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JP7589080B2 - Aqueous electrolyte bipolar secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power source - Google Patents

Aqueous electrolyte bipolar secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power source Download PDF

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JP7589080B2 JP2021044409A JP2021044409A JP7589080B2 JP 7589080 B2 JP7589080 B2 JP 7589080B2 JP 2021044409 A JP2021044409 A JP 2021044409A JP 2021044409 A JP2021044409 A JP 2021044409A JP 7589080 B2 JP7589080 B2 JP 7589080B2
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Description

本発明の実施形態は、二次電池、電池パック、車両、及び定置用電源に関する。 Embodiments of the present invention relate to secondary batteries, battery packs, vehicles, and stationary power sources.

リチウムイオン電池などの非水電解質電池は、幅広い分野において、電源として用いられている。非水電解質電池の形態は、各種電子機器用などの小型の物から、電気自動車用などの大型の物まで多岐にわたっている。非水電解質電池は、エチレンカーボネートなどの可燃性物質を含む非水電解質を用いるため、安全性対策が必要となる。 Non-aqueous electrolyte batteries such as lithium-ion batteries are used as power sources in a wide range of fields. Non-aqueous electrolyte batteries come in a wide variety of forms, from small ones for use in various electronic devices to large ones for use in electric vehicles. Non-aqueous electrolyte batteries use non-aqueous electrolytes that contain flammable substances such as ethylene carbonate, so safety measures are necessary.

非水電解質の代わりに、可燃性を有さない水系溶媒を含む水系電解質を用いた水系電解質電池の開発が進められている。 Instead of a non-aqueous electrolyte, development is underway to develop aqueous electrolyte batteries that use an aqueous electrolyte containing a non-flammable aqueous solvent.

バイポーラ電極では単一セル内で直列接続可能であるため、外部接続することなく高電圧化が可能である。しかし、水系電解質を用いた水系電解質電池では高性能を実現するためにそれぞれの電極側に異なる水系電解質を用いることがある。この水系電解質電池にバイポーラ電極を用いると、バイポーラ電極の集電体の耐久性に課題があった。 Bipolar electrodes can be connected in series within a single cell, making it possible to achieve high voltages without external connections. However, in aqueous electrolyte batteries that use aqueous electrolytes, different aqueous electrolytes may be used on each electrode side to achieve high performance. When bipolar electrodes are used in these aqueous electrolyte batteries, there are issues with the durability of the bipolar electrode current collectors.

特開2020-53385号公報JP 2020-53385 A

高い耐久性を示す集電体を有するバイポーラ電極を備えることで、優れた寿命特性を持つ水系電解質バイポーラ二次電池及び電池パック、並びに、当該電池パックを備えた車両及び定置用電源を提供することを目的とする。 The objective is to provide an aqueous electrolyte bipolar secondary battery and battery pack with excellent life characteristics by being equipped with a bipolar electrode having a highly durable current collector, as well as a vehicle and stationary power source equipped with the battery pack.

実施形態によれば、水系電解質バイポーラ二次電池が提供される。この水系電解質バイポーラ二次電池は、第1の負極活物質含有層を負極集電体の少なくとも一方の面上に設けられた負極と、第1の正極活物質含有層を正極集電体の少なくとも一方の面上に設けられた正極と、一方の面に第2の正極活物質含有層が、対向する他方の面に第2の負極活物質含有層が、それぞれ設けられたバイポーラ電極集電体を有するバイポーラ電極と、水系電解質とを具備する。バイポーラ電極集電体は金属層aと金属層bを有し、金属層aは、Cr、Ni、Fe、Ti及びAlからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含み、金属層bは、金属層bの1層当たりの重量に対して10wt.%以上100wt.%以下のZn及びSnのいずれか1種の元素を含む。金属層a及び金属層bは電気的に接続されており、金属層aの面上に第2の正極活物質含有層を有し、金属層bの面上に第2の負極活物質含有層を有する。 According to an embodiment, an aqueous electrolyte bipolar secondary battery is provided. The aqueous electrolyte bipolar secondary battery includes a bipolar electrode having a bipolar electrode collector, a bipolar electrode having a first negative electrode active material-containing layer on at least one surface of a negative electrode collector, a positive electrode having a first positive electrode active material-containing layer on at least one surface of a positive electrode collector, a bipolar electrode having a bipolar electrode collector on one surface of which a second positive electrode active material-containing layer is provided, and a water-based electrolyte. The bipolar electrode collector has a metal layer a and a metal layer b, and the metal layer a contains at least one element selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Ti, and Al, and the metal layer b contains 10 wt. % or more and 100 wt. % or less of any one of Zn and Sn with respect to the weight per layer of the metal layer b. Metal layer a and metal layer b are electrically connected, and a second positive electrode active material-containing layer is provided on the surface of metal layer a, and a second negative electrode active material-containing layer is provided on the surface of metal layer b.

実施形態に係る水系電解質バイポーラ二次電池の概略図。1 is a schematic diagram of an aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to an embodiment. 実施形態に係る水系電解質バイポーラ二次電池の備えるバイポーラ電極集電体の概略図。FIG. 2 is a schematic diagram of a bipolar electrode current collector included in the aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to the embodiment. 実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a secondary battery according to an embodiment. 図3に示す二次電池のIV-IV線に沿った断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the secondary battery shown in FIG. 実施形態に係る二次電池の他の例を概略的に示す部分切欠き斜視図。FIG. 4 is a partially cutaway perspective view illustrating a secondary battery according to another embodiment of the present invention. 図5に示す二次電池のB部の拡大断面図。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a portion B of the secondary battery shown in FIG. 5 . 実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of a battery pack according to an embodiment. 実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of a battery pack according to an embodiment. 実施形態に係る電池パックの他の例を概略的に示す分解斜視図。FIG. 13 is an exploded perspective view illustrating a battery pack according to another embodiment of the present invention. 図9に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram showing an example of an electrical circuit of the battery pack shown in FIG. 9 . 実施形態に係る車両の一例を概略的に示す部分透過図。1 is a partially see-through view illustrating an example of a vehicle according to an embodiment. 実施形態に係る定置用電源を含むシステムの一例を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an example of a system including a stationary power supply according to an embodiment.

以下、実施形態について説明する。特段の断りがなければ、pHや他の測定により得られる値は大気圧、25℃で測定した値である。 The following describes the embodiments. Unless otherwise specified, the values obtained by pH and other measurements are values measured at atmospheric pressure and 25°C.

(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る水系電解質バイポーラ二次電池は、第1の負極活物質含有層を負極集電体の少なくとも一方の面上に設けられた負極と、第1の正極活物質含有層を正極集電体の少なくとも一方の面上に設けられた正極と、一方の面に第2の正極活物質含有層が、対向する他方の面に第2の負極活物質含有層が、それぞれ設けられたバイポーラ電極集電体を有するバイポーラ電極と、水系電解質とを具備する水系電解質バイポーラ二次電池であって、バイポーラ電極集電体は金属層aと金属層bを有し、金属層aは、Cr、Ni、Fe、Ti及びAlからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含み、金属層bは、金属層bの1層当たりの重量に対して10wt.%以上100wt.%以下のZn及びSnのいずれか1種の元素を含み、金属層a及び金属層bは電気的に接続されており、金属層aの面上に第2の正極活物質含有層を有し、金属層bの面上に第2の負極活物質含有層を有する。
(First embodiment)
The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to the first embodiment is an aqueous electrolyte bipolar secondary battery comprising: a negative electrode having a first negative electrode active material-containing layer provided on at least one surface of a negative electrode current collector; a positive electrode having a first positive electrode active material-containing layer provided on at least one surface of a positive electrode current collector; a bipolar electrode having a bipolar electrode current collector having a second positive electrode active material-containing layer provided on one surface and a second negative electrode active material-containing layer provided on the other opposing surface; and an aqueous electrolyte, wherein the bipolar electrode current collector has a metal layer a and a metal layer b, the metal layer a contains at least one element selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Ti, and Al, and the metal layer b contains 10 wt. % or more and 100 wt. % or less of the weight of each metal layer b. % or less of any one of elements Zn and Sn, the metal layer a and the metal layer b are electrically connected to each other, a second positive electrode active material-containing layer is provided on a surface of the metal layer a, and a second negative electrode active material-containing layer is provided on a surface of the metal layer b.

