-like substrate and an adhesive resin provided on one or both sides of the substrate. In this case, the substrate may be a film, a woven fabric, a nonwoven fabric, a mesh cloth, a porous membrane, an expanded sheet, a punched sheet, or the like. The material constituting the substrate may be a resin material such as nylon or polyethylene terephthalate (PET); or a natural fiber such as hemp, wood pulp, or cotton linter.
導電性の接着層としては、上記の絶縁性の接着層、例えば接着性樹脂層中に、導電性粒子を分散させた接着層を挙げることができる。ここで用いることができる導電性粒子としては、導電性を有する微粒子であれば特に限定はされないが、例えば、金、銀、白金、亜鉛、ステンレス、ニッケル、銅、コバルト、モリブデン、アンチモン、鉄、クロム等の金属粒子;アルミニウム・マグネシウム合金、アルミニウム・ニッケル合金等の合金粒子、酸化スズ、酸化インジウム等の金属酸化物粒子;ニッケル等の金属粒子に金、銀、白金等の貴金属類を被覆した粒子;ガラス、セラミック、プラスチック等の非導電性粒子に金、銀、白金等の貴金属類を被覆した粒子;天然黒鉛、人造黒鉛等のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類等のカーボン粒子等が挙げられる。 The conductive adhesive layer may be the insulating adhesive layer described above, for example, an adhesive layer in which conductive particles are dispersed in an adhesive resin layer. The conductive particles that can be used here are not particularly limited as long as they are fine particles having conductivity, and examples include metal particles such as gold, silver, platinum, zinc, stainless steel, nickel, copper, cobalt, molybdenum, antimony, iron, and chromium; alloy particles such as aluminum-magnesium alloys and aluminum-nickel alloys, metal oxide particles such as tin oxide and indium oxide; metal particles such as nickel coated with precious metals such as gold, silver, and platinum; non-conductive particles such as glass, ceramic, and plastic coated with precious metals such as gold, silver, and platinum; graphites such as natural graphite and artificial graphite, and carbon particles such as carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black.
ただし、本発明のバイポーラ型電池モジュールでは、接着層が存在しない周縁領域において、隣り合う単位セル間の電気的な接触又は隣り合う単位セルと導電部材層との間の電気的な接触を達成するので、接着層は導電性である必要がない。また、接着層は、接着性に関して、導電性粒子を含有しないことが好ましい。 However, in the bipolar battery module of the present invention, electrical contact between adjacent unit cells or electrical contact between adjacent unit cells and the conductive material layer is achieved in the peripheral region where no adhesive layer is present, so the adhesive layer does not need to be conductive. In addition, in terms of adhesion, it is preferable that the adhesive layer does not contain conductive particles.
なお、接着層としては、分子間力を用いる接着用シート、具体的には、シート状基材と、このシート状基材に固定された複数のナノファイバーとを有し、ナノファイバーに接触させた被接着物とナノファイバーとの間に作用する分子間力によって、被接着物をナノファイバーの表面に接着保持する接着用シートを用いることができる。このような分子間力を用いる接着用シートは、分子間力を接着力として有しているので、水平方向に対して剥がれ難く、垂直方向に対して剥がれ易い性質を有している。したがって、このような分子間力を用いる接着用シートは、シートの面方向に摺動させつつ、被接着物に押しつけることによって、被接着物に接着することができ、またシートの面方向に摺動させることによって、被接着物から脱接着することができる。分子間力を用いる接着用シートの詳細については、特許文献3及び4を参照できる。 As the adhesive layer, an adhesive sheet using intermolecular forces can be used, specifically, an adhesive sheet having a sheet-like substrate and a plurality of nanofibers fixed to the substrate, which adheres and holds the adherend on the surface of the nanofiber by the intermolecular forces acting between the adherend and the nanofibers in contact with the nanofibers. Since such an adhesive sheet using intermolecular forces has an adhesive force of intermolecular forces, it has the property of being difficult to peel off in the horizontal direction and easy to peel off in the vertical direction. Therefore, such an adhesive sheet using intermolecular forces can be adhered to the adherend by sliding it in the surface direction of the sheet and pressing it against the adherend, and can be detached from the adherend by sliding it in the surface direction of the sheet. For details of the adhesive sheet using intermolecular forces, refer to Patent Documents 3 and 4.
したがって、本発明のバイポーラ型電池モジュールの接着層として、このような分子間力を用いる接着用シートを用いることによって、単位セル同士又は単位セルと導電部材層を接着した後で、1又は複数の単位セル又は導電部材層の不良等が発覚した際に、単位セル同士又は単位セルと導電部材層を脱接着して、不良であった単位セル又は導電部材層のみを交換することができる。 Therefore, by using such an adhesive sheet that utilizes intermolecular forces as the adhesive layer of the bipolar battery module of the present invention, when a defect is found in one or more unit cells or conductive material layers after bonding the unit cells together or the unit cells and the conductive material layers, it is possible to detach the unit cells from each other or the unit cells and the conductive material layers and replace only the defective unit cells or conductive material layers.
(その他)
なお、本発明のバイポーラ型電池モジュールは、単位セルを、接着層及び随意の導電部材層と共に積層して製造することができ、バイポーラ型電池モジュールの両端面には、外部との電力の入出力のための外部電極を形成することができる。また、本発明のバイポーラ型電池モジュールは、外装体の内部に収容されたものであってもよい。外装体は、電池の外装体として公知のものをいずれも採用可能である。
(others)
The bipolar battery module of the present invention can be manufactured by stacking unit cells together with an adhesive layer and an optional conductive material layer, and external electrodes for inputting and outputting electric power to and from the outside can be formed on both end surfaces of the bipolar battery module. The bipolar battery module of the present invention may be housed inside an exterior body. Any known exterior body for batteries can be used as the exterior body.
《第1の態様》
本発明のバイポーラ型電池モジュールが、上記の(i)を満たしている第1の態様、すなわち例えば図1(a)で示すように、2又はそれよりも多くの単位セル11、12、13が接着層21a、21b、21c、21dを介して直列型で積層されているバイポーラ型電池モジュール100において、第1の単位セル11の負極層と第2の単位セル12の正極層とが、中央領域91において、第1の接着層21bを介して互いに接合されており、かつ周縁領域81において、互いに電気的に接触している態様では、中央領域91の接着層21aによって、単位セル11、12間のズレを抑制できる。
First Aspect
In the first embodiment of the bipolar battery module of the present invention which satisfies the above-mentioned (i), that is, for example as shown in FIG. 1( a ), in a
また、この場合、周縁領域81において、単位セル11、12間の電気的な接触を行うことができる。ここで、この周縁領域81における電気的な接触51は、図2(a)に示すように、周縁領域81における単位セルのダレを利用して確実に行うことができる。これに対して、図2(d)に示すように、接着層25の中央領域において貫通孔を設け、この貫通孔25を通して、隣り合う単位セル11、12間の電気的な接触を行わせようとする場合、接着層の厚さによって、隣り合う単位セル間の良好な電気的な接触が行えない場合がある。
In this case, electrical contact can be made between the
図3(a)は、図2(a)に示すように、中央領域に接着層21を配置して、隣り合う単位セル12を接合し、かつ中央領域以外の領域である周縁領域において、隣り合う単位セル12を互いに電気的に接触させる場合の上面断面図である。また、図3(b)は、図2(d)に示すように、中央領域に貫通孔を有する接着層25を配置して、隣り合う単位セル12を接合し、かつ中央領域において、隣り合う単位セル12を互いに電気的に接触させる場合の上面断面図である。
Figure 3(a) is a top cross-sectional view of the case where an
《第2の態様》
本発明のバイポーラ型電池モジュールが、上記の(ii)を満たしている第2の態様、すなわち例えば図1(b)で示すように、2又はそれよりも多くの単位セル11、12、13が接着層23a、22b、23b、22c、23c、24dを介して直列型で積層されているバイポーラ型電池モジュール100において、第1の単位セル11の負極層と第2の単位セル12の正極層との間に、導電部材層31aが配置されており、第1の単位セル11の負極層と導電部材層31aとが、中央領域92において、第2の接着層22bを介して互いに接合されており、かつ周縁領域82において、互いに電気的に接触しており、また、導電部材層31aと第2の単位セル12の正極層とが、中央領域92において、第3の接着層23bを介して互いに接合されており、かつ周縁領域82において、互いに電気的に接触している態様では、中央領域92の接着層22b、23bによって、単位セル11、12間のズレを抑制できる。
Second Aspect
In the second embodiment of the bipolar battery module of the present invention, which satisfies the above (ii), that is, for example, as shown in FIG. 1(b), in a
また、この場合、周縁領域82において、単位セル11、12間の電気的な接触を行うことができる。ここで、この周縁領域82における電気的な接触52は、図2(b)に示すように、周縁領域82における単位セルのダレを利用して確実に行うことができる。
In this case, electrical contact can be made between the
また、例えば図2(c)で示すように、この態様において用いられる導電部材層32は、単位セル11、12の周縁領域と接触する厚肉部32aを有することができる。導電部材層がこのような厚肉部を有する場合、単位セルの周縁領域と導電部材層との間の接触53を改良することができる。
Also, as shown in FIG. 2(c), for example, the
この厚肉部は、接着層が配置されている単位セルの中央領域に接する位置における導電部材層よりも厚い部分である。この厚肉部の厚さは、接着層が配置されている単位セルの中央領域に接する位置における導電部材層の厚さと比較して、追加の厚さを有する部分であってよい。この追加の厚さは、接着層の厚さを補償する厚さであってよい。したがって、この追加の厚さは、接着層の平均厚さの30%以上、40%以上、60%以上、80%以上、100%以上、120%以上、140%以上、又は160%以上であってよく、また、接着層の平均厚さの200%以下、180%以下、160%以下、140%以下、120%以下、100%以下、80%以下、又は60%以下であってよい。 This thick portion is a portion thicker than the conductive member layer at a position where the adhesive layer is disposed in contact with the central region of the unit cell. The thickness of this thick portion may be a portion having an additional thickness compared to the thickness of the conductive member layer at a position where the adhesive layer is disposed in contact with the central region of the unit cell. This additional thickness may be a thickness that compensates for the thickness of the adhesive layer. Therefore, this additional thickness may be 30% or more, 40% or more, 60% or more, 80% or more, 100% or more, 120% or more, 140% or more, or 160% or more of the average thickness of the adhesive layer, and may be 200% or less, 180% or less, 160% or less, 140% or less, 120% or less, 100% or less, 80% or less, or 60% or less of the average thickness of the adhesive layer.