図1は第1の実施形態に係る水系電解質バイポーラ二次電池の概略図である。水系電解質バイポーラ二次電池500は、負極3、正極5及びバイポーラ電極501を備える。負極3は第1の負極活物質含有層3b1を負極集電体3aの少なくとも一方の面上に設けられる。正極5は第1の正極活物質含有層5b1を正極集電体5aの少なくとも一方の面上に設けられる。バイポーラ電極501は、第1の負極活物質含有層3b1と第1のセパレータ4aを挟んで対向する第2の正極活物質含有層5b2と、第1の正極活物質含有層5a1と第2のセパレータ4bを挟んで対向する第2の負極活物質含有層3b2と接しているバイポーラ電極集電体502を備える。第1のセパレータ4a及び第2のセパレータ4bは多孔質でも非多孔質でもよい。第1のセパレータ4aと第2のセパレータ4bは同じ種類でもそれぞれ異なってもよい。バイポーラ電極集電体502は金属層a502aと金属層b502bを有し、金属層a502aは正極活物質含有層5b2と接し、金属層b502bは負極活物質含有層3b2と接している。水系電解質バイポーラ二次電池500の備える水系電解質は、正極活物質含有層及び負極活物質含有層に保持される。図1では便宜上負極側水系電解質504及び正極側水系電解質505を示している。金属層a502aと接する正極側水系電解質505と金属層b502bと接する負極側水系電解質504があり、正極側水系電解質と負極側水系電解質は異なる。第1の正極活物質含有層と第2の正極活物質含有層に含まれる水系電解質は同じ種類を用いることができるし、異なってもよい。同様に第1の負極活物質含有層と第2の負極活物質含有層に含まれる水系電解質は同じ種類を用いることもできるし、異なってもよい。 FIG. 1 is a schematic diagram of an aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to a first embodiment. The aqueous electrolyte bipolar secondary battery 500 includes an anode 3, a cathode 5, and a bipolar electrode 501. The anode 3 includes a first anode active material-containing layer 3b1 on at least one surface of the anode current collector 3a. The cathode 5 includes a first cathode active material-containing layer 5b1 on at least one surface of the cathode current collector 5a. The bipolar electrode 501 includes a second cathode active material-containing layer 5b2 that faces the first anode active material-containing layer 3b1 across the first separator 4a, and a bipolar electrode current collector 502 that is in contact with the second anode active material-containing layer 3b2 that faces the first cathode active material-containing layer 5a1 across the second separator 4b. The first separator 4a and the second separator 4b may be porous or non-porous. The first separator 4a and the second separator 4b may be the same type or different types. The bipolar electrode current collector 502 has a metal layer a 502a and a metal layer b 502b, the metal layer a 502a being in contact with the positive electrode active material containing layer 5b2, and the metal layer b 502b being in contact with the negative electrode active material containing layer 3b2. The aqueous electrolyte of the aqueous electrolyte bipolar secondary battery 500 is held in the positive electrode active material containing layer and the negative electrode active material containing layer. For convenience, FIG. 1 shows the negative electrode side aqueous electrolyte 504 and the positive electrode side aqueous electrolyte 505. There is a positive electrode side aqueous electrolyte 505 in contact with the metal layer a 502a and a negative electrode side aqueous electrolyte 504 in contact with the metal layer b 502b, and the positive electrode side aqueous electrolyte and the negative electrode side aqueous electrolyte are different. The aqueous electrolytes contained in the first positive electrode active material containing layer and the second positive electrode active material containing layer may be the same type or different. Similarly, the aqueous electrolytes contained in the first negative electrode active material-containing layer and the second negative electrode active material-containing layer may be the same or different.

第1及び第2のセパレータが多孔質である場合、水系電解質はセパレータにも保持される。 If the first and second separators are porous, the aqueous electrolyte is also retained in the separators.

第1の負極活物質と第2の負極活物質の種類は異なってもよいし、同じでもよい。第1の正極活物質と第2の正極活物質の種類は異なってもよいし、同じでもよい。 The first negative electrode active material and the second negative electrode active material may be of different types or may be the same. The first positive electrode active material and the second positive electrode active material may be of different types or may be the same.

特定されてない限りは、正極側水系電解質及び負極側水系電解質を総称して、単に“水系電解質”と呼ぶ。 Unless otherwise specified, the positive electrode aqueous electrolyte and the negative electrode aqueous electrolyte are collectively referred to simply as "aqueous electrolyte."

水系電解質電池にバイポーラを用いることで、単一セル内で直列接続可能であるため、外部接続することなく高電圧化が可能となる。特に、正極及び負極に用いる活物質に合わせた水系電解質を用いることで、さらに電池特性を向上させることが可能となる。しかし、正極、負極にはそれぞれ適した集電体を用いるべきだが、この集電体は水系電解質の種類により腐食が生じやすくなる。そのため、水系電解質及び電極に合わせたバイポーラ電極集電体を用いることにより、集電体の腐食を抑制することができ、二次電池の容量維持率や初期放電容量の向上及び自己放電率の改善といった電池特性を向上させることができる。 By using bipolar in an aqueous electrolyte battery, it is possible to connect in series within a single cell, making it possible to achieve high voltage without external connections. In particular, by using an aqueous electrolyte that matches the active materials used in the positive and negative electrodes, it is possible to further improve the battery characteristics. However, although appropriate current collectors should be used for the positive and negative electrodes, these current collectors are prone to corrosion depending on the type of aqueous electrolyte. Therefore, by using a bipolar electrode current collector that matches the aqueous electrolyte and electrode, it is possible to suppress corrosion of the current collector, and improve battery characteristics such as the capacity retention rate of the secondary battery, improvement of initial discharge capacity, and improvement of the self-discharge rate.

ここで、本実施形態に係る水系電解質バイポーラ二次電池の構成部材について説明する。 Here, we will explain the components of the aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to this embodiment.

(正極)
正極は、正極集電体と、正極集電体の少なくとも一方の面上に設けられた正極活物質含有層を備え得る。第1の正極活物質含有層及び第2の正極活物質含有層を総称して正極活物質含有層と呼ぶ。正極活物質含有層は、正極活物質と、任意に導電剤及び結着剤とを含む。
(Positive electrode)
The positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material-containing layer provided on at least one surface of the positive electrode current collector. The first positive electrode active material-containing layer and the second positive electrode active material-containing layer are collectively referred to as positive electrode active material-containing layers. The positive electrode active material-containing layer contains a positive electrode active material and, optionally, a conductive agent and a binder.