例えば、この態様において用いられる導電部材層は、冷媒が流通する冷媒流路を有する導電性冷却部材層であってよい。この場合の導電性冷却部材層は、ステンレス、アルミニウム等の金属、又はカーボンで作ることができ、それによって単位セルの冷却を行いつつ、単位セル間の電気的接触を達成することができる。また、冷媒としては、空気、水、シリコーンオイル等を挙げることができる。 For example, the conductive member layer used in this embodiment may be a conductive cooling member layer having a refrigerant flow path through which a refrigerant flows. In this case, the conductive cooling member layer can be made of metals such as stainless steel or aluminum, or carbon, thereby achieving electrical contact between the unit cells while cooling the unit cells. Examples of the refrigerant include air, water, and silicone oil.
《単位セル》
本発明に関して、単位セルは、例えば図4に示すように、正極層10x、電解質層10c、及び負極層10yの積層体からなる単位セル10である。ここで、正極層10xは、正極集電体層10a及び正極活物質層10bから構成されていてよく、また負極層10yは、負極活物質層10d及び負極集電体層10eから構成されていてよい。また、この単位セル10は、面方向において、周縁領域80、及び周縁領域80以外の領域である中央領域90を有する。
"Unit Cell"
In the present invention, the unit cell is, for example, a
以下では、この単位セルの各構成について、この単位セルがリチウム二次電池の場合について例示の態様を挙げるが、本発明のバイポーラ型電池モジュールで用いられる単位セルは、これらの態様に限定されるものではない。したがって、本発明のバイポーラ型電池モジュールで用いられる単位セルは、リチウム二次電池に限定されず、亜鉛二次電池等であってもよい。 Below, we will give examples of each configuration of the unit cell when the unit cell is a lithium secondary battery, but the unit cells used in the bipolar battery module of the present invention are not limited to these configurations. Therefore, the unit cells used in the bipolar battery module of the present invention are not limited to lithium secondary batteries, and may be zinc secondary batteries, etc.
〈正極層〉
正極層は少なくとも正極活物質を含む。単位セルの充電時には、リチウムイオンが、正極活物質から電解質層を介して負極層へと移動する。また、電池の放電時には、負極層のリチウムがイオン化して、正極活物質へと戻される。正極層の形態は、単位セルの正極層として公知の形態のいずれであってもよい。例えば、正極層は、正極集電体層と正極活物質層とを備えるものであってもよい。
<Positive electrode layer>
The positive electrode layer includes at least a positive electrode active material. When the unit cell is charged, lithium ions move from the positive electrode active material to the negative electrode layer through the electrolyte layer. When the battery is discharged, the lithium in the negative electrode layer is ionized and returned to the positive electrode active material. The positive electrode layer may have any of the known forms for the positive electrode layer of the unit cell. For example, the positive electrode layer may include a positive electrode current collector layer and a positive electrode active material layer.
(正極集電体層)
正極集電体層は、二次電池の正極集電体層として一般的なものをいずれも採用可能である。正極集電体層は、金属箔又は金属メッシュであってもよい。特に、金属箔が取扱い性等に優れる。正極集電体層は、複数枚の金属箔からなっていてもよい。正極集電体層を構成する金属としては、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Ag、Al、Fe、Ti、Zn、Co、ステンレス鋼等が挙げられる。正極集電体層の厚みは特に限定されるものではなく、例えば、0.1μm以上又は1μm以上であってもよく、1mm以下又は100μm以下であってもよい。
(Positive electrode current collector layer)
The positive electrode collector layer may be any of those commonly used as a positive electrode collector layer for a secondary battery. The positive electrode collector layer may be a metal foil or a metal mesh. In particular, metal foil is excellent in terms of ease of handling. The positive electrode collector layer may be made of a plurality of metal foils. Examples of metals constituting the positive electrode collector layer include Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Ag, Al, Fe, Ti, Zn, Co, and stainless steel. The thickness of the positive electrode collector layer is not particularly limited, and may be, for example, 0.1 μm or more or 1 μm or more, and may be 1 mm or less or 100 μm or less.
(正極活物質層)
正極活物質層は、正極活物質を含み、さらに任意に、電解質、導電助剤、バインダー等を含んでいてもよい。さらに、正極活物質層はその他に各種の添加剤を含んでいてもよい。正極活物質層における正極活物質、電解質、導電助剤及びバインダー等の各々の含有量は、目的とする電池性能に応じて適宜決定されればよい。例えば、正極活物質層の全体(固形分全体)を100質量%として、正極活物質の含有量が40質量%以上、50質量%以上又は60質量%以上であってもよく、100質量%未満又は90質量%以下であってもよい。正極活物質層の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、略平面を有するシート状であってもよい。
(Positive Electrode Active Material Layer)
The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material, and may further include an electrolyte, a conductive assistant, a binder, etc., as desired. Furthermore, the positive electrode active material layer may include various other additives. The contents of the positive electrode active material, electrolyte, conductive assistant, binder, etc. in the positive electrode active material layer may be appropriately determined according to the intended battery performance. For example, the total (total solid content) of the positive electrode active material layer may be 100 mass%, and the content of the positive electrode active material may be 40 mass% or more, 50 mass% or more, or 60 mass% or more, or may be less than 100 mass% or 90 mass% or less. The shape of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and may be, for example, a sheet having a substantially flat surface.
正極活物質層の厚みは、特に限定されるものではなく、例えば、0.1μm以上、1μm以上、10μm以上又は30μm以上であってもよく、2mm以下、1mm以下、500μm以下又は100μm以下であってもよい。 The thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and may be, for example, 0.1 μm or more, 1 μm or more, 10 μm or more, or 30 μm or more, and may be 2 mm or less, 1 mm or less, 500 μm or less, or 100 μm or less.
正極活物質は、二次電池の正極活物質として公知のものであってよく、充電時に負極側にリチウムを供給可能なものであればよい。例えば、正極活物質としてコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、マンガン酸リチウム、スピネル系リチウム化合物等の各種のリチウム含有複合酸化物を用いることができる。正極活物質は1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。正極活物質は、例えば、粒子状であってもよく、その大きさは特に限定されるものではない。正極活物質の粒子は、中実の粒子であってもよく、中空の粒子であってもよい。正極活物質の粒子は、一次粒子であってもよいし、複数の一次粒子が凝集した二次粒子であってもよい。正極活物質の粒子の平均粒子径は、例えば1nm以上、5nm以上、又は10nm以上であってもよく、また500μm以下、100μm以下、50μm以下、又は30μm以下であってもよい。 The positive electrode active material may be a known positive electrode active material for a secondary battery, and may be any material capable of supplying lithium to the negative electrode side during charging. For example, various lithium-containing composite oxides such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , lithium manganate, and spinel-based lithium compounds can be used as the positive electrode active material. Only one type of positive electrode active material may be used alone, or two or more types may be used in combination. The positive electrode active material may be, for example, particulate, and the size is not particularly limited. The particles of the positive electrode active material may be solid particles or hollow particles. The particles of the positive electrode active material may be primary particles, or may be secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated. The average particle size of the particles of the positive electrode active material may be, for example, 1 nm or more, 5 nm or more, or 10 nm or more, and may be 500 μm or less, 100 μm or less, 50 μm or less, or 30 μm or less.
正極活物質層に含まれ得る電解質は、固体電解質であってもよく、液体電解質(電解液)であってもよく、これらの組み合わせであってもよい。 The electrolyte that can be contained in the positive electrode active material layer may be a solid electrolyte, a liquid electrolyte (electrolytic solution), or a combination of these.
固体電解質は、二次電池の固体電解質として公知のものを用いればよい。固体電解質は無機固体電解質であっても、有機ポリマー電解質であってもよい。特に、無機固体電解質は、イオン伝導性及び耐熱性に優れる。 The solid electrolyte may be any known solid electrolyte for secondary batteries. The solid electrolyte may be an inorganic solid electrolyte or an organic polymer electrolyte. In particular, inorganic solid electrolytes have excellent ionic conductivity and heat resistance.