正極集電体は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム(Al)及びチタン(Ti)などの金属を含む。正極集電体は、例えば、箔、多孔体又はメッシュの形状を有する。正極集電体と水系電解質との反応による腐食を防止するため、正極集電体の表面は、異種元素で被覆されていてもよい。正極集電体は、例えばTi箔などの耐蝕性及び耐酸化性に優れたものであることが好ましい。なお、水系電解質としてLiSOを使用した場合は、腐食が進行しないことから、正極集電体としてAlを使用してもよい。 The positive electrode current collector includes metals such as stainless steel, aluminum (Al) and titanium (Ti). The positive electrode current collector has, for example, a foil, a porous body or a mesh shape. In order to prevent corrosion due to a reaction between the positive electrode current collector and the aqueous electrolyte, the surface of the positive electrode current collector may be coated with a different element. The positive electrode current collector is preferably one having excellent corrosion resistance and oxidation resistance, such as Ti foil. In addition, when Li 2 SO 4 is used as the aqueous electrolyte, Al may be used as the positive electrode current collector because corrosion does not progress.

また、正極集電体は、その表面に正極活物質含有層が設けられていない部分を含むことができる。この部分は、正極集電タブとして働くことができる。 The positive electrode current collector may also include a portion on its surface that does not have a positive electrode active material-containing layer. This portion can function as a positive electrode current collecting tab.

正極活物質含有層は、正極活物質を含んでいる。正極活物質含有層は、正極集電体の表裏両方の面に担持されていてもよい。 The positive electrode active material-containing layer contains a positive electrode active material. The positive electrode active material-containing layer may be supported on both the front and back surfaces of the positive electrode current collector.

正極活物質としては、リチウムイオン挿入-脱離電位がリチウムの酸化-還元電位に対し2.5V以上5.5V以下(vs.Li/Li)である化合物を用いることができる。正極は、正極活物質として1種類の化合物を単独で含んでいてもよく、正極活物質として2以上の化合物を含んでいてもよい。 As the positive electrode active material, a compound having a lithium ion insertion-extraction potential of 2.5 V to 5.5 V (vs. Li/Li + ) relative to the oxidation-reduction potential of lithium can be used. The positive electrode may contain one type of compound alone as the positive electrode active material, or may contain two or more compounds as the positive electrode active material.

正極活物質として用いることのできる化合物の例には、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルトアルミニウム複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウム鉄酸化物、リチウムフッ素化硫酸鉄、オリビン結晶構造のリン酸化合物(例えば、LiFePOで表され0<k≦1である化合物、LiMnPOで表され0<k≦1である化合物)などが含まれる。オリビン結晶構造のリン酸化合物は、熱安定性に優れている。 Examples of compounds that can be used as the positive electrode active material include lithium manganese composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt aluminum composite oxide, lithium nickel cobalt manganese composite oxide, spinel-type lithium manganese nickel composite oxide, lithium manganese cobalt composite oxide, lithium iron oxide, lithium fluorinated iron sulfate, and phosphate compounds having an olivine crystal structure (for example, a compound represented by Li k FePO 4 where 0<k≦1, a compound represented by Li k MnPO 4 where 0<k≦1), etc. Phosphate compounds having an olivine crystal structure have excellent thermal stability.

高い正極電位を得られる化合物の例としては、例えば、スピネル構造のLiMnで表され0<k≦1である化合物、LiMnOで表され0<k≦1である化合物などのリチウムマンガン複合酸化物;例えば、LiNi1-iAlで表され0<k≦1、0<i<1である化合物などのリチウムニッケルアルミニウム複合酸化物;例えばLiCoOで表され0<k≦1である化合物などのリチウムコバルト複合酸化物;例えばLiNi1-i-tCoMnで表され0<k≦1、0<i<1、0≦t<1である化合物などのリチウムニッケルコバルト複合酸化物;例えばLiMnCo1-iで表され0<k≦1、0<i<1である化合物などのリチウムマンガンコバルト複合酸化物;例えばLiMn1-iNiで表され0<k≦1、0<i<1である化合物などのスピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物;例えばLiFePOで表され0<k≦1である化合物、LiFe1-yMnPOで表され0<k≦1、0≦y≦1である化合物、LiCoPOで表され0<k≦1である化合物などのオリビン構造を有するリチウムリン酸化物;フッ素化硫酸鉄(例えば、LiFeSOFで表され0<k≦1である化合物)が挙げられる。 Examples of compounds that can obtain a high positive electrode potential include lithium manganese composite oxides such as a compound represented by Li k Mn 2 O 4 having a spinel structure and having 0 < k ≦ 1, and a compound represented by Li k MnO 2 and having 0 < k ≦ 1; lithium nickel aluminum composite oxides such as a compound represented by Li k Ni 1-i Al i O 2 and having 0 < k ≦ 1, 0 < i <1; lithium cobalt composite oxides such as a compound represented by Li k CoO 2 and having 0 < k ≦ 1 ; lithium nickel cobalt composite oxides such as a compound represented by Li k Ni 1-i-t Co i Mn t O 2 and having 0 < k ≦ 1, 0 < i < 1, 0 ≦ t <1; lithium manganese cobalt composite oxides such as a compound represented by Li k Mn 1-i Ni i O 4 where 0 < k ≦ 1, 0 < i <1; spinel-type lithium manganese nickel composite oxides such as a compound represented by Li k FePO 4 where 0 < k ≦ 1, a compound represented by Li k Fe 1-y Mn y PO 4 where 0 < k ≦ 1, and a compound represented by Li k CoPO 4 where 0 < k ≦ 1; and fluorinated iron sulfates (for example, a compound represented by Li k FeSO 4 F where 0 < k ≦ 1).

正極活物質として、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物及びオリビン構造を有するリチウムリン酸化物からなる群より選択される1以上を含むことが好ましい。これら化合物の作動電位は、3.5V(vs.Li/Li)以上4.2V(vs.Li/Li)以下である。すなわち、これらの化合物の活物質としての作動電位は比較的高い。これら化合物を、上述したスピネル型のチタン酸リチウム及びアナターゼ型酸化チタンなどの負極活物質と組み合わせて使用することにより、高い電池電圧が得られる。 The positive electrode active material preferably contains one or more selected from the group consisting of lithium cobalt composite oxide, lithium manganese composite oxide, and lithium phosphate having an olivine structure. The operating potential of these compounds is 3.5 V (vs. Li/Li + ) to 4.2 V (vs. Li/Li + ). That is, the operating potential of these compounds as active materials is relatively high. By using these compounds in combination with the above-mentioned negative electrode active materials such as spinel-type lithium titanate and anatase-type titanium oxide, a high battery voltage can be obtained.

正極活物質は、例えば、粒子の形態で正極に含まれている。正極活物質粒子は、単独の一次粒子、一次粒子の凝集体である二次粒子、あるいは、一次粒子と二次粒子の混合物であり得る。粒子の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、球状、楕円形状、扁平形状、又は繊維状等にすることができる。 The positive electrode active material is contained in the positive electrode in the form of particles, for example. The positive electrode active material particles can be single primary particles, secondary particles which are aggregates of primary particles, or a mixture of primary particles and secondary particles. The shape of the particles is not particularly limited, and can be, for example, spherical, elliptical, flat, or fibrous.

正極活物質の一次粒子の平均粒子径(直径)は10μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.1μm以上5μm以下である。正極活物質の二次粒子の平均粒子径(直径)は100μm以下であることが好ましく、より好ましくは10μm以上50μm以下である。正極活物質の一次粒子径及び二次粒子径は、負極活物質粒子と同様の方法で測定できる。 The average particle size (diameter) of the primary particles of the positive electrode active material is preferably 10 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less. The average particle size (diameter) of the secondary particles of the positive electrode active material is preferably 100 μm or less, more preferably 10 μm or more and 50 μm or less. The primary particle size and secondary particle size of the positive electrode active material can be measured in the same manner as for the negative electrode active material particles.