無機固体電解質としては、例えば、ランタンジルコン酸リチウム、LiPON、Li1+XAlXGe2-X(PO4)3、Li-SiO系ガラス、Li-Al-S-O系ガラス等の酸化物固体電解質;Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、LiI-Li2S-SiS2、LiI-Si2S-P2S5、Li2S-P2S5-LiI-LiBr、LiI-Li2S-P2S5、LiI-Li2S-P2O5、LiI-Li3PO4-P2S5、Li2S-P2S5-GeS2等の硫化物固体電解質を例示することができる。特に、硫化物固体電解質、中でも構成元素として少なくともLi、S及びPを含む硫化物固体電解質の性能が高い。固体電解質は、非晶質であってもよいし、結晶であってもよい。固体電解質は例えば粒子状であってもよい。固体電解質は1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。 Examples of inorganic solid electrolytes include oxide solid electrolytes such as lithium lanthanum zirconate, LiPON, Li 1+X Al X Ge 2-X (PO 4 ) 3 , Li-SiO-based glass, and Li-Al-S-O-based glass; Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Si 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 -LiI-LiBr, LiI-Li 2 S-P 2 S 5 , LiI-Li 2 S-P 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , and Li 2 S-P 2 S 5 -GeS. Examples of the sulfide solid electrolyte include sulfide solid electrolytes such as sulfide solid electrolyte 2. In particular, the performance of the sulfide solid electrolyte, particularly the sulfide solid electrolyte containing at least Li, S, and P as constituent elements, is high. The solid electrolyte may be amorphous or crystalline. The solid electrolyte may be, for example, particulate. Only one type of solid electrolyte may be used alone, or two or more types may be used in combination.
電解液は、例えば、キャリアイオンとしてのリチウムイオンを含み得る。電解液は、例えば、非水系電解液であってもよい。例えば、電解液として、カーボネート系溶媒にリチウム塩を所定濃度で溶解させたものを用いることができる。カーボネート系溶媒としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)等が挙げられる。リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸塩等が挙げられる。 The electrolyte may contain, for example, lithium ions as carrier ions. The electrolyte may be, for example, a non-aqueous electrolyte. For example, an electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in a carbonate-based solvent at a predetermined concentration may be used. Examples of carbonate-based solvents include fluoroethylene carbonate (FEC), ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC). Examples of lithium salts include hexafluorophosphate.
正極活物質層に含まれ得る導電助剤としては、例えば、気相法炭素繊維(VGCF)やアセチレンブラック(AB)やケッチェンブラック(KB)やカーボンナノチューブ(CNT)やカーボンナノファイバー(CNF)等の炭素材料;ニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料が挙げられる。導電助剤は、例えば、粒子状又は繊維状であってもよく、その大きさは特に限定されるものではない。導電助剤は1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。 Examples of conductive assistants that may be included in the positive electrode active material layer include carbon materials such as vapor grown carbon fiber (VGCF), acetylene black (AB), ketjen black (KB), carbon nanotubes (CNT), and carbon nanofibers (CNF); and metal materials such as nickel, aluminum, and stainless steel. The conductive assistant may be, for example, particulate or fibrous, and its size is not particularly limited. Only one type of conductive assistant may be used alone, or two or more types may be used in combination.
正極活物質層に含まれ得るバインダーとしては、例えば、ブタジエンゴム(BR)系バインダー、ブチレンゴム(IIR)系バインダー、アクリレートブタジエンゴム(ABR)系バインダー、スチレンブタジエンゴム(SBR)系バインダー、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)系バインダー、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)系バインダー、ポリイミド(PI)系バインダー、ポリアクリル酸系バインダー等が挙げられる。バインダーは1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。 Examples of binders that may be included in the positive electrode active material layer include butadiene rubber (BR)-based binders, butylene rubber (IIR)-based binders, acrylate butadiene rubber (ABR)-based binders, styrene butadiene rubber (SBR)-based binders, polyvinylidene fluoride (PVdF)-based binders, polytetrafluoroethylene (PTFE)-based binders, polyimide (PI)-based binders, polyacrylic acid-based binders, and the like. Only one type of binder may be used alone, or two or more types may be used in combination.
(その他)
正極層は、上記構成に加えて、二次電池の正極として一般的な構成、例えば、タブや端子等を備えていてもよい。正極層は、公知の方法を応用することにより製造することができる。例えば、上記の各種成分を含む正極合剤を乾式又は湿式にて成形すること等によって正極活物質層を容易に形成可能である。正極活物質層は、正極集電体層とともに成形されてもよいし、正極集電体層とは別に成形されてもよい。
(others)
In addition to the above configuration, the positive electrode layer may have a general configuration as a positive electrode of a secondary battery, such as a tab or a terminal. The positive electrode layer can be manufactured by applying a known method. For example, the positive electrode active material layer can be easily formed by forming a positive electrode mixture containing the above various components in a dry or wet manner. The positive electrode active material layer may be formed together with the positive electrode current collector layer, or may be formed separately from the positive electrode current collector layer.
〈電解質層〉
電解質層は少なくとも電解質を含む。電解質層は、固体電解質を含んでいてもよく、さらに任意にバインダー等を含んでいてもよい。この場合、電解質層における固体電解質とバインダー等との含有量は特に限定されない。また、電解質層は、各種の添加剤を含むものであってもよい。また、電解質層は、固体電解質とともに液体成分を含むものであってもよい。或いは、電解質層は、電解液を含むものであってもよく、さらに、この電解液を保持するとともに、正極と負極との接触を防止するためのセパレータ等を有していてもよい。電解質層の厚みは特に限定されるものではなく、例えば、0.1μm以上又は1μm以上であってもよく、2mm以下又は1mm以下であってもよい。
<Electrolyte layer>
The electrolyte layer includes at least an electrolyte. The electrolyte layer may include a solid electrolyte, and may further include a binder or the like. In this case, the content of the solid electrolyte and the binder or the like in the electrolyte layer is not particularly limited. The electrolyte layer may also include various additives. The electrolyte layer may also include a liquid component together with the solid electrolyte. Alternatively, the electrolyte layer may include an electrolytic solution, and may further include a separator or the like for holding the electrolytic solution and preventing contact between the positive electrode and the negative electrode. The thickness of the electrolyte layer is not particularly limited, and may be, for example, 0.1 μm or more or 1 μm or more, and may be 2 mm or less or 1 mm or less.
電解質層に含まれる電解質としては、上述の正極活物質層に含まれ得る電解質として例示されたものの中から適宜選択されればよい。電解質層に含まれ得るバインダーについても、上述の正極活物質層に含まれ得るバインダーとして例示したものの中から適宜選択されればよい。電解質やバインダーは、各々、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。電解質層は、例えば、上述の電解質及びバインダー等を含む電解質合剤を乾式又は湿式にて成形すること等によって容易に形成可能である。 The electrolyte contained in the electrolyte layer may be appropriately selected from those exemplified as electrolytes that may be contained in the positive electrode active material layer described above. The binder that may be contained in the electrolyte layer may also be appropriately selected from those exemplified as binders that may be contained in the positive electrode active material layer described above. Only one type of electrolyte or binder may be used alone, or two or more types may be used in combination. The electrolyte layer can be easily formed, for example, by dry or wet molding an electrolyte mixture containing the above-mentioned electrolyte and binder.
一方で、電解質層が電解液やセパレータを有するものである場合、セパレータは、二次電池において通常用いられるセパレータであればよい。セパレータは、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル及びポリアミド等の樹脂からなるものであってもよい。セパレータは、単層構造であってもよく、複層構造であってもよい。複層構造のセパレータとしては、例えばPE/PPの2層構造のセパレータ、又は、PP/PE/PP若しくはPE/PP/PEの3層構造のセパレータ等を挙げることができる。セパレータは、セルロース不織布、樹脂不織布、ガラス繊維不織布といった不織布からなるものであってもよい。 On the other hand, when the electrolyte layer has an electrolyte solution and a separator, the separator may be a separator that is normally used in secondary batteries. The separator may be made of a resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, or polyamide. The separator may have a single layer structure or a multi-layer structure. Examples of separators with a multi-layer structure include a separator with a two-layer structure of PE/PP, or a separator with a three-layer structure of PP/PE/PP or PE/PP/PE. The separator may be made of a nonwoven fabric such as a cellulose nonwoven fabric, a resin nonwoven fabric, or a glass fiber nonwoven fabric.
〈負極層〉
負極層は、負極集電体層のみ、又は負極活物質層と負極集電体層を備えるものであってよい。負極層が負極集電体層のみである場合、充電時に正極から移動してきたリチウムイオンは、電子を受け取って、電解質層と負極集電体層との間で金属リチウムとして析出する。また、負極層が負極活物質層と負極集電体層を備えるものである場合、充電時に正極層から移動してきたリチウムイオンは、電子を受け取って、負極活物質層の負極活物質中に保持される。また、電池の放電時には、負極層のリチウムがイオン化して、正極層へと戻される。
<Negative electrode layer>
The negative electrode layer may be composed of only a negative electrode collector layer, or may be composed of a negative electrode active material layer and a negative electrode collector layer. When the negative electrode layer is composed of only a negative electrode collector layer, lithium ions that have moved from the positive electrode during charging receive electrons and are precipitated as metallic lithium between the electrolyte layer and the negative electrode collector layer. When the negative electrode layer is composed of a negative electrode active material layer and a negative electrode collector layer, lithium ions that have moved from the positive electrode layer during charging receive electrons and are retained in the negative electrode active material of the negative electrode active material layer. When the battery is discharged, the lithium in the negative electrode layer is ionized and returned to the positive electrode layer.