正極活物質含有層は、正極活物質の他に、導電剤及び結着剤などを含んでいてもよい。 導電剤は、集電性能を高め、且つ活物質と正極集電体との接触抵抗を抑えるために、必要に応じて配合される。導電剤の例には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛及びコークスなどの炭素質物が含まれる。導電剤は、1種類であってもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。 The positive electrode active material-containing layer may contain a conductive agent and a binder in addition to the positive electrode active material. The conductive agent is mixed as necessary to improve current collection performance and reduce contact resistance between the active material and the positive electrode current collector. Examples of conductive agents include carbonaceous materials such as acetylene black, ketjen black, graphite, and coke. The conductive agent may be one type, or two or more types may be mixed together.

結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴム、エチレン-ブタジエンゴム、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリイミド(PI)、ポリアクリルイミド(PAI)などが挙げられる。結着剤は、1種類であってもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。 Examples of binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, ethylene-butadiene rubber, polypropylene (PP), polyethylene (PE), carboxymethyl cellulose (CMC), polyimide (PI), polyacrylimide (PAI), etc. One type of binder may be used, or two or more types may be mixed together.

正極活物質含有層における正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、それぞれ、70質量%以上95質量%以下、3質量%以上20質量%以下、及び2質量%以上10質量%以下であることが好ましい。導電剤の配合比が3質量%以上であると正極の導電性を良好にすることができ、20質量%以下であると導電剤表面での水系電解質の分解を低減できる。結着剤の配合比が2質量%以上であると十分な電極強度が得られ、10質量%以下であると電極の絶縁部を減少させることができる。 The compounding ratios of the positive electrode active material, conductive agent, and binder in the positive electrode active material-containing layer are preferably 70% by mass or more and 95% by mass or less, 3% by mass or more and 20% by mass or less, and 2% by mass or more and 10% by mass or less, respectively. When the compounding ratio of the conductive agent is 3% by mass or more, the conductivity of the positive electrode can be improved, and when it is 20% by mass or less, the decomposition of the aqueous electrolyte on the conductive agent surface can be reduced. When the compounding ratio of the binder is 2% by mass or more, sufficient electrode strength can be obtained, and when it is 10% by mass or less, the insulating part of the electrode can be reduced.

正極集電体は、正極活物質含有層の第2面と接する。正極集電体は、1つの正極活物質含有層の第2面と接していてもよく、或いは、2つの正極活物質含有層の第2面とそれぞれ接していてもよい。例えば、正極集電体は、一方の面にて1つの正極活物質含有層の第2面と接するとともに、裏側の他方の面にて別の正極活物質含有層の第2面と接することもできる。つまり、1つの正極集電体を間に挟んだ2つの正極活物質含有層を含むことができる。 The positive electrode current collector is in contact with the second surface of the positive electrode active material-containing layer. The positive electrode current collector may be in contact with the second surface of one positive electrode active material-containing layer, or may be in contact with each of the second surfaces of two positive electrode active material-containing layers. For example, the positive electrode current collector may be in contact with the second surface of one positive electrode active material-containing layer on one surface and in contact with the second surface of another positive electrode active material-containing layer on the other surface on the back side. In other words, it may include two positive electrode active material-containing layers sandwiched between one positive electrode current collector.

正極は、例えば、以下の方法により得ることができる。先ず、正極活物質、導電剤及び結着剤を適切な溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを正極集電体の片面又は両面に塗布する。正極集電体上の塗膜を乾燥させて正極活物質含有層を形成する。その後、正極集電体及びその上に形成された正極活物質含有層にプレスを施す。正極活物質含有層としては、正極活物質、導電剤及び結着剤の混合物をペレット状に形成したものを用いてもよい。 The positive electrode can be obtained, for example, by the following method. First, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are suspended in an appropriate solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to one or both sides of a positive electrode current collector. The coating on the positive electrode current collector is dried to form a positive electrode active material-containing layer. Thereafter, the positive electrode current collector and the positive electrode active material-containing layer formed thereon are pressed. As the positive electrode active material-containing layer, a mixture of the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder formed into a pellet shape may be used.

(負極)
負極は、負極集電体と、負極集電体の少なくとも一方の面上に設けられた負極活物質含有層を備え得る。第1の負極活物質含有層及び第2の負極活物質含有層を総称して負極活物質含有層と呼ぶ。負極活物質含有層は、負極活物質と、任意に導電剤及び結着剤とを含む。負極活物質含有層に含ませる負極活物質としてリチウムイオン挿入-脱離電位の下限値が1V以上(vs.Li/Li)である化合物を用いると、高容量で、かつ、安定性に優れた二次電池を実現できる。
(Negative electrode)
The negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material-containing layer provided on at least one surface of the negative electrode current collector. The first negative electrode active material-containing layer and the second negative electrode active material-containing layer are collectively referred to as negative electrode active material-containing layers. The negative electrode active material-containing layer contains a negative electrode active material, and optionally a conductive agent and a binder. When a compound having a lower limit of lithium ion insertion-extraction potential of 1 V or more (vs. Li/Li + ) is used as the negative electrode active material contained in the negative electrode active material-containing layer, a secondary battery having high capacity and excellent stability can be realized.

リチウムイオン挿入-脱離電位がリチウムの酸化-還元電位を基準とする電位で、1V以上3V以下(vs.Li/Li)である化合物としては、例えば、チタン酸化物及びチタン含有酸化物が挙げられる。チタン含有酸化物としては、リチウムチタン複合酸化物、ニオブチタン複合酸化物、ナトリウムニオブチタン複合酸化物などが挙げられる。負極活物質は、チタン酸化物及びチタン含有酸化物を1以上含むことができる。 Examples of compounds having a lithium ion insertion-extraction potential of 1 V or more and 3 V or less (vs. Li/Li + ) based on the oxidation-reduction potential of lithium include titanium oxides and titanium-containing oxides. Examples of titanium-containing oxides include lithium titanium composite oxides, niobium titanium composite oxides, and sodium niobium titanium composite oxides. The negative electrode active material may contain one or more of titanium oxides and titanium-containing oxides.

チタン酸化物は、例えば、単斜晶構造のチタン酸化物、ルチル構造のチタン酸化物、アナターゼ構造のチタン酸化物を含む。各結晶構造のチタン酸化物は、充電前の組成をTiO、充電後の組成をLiTiO(添字yは0≦y≦1)で表すことができる。また、単斜晶構造のチタン酸化物の充電前構造をTiO(B)と表すことができる。 Titanium oxide includes, for example, titanium oxide with a monoclinic structure, titanium oxide with a rutile structure, and titanium oxide with an anatase structure. The composition of titanium oxide with each crystal structure before charging can be expressed as TiO2 , and the composition after charging can be expressed as LiyTiO2 (subscript y is 0≦y≦1). The structure of titanium oxide with a monoclinic structure before charging can be expressed as TiO2 (B).

リチウムチタン酸化物は、例えば、スピネル構造のリチウムチタン酸化物(例えば一般式Li4+jTi12で表され-1≦j≦3である化合物)、ラムスデライト構造のリチウムチタン酸化物(例えば、Li2+jTiで表され-1≦j≦3である化合物)、Li1+yTiで表され0≦y≦1である化合物、Li1.1+yTi1.8で表され0≦y≦1である化合物、Li1.07+yTi1.86で表され0≦y≦1である化合物、LiTiOで表され0<k≦1である化合物などを含む。また、リチウムチタン酸化物は、異種元素が導入されているリチウムチタン複合酸化物であってもよい。 Examples of the lithium titanium oxide include lithium titanium oxides having a spinel structure (e.g., a compound represented by the general formula Li4 + jTi5O12 , where -1≦j≦3), lithium titanium oxides having a ramsdellite structure (e.g., a compound represented by Li2 + jTi3O7 , where -1≦j≦ 3 ), a compound represented by Li1 + yTi2O4 , where 0≦y≦1, a compound represented by Li1.1 + yTi1.8O4 , where 0≦y≦1, a compound represented by Li1.07 + yTi1.86O4 , where 0≦y≦ 1 , a compound represented by LikTiO2 , where 0<k≦1, etc. The lithium titanium oxide may also be a lithium titanium composite oxide having a different element introduced therein.