(負極活物質層)
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含み、さらに任意に、電解質、導電助剤及びバインダー等を含んでいてもよい。さらに、負極活物質層は、その他に各種の添加剤を含んでいてもよい。負極活物質層における負極活物質、電解質、導電助剤及びバインダー等の各々の含有量は、目的とする電池性能に応じて適宜決定されればよい。例えば、負極活物質層の全体(固形分全体)を100質量%として、負極活物質の含有量が40質量%以上、50質量%以上又は60質量%以上であってもよく、100質量%以下又は90質量%以下であってもよい。負極活物質層の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、略平面を有するシート状の負極活物質層であってもよい。負極活物質層の厚みは、特に限定されるものではなく、例えば、0.1μm以上又は1μm以上であってもよく、2mm以下又は1mm以下であってもよい。
(Negative Electrode Active Material Layer)
The negative electrode active material layer includes at least a negative electrode active material, and may further include an electrolyte, a conductive assistant, a binder, and the like. Furthermore, the negative electrode active material layer may include various other additives. The contents of the negative electrode active material, electrolyte, conductive assistant, binder, and the like in the negative electrode active material layer may be appropriately determined according to the intended battery performance. For example, the total (total solid content) of the negative electrode active material layer is taken as 100 mass%, and the content of the negative electrode active material may be 40 mass% or more, 50 mass% or more, or 60 mass% or more, and may be 100 mass% or less, or 90 mass% or less. The shape of the negative electrode active material layer is not particularly limited, and may be, for example, a sheet-like negative electrode active material layer having a substantially flat surface. The thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited, and may be, for example, 0.1 μm or more or 1 μm or more, and may be 2 mm or less or 1 mm or less.
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出する電位(充放電電位)が上記の本開示の正極活物質と比べて卑な電位である種々の物質が採用され得る。例えば、SiやSi合金や酸化ケイ素等のシリコン系活物質;グラファイトやハードカーボン等の炭素系活物質;チタン酸リチウム等の各種酸化物系活物質;金属リチウムやリチウム合金等が採用され得る。負極活物質は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。 As the negative electrode active material, various materials may be used that have a potential (charge/discharge potential) for absorbing and releasing lithium ions that is lower than the positive electrode active material of the present disclosure. For example, silicon-based active materials such as Si, Si alloys, and silicon oxide; carbon-based active materials such as graphite and hard carbon; various oxide-based active materials such as lithium titanate; metallic lithium, lithium alloys, and the like may be used. Only one type of negative electrode active material may be used alone, or two or more types may be used in combination.
負極活物質の形状は、電池の負極活物質として一般的な形状であればよい。例えば、負極活物質は粒子状であってもよい。負極活物質粒子は、一次粒子であってもよいし、複数の一次粒子が凝集した二次粒子であってもよい。負極活物質粒子の平均粒子径(D50)は、例えば1nm以上、5nm以上、又は10nm以上であってもよく、また500μm以下、100μm以下、50μm以下、又は30μm以下であってもよい。或いは、負極活物質はリチウム箔等のシート状(箔状、膜状)であってもよい。すなわち、負極活物質層が負極活物質のシートからなるものであってもよい。 The shape of the negative electrode active material may be any shape that is common for negative electrode active materials in batteries. For example, the negative electrode active material may be in a particulate form. The negative electrode active material particles may be primary particles or secondary particles formed by agglomeration of multiple primary particles. The average particle diameter (D50) of the negative electrode active material particles may be, for example, 1 nm or more, 5 nm or more, or 10 nm or more, and may be 500 μm or less, 100 μm or less, 50 μm or less, or 30 μm or less. Alternatively, the negative electrode active material may be in a sheet form (foil form, film form) such as lithium foil. In other words, the negative electrode active material layer may be made of a sheet of negative electrode active material.
負極活物質層に含まれ得る電解質としては、上述の固体電解質、電解液又はこれらの組み合わせが挙げられる。負極活物質層含まれ得る導電助剤としては上述の炭素材料や上述の金属材料が挙げられる。負極活物質層に含まれ得るバインダーは、例えば、上述の正極活物質層に含まれ得るバインダーとして例示したものの中から適宜選択されればよい。電解質やバインダーは、各々、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。 Electrolytes that may be included in the negative electrode active material layer include the above-mentioned solid electrolytes, electrolytic solutions, or combinations thereof. Conductive assistants that may be included in the negative electrode active material layer include the above-mentioned carbon materials and metal materials. Binders that may be included in the negative electrode active material layer may be appropriately selected from, for example, those exemplified as binders that may be included in the above-mentioned positive electrode active material layer. Only one type of electrolyte or binder may be used alone, or two or more types may be used in combination.