ニオブチタン複合酸化物は、例えば、LiχTiMeαNb2±β7±σで表され0≦χ≦5、0≦α≦0.3、0≦β≦0.3、0≦σ≦0.3、MeはFe,V,Mo及びTaよりなる群から選択される1以上である化合物を含む。 The niobium titanium composite oxide includes, for example, a compound represented by Li χ TiMe α Nb 2±β O 7±σ , where 0≦χ≦5, 0≦α≦0.3, 0≦β≦0.3, and 0≦σ≦0.3, and Me is one or more selected from the group consisting of Fe, V, Mo, and Ta.

ナトリウムニオブチタン複合酸化物は、例えば、一般式Li2+dNa2-eMe1Ti6-g-hNbMe214+δで表され、0≦d≦4、0≦e<2、0≦f<2、0<g<6、0≦h<3、-0.5≦δ≦0.5、Me1はCs,K,Sr,Ba,Caより選択される1以上を含み、Me2はZr,Sn,V,Ta,Mo,W,Fe,Co,Mn,Alより選択される1以上を含む直方晶(orthorhombic)型Na含有ニオブチタン複合酸化物を含む。 The sodium niobium titanium composite oxide is, for example, represented by the general formula Li 2+d Na 2-e Me1 f Ti 6-g-h Nb g Me2 h O 14+δ , where 0≦d≦4, 0≦e<2, 0≦f<2, 0<g<6, 0≦h<3, -0.5≦δ≦0.5, Me1 includes one or more selected from Cs, K, Sr, Ba, and Ca, and Me2 includes one or more selected from Zr, Sn, V, Ta, Mo, W, Fe, Co, Mn, and Al. It includes an orthorhombic type Na-containing niobium titanium composite oxide.

負極活物質として、アナターゼ構造のチタン酸化物、単斜晶構造のチタン酸化物、スピネル構造のリチウムチタン酸化物、ニオブチタン複合酸化物、又はこれらの混合物を用いることが好ましい。一方では、アナターゼ構造のチタン酸化物、単斜晶構造のチタン酸化物、又はスピネル構造のリチウムチタン酸化物を負極活物質として用いると、例えば、リチウムマンガン複合酸化物を正極活物質に用いた正極と組み合わせることで、高い起電力を得ることができる。他方、ニオブチタン複合酸化物を用いることで、高容量を発揮できる。 As the negative electrode active material, it is preferable to use titanium oxide with anatase structure, titanium oxide with monoclinic structure, lithium titanium oxide with spinel structure, niobium titanium composite oxide, or a mixture of these. On the one hand, when titanium oxide with anatase structure, titanium oxide with monoclinic structure, or lithium titanium oxide with spinel structure is used as the negative electrode active material, a high electromotive force can be obtained by combining it with a positive electrode using lithium manganese composite oxide as the positive electrode active material, for example. On the other hand, by using niobium titanium composite oxide, a high capacity can be exhibited.

負極活物質は、例えば、粒子の形態で負極活物質含有層に含まれ得る。負極活物質粒子は、一次粒子、一次粒子の凝集体である二次粒子、あるいは、単独の一次粒子及び二次粒子の混合物であり得る。粒子の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、球状、楕円形状、扁平形状、及び繊維状などであり得る。 The negative electrode active material may be contained in the negative electrode active material-containing layer in the form of particles, for example. The negative electrode active material particles may be primary particles, secondary particles which are aggregates of primary particles, or a mixture of a single primary particle and a secondary particle. The shape of the particles is not particularly limited, and may be, for example, spherical, elliptical, flat, fibrous, etc.

負極活物質の二次粒子は、例えば、以下の方法により得ることができる。先ず、活物質原料を反応合成して平均粒子径1μm以下の活物質前駆体を作製する。その後、活物質前駆体に対し焼成処理を行い、ボールミルやジェットミルなどの粉砕機を用いて粉砕処理を施す。次いで焼成処理において、活物質前駆体を凝集させて粒子径の大きい二次粒子に成長させる。 The secondary particles of the negative electrode active material can be obtained, for example, by the following method. First, the raw active material is reacted and synthesized to produce an active material precursor with an average particle size of 1 μm or less. The active material precursor is then calcined and pulverized using a pulverizer such as a ball mill or jet mill. Next, in the calcination process, the active material precursor is aggregated and grown into secondary particles with a large particle size.

負極活物質の二次粒子の平均粒子径(直径)は、3μm以上であることが好ましく、5μm以上20μm以下であることがより好ましい。この範囲であると、活物質の表面積が小さいため、水の分解をより抑制できる。 The average particle size (diameter) of the secondary particles of the negative electrode active material is preferably 3 μm or more, and more preferably 5 μm or more and 20 μm or less. In this range, the surface area of the active material is small, so water decomposition can be further suppressed.

負極活物質の一次粒子の平均粒子径は1μm以下とすることが望ましい。これにより、活物質内部でのLiイオンの拡散距離が短くなり、比表面積が大きくなる。そのため、優れた高入力性能(急速充電)が得られる。一方、負極活物質の一次粒子の平均粒子径が小さいと、粒子の凝集が起こりやすくなる。負極活物質の粒子の凝集が生じると、二次電池内において水系電解質が、その負極に偏在し易くなり、正極において、イオン種の枯渇を招く恐れがある。それゆえ、負極活物質の一次粒子の平均粒子径は、0.001μm以上であることが好ましい。負極活物質の一次粒子の平均粒子径は、0.1μm以上0.8μm以下であることがより好ましい。 It is desirable that the average particle diameter of the primary particles of the negative electrode active material is 1 μm or less. This shortens the diffusion distance of Li ions inside the active material and increases the specific surface area. Therefore, excellent high input performance (fast charging) can be obtained. On the other hand, if the average particle diameter of the primary particles of the negative electrode active material is small, the particles are more likely to aggregate. If the particles of the negative electrode active material aggregate, the aqueous electrolyte in the secondary battery is more likely to be unevenly distributed in the negative electrode, which may lead to a depletion of ion species in the positive electrode. Therefore, it is preferable that the average particle diameter of the primary particles of the negative electrode active material is 0.001 μm or more. It is more preferable that the average particle diameter of the primary particles of the negative electrode active material is 0.1 μm or more and 0.8 μm or less.

なお、この一次粒子径及び二次粒子径は、レーザー回折式の粒度分布測定装置により求めた粒度分布において、体積積算値が50%となる粒径を意味している。レーザー回折式の粒度分布測定装置としては、例えば、島津SALD-300を用いる。測定に際しては、2秒間隔で64回光度分布を測定する。この粒度分布測定を行う際の試料としては、活物質粒子の濃度が0.1質量%から1質量%となるようにN-メチル-2-ピロリドンで希釈した分散液を用いる。あるいは、測定試料としては、0.1gの活物質を、界面活性剤を含む1ml-2mlの蒸留水に分散させたものを用いる。 The primary particle size and secondary particle size refer to the particle size at which the volume cumulative value is 50% in the particle size distribution determined by a laser diffraction particle size distribution measuring device. For example, a Shimadzu SALD-300 is used as a laser diffraction particle size distribution measuring device. The light intensity distribution is measured 64 times at 2 second intervals. The sample used for this particle size distribution measurement is a dispersion diluted with N-methyl-2-pyrrolidone so that the concentration of active material particles is 0.1% to 1% by mass. Alternatively, the measurement sample is one in which 0.1 g of active material is dispersed in 1 ml to 2 ml of distilled water containing a surfactant.

負極活物質は、窒素(N)吸着によるBET法での比表面積が、例えば、3m/g以上200m/g以下の範囲内にある。負極活物質の比表面積がこの範囲内にあると、電極と水系電解質との親和性を更に高くすることができる。この比表面積は、例えば、後述する負極活物質含有層の比表面積の測定方法と同様の方法で求めることができる。 The negative electrode active material has a specific surface area, as measured by the BET method using nitrogen (N 2 ) adsorption, in the range of, for example, 3 m 2 /g to 200 m 2 /g. When the specific surface area of the negative electrode active material is within this range, the affinity between the electrode and the aqueous electrolyte can be further increased. This specific surface area can be determined, for example, by a method similar to the method for measuring the specific surface area of the negative electrode active material-containing layer described later.

負極活物質含有層の多孔度は、20%以上50%以下にすることが望ましい。これにより、水系電解質との親和性に優れ、かつ高密度な電極を得ることができる。負極活物質含有層の多孔度は、25%以上40%以下であることがより好ましい。 It is desirable for the porosity of the negative electrode active material-containing layer to be 20% or more and 50% or less. This allows for an electrode with excellent affinity with the aqueous electrolyte and high density to be obtained. It is more preferable for the porosity of the negative electrode active material-containing layer to be 25% or more and 40% or less.

負極活物質含有層の多孔度は、例えば、水銀圧入法により得ることができる。具体的には、先ず、水銀圧入法により、負極活物質含有層の細孔分布を得る。この細孔分布から全細孔量を算出する。全細孔量と負極活物質含有層の体積との比から、多孔度を算出することが出来る。 The porosity of the negative electrode active material-containing layer can be obtained, for example, by mercury intrusion porosimetry. Specifically, first, the pore distribution of the negative electrode active material-containing layer is obtained by mercury intrusion porosimetry. The total pore volume is calculated from this pore distribution. The porosity can be calculated from the ratio of the total pore volume to the volume of the negative electrode active material-containing layer.

負極活物質含有層の窒素(N)吸着によるBET法での比表面積は、3m/g以上50m/g以下であることがより好ましい。負極活物質含有層の比表面積が3m/g未満であると、活物質と水系電解質との親和性が低くなる。その結果、電極の界面抵抗が増加して、二次電池の出力性能及び充放電サイクル性能が低下する恐れがある。一方、負極活物質含有層の比表面積が50m/gを超えると、水系電解質が含む電解質塩から電離したイオン種の分布が負極に偏り、正極での該イオン種の不足を招くため、出力性能及び充放電サイクル性能が低下することがある。 The specific surface area of the negative electrode active material-containing layer measured by the BET method using nitrogen (N 2 ) adsorption is more preferably 3 m 2 /g or more and 50 m 2 /g or less. If the specific surface area of the negative electrode active material-containing layer is less than 3 m 2 /g, the affinity between the active material and the aqueous electrolyte is reduced. As a result, the interface resistance of the electrode increases, and the output performance and charge/discharge cycle performance of the secondary battery may be reduced. On the other hand, if the specific surface area of the negative electrode active material-containing layer exceeds 50 m 2 /g, the distribution of ion species ionized from the electrolyte salt contained in the aqueous electrolyte is biased toward the negative electrode, which leads to a shortage of the ion species at the positive electrode, and the output performance and charge/discharge cycle performance may be reduced.

この比表面積は、例えば、以下の方法により求めることができる。測定対象の負極活物質含有層を含んだ負極が二次電池に組み込まれている場合は、二次電池を解体して、負極活物質含有層の一部を採取する。77K(窒素の沸点)の窒素ガス中で、窒素ガスの圧力P(mmHg)を徐々に高めながら、圧力P毎に、試料の窒素ガス吸着量(mL/g)を測定する。圧力P(mmHg)を窒素ガスの飽和蒸気圧P0(mmHg)で除した値を相対圧力P/P0として、各相対圧力P/P0に対する窒素ガス吸着量をプロットすることにより吸着等温線を得る。この窒素吸着等温線とBET式とからBETプロットを算出し、このBETプロットを利用して比表面積を得る。なお、BETプロットの算出には、BET多点法を用いる。 This specific surface area can be determined, for example, by the following method. When the negative electrode containing the negative electrode active material-containing layer to be measured is incorporated in a secondary battery, the secondary battery is disassembled and a part of the negative electrode active material-containing layer is taken. In nitrogen gas at 77K (the boiling point of nitrogen), the nitrogen gas pressure P (mmHg) is gradually increased while measuring the nitrogen gas adsorption amount (mL/g) of the sample for each pressure P. The pressure P (mmHg) is divided by the saturated vapor pressure P0 (mmHg) of nitrogen gas to obtain a relative pressure P/P0, and the nitrogen gas adsorption amount for each relative pressure P/P0 is plotted to obtain an adsorption isotherm. A BET plot is calculated from this nitrogen adsorption isotherm and the BET formula, and the specific surface area is obtained using this BET plot. The BET multipoint method is used to calculate the BET plot.

導電剤は、集電性能を高め、且つ活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために、必要に応じて配合される。導電剤の例には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛及びコークスなどの炭素質物が含まれる。導電剤は、1種類であってもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。 Conductive agents are blended as necessary to improve current collection performance and reduce contact resistance between the active material and the current collector. Examples of conductive agents include carbonaceous materials such as acetylene black, ketjen black, graphite, and coke. One type of conductive agent may be used, or two or more types may be mixed together.

結着剤は、活物質及び導電剤を結着させる作用を有する。結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、カルボキシメチルセルロース(CMC)などのセルロース系ポリマー、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリル樹脂又はその共重合体、ポリアクリル酸及びポリアクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも1つを用いることができるが、これらに限定されない。例えば、セパレータの固体電解質層が含む高分子材料を結着剤として用いることができる。結着剤は、1種類であってもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。 The binder has the function of binding the active material and the conductive agent. As the binder, for example, at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), cellulose-based polymers such as carboxymethyl cellulose (CMC), fluorine-based rubber, styrene butadiene rubber, acrylic resin or its copolymer, polyacrylic acid, and polyacrylonitrile can be used, but is not limited to these. For example, the polymer material contained in the solid electrolyte layer of the separator can be used as the binder. The binder may be one type, or two or more types may be mixed and used.

負極活物質含有層における負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、それぞれ、70質量%以上95質量%以下、3質量%以上20質量%以下、及び2質量%以上10質量%以下の範囲であることが好ましい。導電剤の配合比が3質量%以上であると負極活物質含有層の導電性を良好にでき、20質量%以下であると導電剤表面での水系電解質の分解を低減できる。結着剤の配合比が2質量%以上であると十分な電極強度が得られ、10質量%以下であると電極の絶縁部を減少させることができる。 The compounding ratios of the negative electrode active material, conductive agent, and binder in the negative electrode active material-containing layer are preferably in the ranges of 70% by mass or more and 95% by mass or less, 3% by mass or more and 20% by mass or less, and 2% by mass or more and 10% by mass or less, respectively. When the compounding ratio of the conductive agent is 3% by mass or more, the conductivity of the negative electrode active material-containing layer can be improved, and when it is 20% by mass or less, the decomposition of the aqueous electrolyte on the conductive agent surface can be reduced. When the compounding ratio of the binder is 2% by mass or more, sufficient electrode strength can be obtained, and when it is 10% by mass or less, the insulating part of the electrode can be reduced.