(負極集電体層)
負極層は、負極活物質層と接触する負極集電体層を備えていてもよい。負極集電体層は、電池の負極集電体層として一般的なものをいずれも採用可能である。また、負極集電体層は、箔状、板状、メッシュ状、パンチングメタル状、及び、発泡体等であってよい。負極集電体層は、金属箔又は金属メッシュであってもよく、或いは、カーボンシートであってもよい。特に、金属箔が取扱い性等に優れる。負極集電体層は、複数枚の箔やシートからなっていてもよい。負極集電体層を構成する金属としては、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Ag、Al、Fe、Ti、Zn、Co、ステンレス鋼等が挙げられる。特に、還元耐性を確保する観点及びリチウムと合金化し難い観点から、負極集電体層がCu、Ni及びステンレス鋼から選ばれる少なくとも1種の金属を含むものであってもよい。負極集電体層の厚みは特に限定されるものではない。例えば、0.1μm以上又は1μm以上であってもよく、1mm以下又は100μm以下であってもよい。
(Negative electrode current collector layer)
The negative electrode layer may include a negative electrode collector layer in contact with the negative electrode active material layer. The negative electrode collector layer may be any of those generally used as a negative electrode collector layer for a battery. The negative electrode collector layer may be in the form of a foil, a plate, a mesh, a punching metal, or a foam. The negative electrode collector layer may be a metal foil or a metal mesh, or may be a carbon sheet. In particular, the metal foil is excellent in terms of ease of handling. The negative electrode collector layer may be made of a plurality of foils or sheets. Examples of metals constituting the negative electrode collector layer include Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Ag, Al, Fe, Ti, Zn, Co, and stainless steel. In particular, from the viewpoint of ensuring reduction resistance and being difficult to alloy with lithium, the negative electrode collector layer may contain at least one metal selected from Cu, Ni, and stainless steel. The thickness of the negative electrode collector layer is not particularly limited. For example, it may be 0.1 μm or more, or 1 μm or more, and may be 1 mm or less, or 100 μm or less.
10、11、12、13 単位セル
10a 正極集電体層
10b 正極活物質層
10c 電解質層
10d 負極活物質層
10e 負極集電体層
10x 正極層
10y 負極層
21、21a、21b、21c、21d、25 接着層(単位セル間)
22、22b、22c、22d 接着層(単位セルと正極層との間)
23、23a、23b、23c 接着層(単位セルと負極層との間)
31、31a、31b 導電部材層
32 導電部材層(厚肉部付き)
32a 導電部材層の厚肉部
51、52、53 電気的接触(良好)
55 電気的接触(不良)
81 単位セルの周縁領域
91 単位セルの中央領域
100、200 本発明のバイポーラ型電池モジュール
10, 11, 12, 13
22, 22b, 22c, 22d Adhesive layer (between unit cell and positive electrode layer)
23, 23a, 23b, 23c Adhesive layer (between unit cell and negative electrode layer)
31, 31a, 31b
32a: Thick portion of
55 Electrical contact (poor)
81 Peripheral region of
Claims (3)
前記単位セルが、正極層、電解質層、負極層の積層体であり、
前記単位セルが、面方向において、周縁領域、及び前記周縁領域以外の領域である中央領域を有し、かつ
下記の(ii)を満たす:
(ii)2又はそれよりも多くの前記単位セルのうちの第1の前記単位セルの負極層と、2又はそれよりも多くの前記単位セルのうちの第2の前記単位セルの正極層との間に、導電部材層が配置されており、前記第1の単位セルの負極層と前記導電部材層とが、前記中央領域において、第2の接着層を介して互いに接合されており、かつ前記周縁領域において、互いに電気的に接触しており、また、前記導電部材層と前記第2の単位セルの正極層とが、前記中央領域において、第3の接着層を介して互いに接合されており、かつ前記周縁領域において、互いに電気的に接触していること、
バイポーラ型電池モジュール。 A bipolar battery module in which two or more unit cells are stacked in series,
the unit cell is a laminate of a positive electrode layer, an electrolyte layer, and a negative electrode layer,
The unit cell has, in a planar direction, a peripheral region and a central region that is a region other than the peripheral region, and satisfies the following ( ii ) :
(ii) a conductive member layer is disposed between a negative electrode layer of a first unit cell among the two or more unit cells and a positive electrode layer of a second unit cell among the two or more unit cells, the negative electrode layer of the first unit cell and the conductive member layer being bonded to each other in the central region via a second adhesive layer and being in electrical contact with each other in the peripheral region, and the conductive member layer and the positive electrode layer of the second unit cell being bonded to each other in the central region via a third adhesive layer and being in electrical contact with each other in the peripheral region;
Bipolar battery module.
前記導電部材層が、冷媒が流通する冷媒流路を有する導電性冷却部材層である、
請求項1に記載のバイポーラ型電池モジュール。 the conductive member layer has a thick portion in contact with the peripheral region, and the conductive member layer is a conductive cooling member layer having a coolant flow path through which a coolant flows.
The bipolar battery module according to claim 1 .
前記ナノファイバーに接触させた被接着物と前記ナノファイバーとの間に作用する分子間力によって、前記被接着物を前記ナノファイバーの表面に接着保持する接着用シートであり、かつ
前記被接着物が、前記第1の単位セルの負極層、前記導電部材層、及び前記第2の単位セルの正極層である、
請求項1又は2に記載のバイポーラ型電池モジュール。 The adhesive layer has a sheet-like substrate and a plurality of nanofibers fixed to the sheet-like substrate,
an adhesive sheet that adheres and holds an adherend that is in contact with the nanofiber to a surface of the nanofiber by intermolecular forces acting between the adherend and the nanofiber ; and
the adherends are the negative electrode layer of the first unit cell, the conductive member layer, and the positive electrode layer of the second unit cell;
The bipolar battery module according to claim 1 or 2 .
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