負極集電体は、負極活物質含有層の第2面と接する。負極集電体は、1つの負極活物質含有層の第2面と接していてもよく、或いは、2つの負極活物質含有層の第2面とそれぞれ接していてもよい。例えば、負極集電体は、一方の面にて1つの負極活物質含有層の第2面と接するとともに、裏側の他方の面にて別の負極活物質含有層の第2面と接することもできる。つまり、1つの負極集電体を間に挟んだ2つの負極活物質含有層を含むことができる。 The negative electrode current collector is in contact with the second surface of the negative electrode active material-containing layer. The negative electrode current collector may be in contact with the second surface of one negative electrode active material-containing layer, or may be in contact with each of the second surfaces of two negative electrode active material-containing layers. For example, the negative electrode current collector may be in contact with the second surface of one negative electrode active material-containing layer on one surface and in contact with the second surface of another negative electrode active material-containing layer on the other surface on the back side. In other words, it may include two negative electrode active material-containing layers sandwiched between one negative electrode current collector.

負極集電体は、その少なくとも一部において、その箇所での表裏両方の面にて負極活物質含有層と接していない部分を含むことができる。この部分は、集電タブとして働くことができる。或いは、負極集電体とは別体の集電タブを電極に電気的に接続してもよい。また、負極集電体の両側の面に負極活物質含有層がそれぞれ配置されている場合は、負極集電体の一方の面の少なくとも一部において、その箇所では負極活物質含有層と接していない部分を含むことができる。例えば、負極集電体とは別体の集電タブをこの部分に接続することができる。 The negative electrode current collector may include at least a portion that is not in contact with the negative electrode active material-containing layer on either the front or back surface of that portion. This portion may function as a current collecting tab. Alternatively, a current collecting tab separate from the negative electrode current collector may be electrically connected to the electrode. In addition, when a negative electrode active material-containing layer is disposed on each of both surfaces of the negative electrode current collector, at least a portion of one surface of the negative electrode current collector may include a portion that is not in contact with the negative electrode active material-containing layer at that portion. For example, a current collecting tab separate from the negative electrode current collector may be connected to this portion.

負極集電体の材料には、アルカリ金属イオンが挿入又は脱離するときの電極電位範囲において、電気化学的に安定である物質が用いられる。負極集電体は、例えば、亜鉛箔、アルミニウム箔、又は、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)及びケイ素(Si)から選択される1以上を含むアルミニウム合金箔で、且つZnやSnと言った水素過電圧の大きい金属で表面被覆されていることが好ましい。負極集電体は、多孔体又はメッシュなどの他の形態であってもよい。負極集電体の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましい。このような厚さを有する負極集電体は、電極の強度と軽量化のバランスをとることができる。 The material of the negative electrode current collector is a substance that is electrochemically stable in the electrode potential range when the alkali metal ions are inserted or removed. The negative electrode current collector is, for example, a zinc foil, an aluminum foil, or an aluminum alloy foil containing one or more selected from magnesium (Mg), titanium (Ti), zinc (Zn), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu) and silicon (Si), and is preferably surface-coated with a metal with a high hydrogen overvoltage such as Zn or Sn. The negative electrode current collector may be in other forms such as a porous body or a mesh. The thickness of the negative electrode current collector is preferably 5 μm or more and 20 μm or less. A negative electrode current collector having such a thickness can balance the strength and weight of the electrode.

負極は、例えば、以下の方法により得ることができる。先ず、負極活物質、導電剤及び結着剤を適切な溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを負極集電体の片面又は両面に塗布する。負極集電体上の塗膜を乾燥させて負極活物質含有層を形成する。その後、負極集電体及びその上に形成された負極活物質含有層にプレスを施す。負極活物質含有層としては、負極活物質、導電剤及び結着剤の混合物をペレット状に形成したものを用いてもよい。 The negative electrode can be obtained, for example, by the following method. First, a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder are suspended in an appropriate solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to one or both sides of a negative electrode current collector. The coating on the negative electrode current collector is dried to form a negative electrode active material-containing layer. Thereafter, the negative electrode current collector and the negative electrode active material-containing layer formed thereon are pressed. The negative electrode active material-containing layer may be a mixture of the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder formed into a pellet shape.

(バイポーラ電極)
バイポーラ電極は、一方の面に正極活物質含有層が、対向する他方の面に負極活物質含有層が、それぞれ設けられている。正極活物質含有層及び負極活物質含有層がバイポーラ電極集電体の2つの面に設けられている。
(Bipolar electrode)
The bipolar electrode has a positive electrode active material-containing layer on one side and a negative electrode active material-containing layer on the other opposing side. The positive electrode active material-containing layer and the negative electrode active material-containing layer are provided on two sides of a bipolar electrode current collector.

正極活物質含有層と負極活物質含有層に含まれる活物質含有層は、それぞれ前述した正極、負極で説明したものを用いることができる。 The active material-containing layers contained in the positive electrode active material-containing layer and the negative electrode active material-containing layer can be those described above for the positive electrode and negative electrode, respectively.

バイポーラ電極はひとつの二次電池に1以上備えることができる。例えば2枚以上備えることができる。 A secondary battery can have one or more bipolar electrodes. For example, it can have two or more bipolar electrodes.

バイポーラ電極集電体は、金属層aと金属層bを有する。金属層aと金属層bは電気的に接続されている。金属層aの面上に正極活物質含有層を有し、金属層bの面上に負極活物質含有層を有する。例えば、図2は水系電解質バイポーラ二次電池の備えるバイポーラ電極集電体の概略図である。図2aはバイポーラ電極集電体502の金属層a502aと金属層b502bが直接接している。図2bはバイポーラ電極集電体の金属層a502aと金属層b502bの間に導電性接着層503が存在している。図2cは金属層a502aと金属層b502bの間に導電性接着層a503aと導電性接着層b503bが存在している。図2dは金属層a502aと金属層b502bの間に導電性接着層a503a、導電性接着層b503b及び導電性接着層c503cが存在している。バイポーラ電極集電体の金属層aと金属層bは電気的に接続されていればよい。 The bipolar electrode collector has a metal layer a and a metal layer b. The metal layer a and the metal layer b are electrically connected. The metal layer a has a positive electrode active material-containing layer on the surface thereof, and the metal layer b has a negative electrode active material-containing layer on the surface thereof. For example, FIG. 2 is a schematic diagram of a bipolar electrode collector provided in an aqueous electrolyte bipolar secondary battery. In FIG. 2a, the metal layer a 502a and the metal layer b 502b of the bipolar electrode collector 502 are in direct contact with each other. In FIG. 2b, a conductive adhesive layer 503 is present between the metal layer a 502a and the metal layer b 502b of the bipolar electrode collector. In FIG. 2c, a conductive adhesive layer a 503a and a conductive adhesive layer b 503b are present between the metal layer a 502a and the metal layer b 502b. In FIG. 2d, a conductive adhesive layer a 503a, a conductive adhesive layer b 503b, and a conductive adhesive layer c 503c are present between the metal layer a 502a and the metal layer b 502b. Metal layer a and metal layer b of the bipolar electrode collector need only be electrically connected.

金属層aはCr、Ni、Fe、Ti、Alからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む。金属層aは正極活物質含有層と接するため、正極側に用いられる水系電解質(正極側水系電解質)と接することになる。金属層aに上記金属元素を用いることで、正極側水系電解質からの腐食に対して耐久性を持つことができる。正極側水系電解質については詳しくは後述する。 The metal layer a contains at least one element selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Ti, and Al. The metal layer a is in contact with the positive electrode active material-containing layer, and therefore in contact with the aqueous electrolyte used on the positive electrode side (positive electrode-side aqueous electrolyte). By using the above metal element in the metal layer a, it is possible to provide durability against corrosion from the positive electrode-side aqueous electrolyte. The positive electrode-side aqueous electrolyte will be described in detail later.

金属層aはCr、Ni、Fe、Ti、Alからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むため、金属層aはNi箔、Ti箔などのほぼ1種類の金属元素で構成される金属箔、つまり金属層aの1層当たりの重量に対してほぼ100wt.%の、Ni、Fe、Ti、Alからなる群より選択される1種の元素が含まれるでもよいし、ステンレス箔やAl-Mg合金及びAl-Zn-Mg合金といった合金箔でもよいし、基材にメッキを施すことで基材の表面にCr、Ni、Fe、Ti、Alからなる群より選択される少なくとも1種の元素を備えさせてもよい。つまり、金属層aが水系電解質と接する部分に、Cr、Ni、Fe、Ti、Alからなる群より選択される少なくとも1種の元素を備えていればよい。そのため、金属層aの水系電解質と接する表面のすべてにCr、Ni、Fe、Ti、Alからなる群より選択される少なくとも1種の元素が存在することが好ましい。上記元素を備えさせるには、箔状やメッキを行い被覆された状態にすることが好ましい。 Since the metal layer a contains at least one element selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Ti, and Al, the metal layer a may be a metal foil such as Ni foil or Ti foil that is composed of almost one type of metal element, that is, the metal layer a may contain one element selected from the group consisting of Ni, Fe, Ti, and Al at almost 100 wt. % of the weight of each layer of the metal layer a, or may be an alloy foil such as a stainless steel foil, an Al-Mg alloy, or an Al-Zn-Mg alloy, or the surface of the base material may be provided with at least one element selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Ti, and Al by plating the base material. In other words, it is sufficient that the part of the metal layer a that contacts the aqueous electrolyte is provided with at least one element selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Ti, and Al. Therefore, it is preferable that at least one element selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Ti, and Al is present on all of the surfaces of the metal layer a that contact the aqueous electrolyte. To provide the above elements, it is preferable to make it in foil form or to coat it with plating.

金属層a及び金属層bの厚さは、それぞれ金属層が水系電解質に接する表面の金属種により厚さを変えることができる。用いる金属種の硬度が高ければ、バイポーラ電極にした際に電極の強度を保つことができる。そのため、用いる金属種の硬度が高いものはバイポーラ電極集電体の厚さに対して金属層a及び金属層bの厚さを薄くすることができる。 The thickness of metal layer a and metal layer b can be changed depending on the metal type of the surface of the metal layer that comes into contact with the aqueous electrolyte. If the hardness of the metal type used is high, the strength of the electrode can be maintained when it is made into a bipolar electrode. Therefore, if the hardness of the metal type used is high, the thickness of metal layer a and metal layer b can be made thinner than the thickness of the bipolar electrode current collector.

バイポーラ電極の強度は、金属層a及び金属層bの少なくとも一方の金属層によりバイポーラ電極の強度を保てればよい。 The strength of the bipolar electrode needs to be maintained by at least one of the metal layers a and b.

金属層aに用いる金属種や、厚みによって、バイポーラ電極集電体に生じるピンホールやクラックを抑制できるとともに、電池にした際には外部からの衝撃による負極、正極及びバイポーラ電極を含む電極群の折れ曲がりなども低減させることができる。 Depending on the type of metal used in metal layer a and its thickness, it is possible to suppress pinholes and cracks that occur in the bipolar electrode current collector, and when the battery is made, it is also possible to reduce bending of the electrode group including the negative electrode, positive electrode, and bipolar electrode due to external impact.

バイポーラ電極集電体の厚さは10μm以上100μm以下が好ましい。100μmより大きいと、エネルギー密度が低下するため、好ましくない。10μm未満だと強度が足りないため、バイポーラ電極としての強度を保つことが難しい。 The thickness of the bipolar electrode collector is preferably 10 μm or more and 100 μm or less. If it is more than 100 μm, the energy density decreases, which is not preferable. If it is less than 10 μm, it is difficult to maintain the strength required as a bipolar electrode because the strength is insufficient.

金属層aにAlを用いる場合、金属層aの厚みはバイポーラ電極集電体の厚みに対し9%以上95%以下であることが好ましい。Alを用いるとは、例えばAl箔といったほぼ1種類の金属元素で構成されるものを用いる場合である。バイポーラ電極集電体の厚さに対して、金属層aと金属層bの厚さはトレードオフの関係なので、金属層aの厚みがバイポーラ電極集電体の厚みに対して9%以上95%以下であることでバイポーラ電極集電体としての耐食性が保持できるためである。金属層aの厚みがバイポーラ電極集電体の厚みに対して9%未満だと金属層aがプレス加工などにより、金属層aに剥離などが生じた場合、金属層bが露出してしまい、耐食性が低下するため好ましくない。金属層aの厚みがバイポーラ電極集電体の厚みに対して95%より大きくなると金属層bがプレス加工などにより、金属層bに剥離などが生じた場合、金属層aが露出してしまい、耐食性が低下するため好ましくない。より好ましくは金属層aの厚みがバイポーラ電極集電体の厚みに対して40%以上60%下である。 When Al is used for the metal layer a, the thickness of the metal layer a is preferably 9% to 95% of the thickness of the bipolar electrode collector. The use of Al means, for example, the use of a material composed of almost one type of metal element, such as Al foil. Since the thicknesses of the metal layer a and the metal layer b are in a trade-off relationship with respect to the thickness of the bipolar electrode collector, the corrosion resistance of the bipolar electrode collector can be maintained by having the thickness of the metal layer a be 9% to 95% of the thickness of the bipolar electrode collector. If the thickness of the metal layer a is less than 9% of the thickness of the bipolar electrode collector, when the metal layer a peels off due to pressing or the like, the metal layer b is exposed, which is not preferable because the corrosion resistance is reduced. If the thickness of the metal layer a is more than 95% of the thickness of the bipolar electrode collector, when the metal layer b peels off due to pressing or the like, the metal layer a is exposed, which is not preferable because the corrosion resistance is reduced. More preferably, the thickness of metal layer a is 40% to 60% less than the thickness of the bipolar electrode collector.

金属層aにCr、Fe、Ni、Ti、Al-Mg合金、Al-Mg-Zn合金が含まれる場合、金属層aの厚みはバイポーラ電極集電体の厚みに対し7%以上95%以下であることが好ましい。Cr、Fe、Ni、Ti、Al-Mg合金、Al-Mg-Zn合金は箔として用いてもよいし、メッキでもよい。バイポーラ電極集電体の厚さに対して、金属層aと金属層bの厚さはトレードオフの関係なので、金属層aの厚みがバイポーラ電極集電体の厚みに対して7%以上95%以下であることでバイポーラ電極集電体としての耐食性が保持できるためである。金属層aの厚みがバイポーラ電極集電体の厚みに対して7%未満だと金属層aがプレス加工などにより、金属層aに剥離などが生じた場合、金属層bが露出してしまい、耐食性が低下するため好ましくない。金属層aの厚みがバイポーラ電極集電体の厚みに対して95%より大きくなると金属層bがプレス加工などにより、金属層bに剥離などが生じた場合、金属層aが露出してしまい、耐食性が低下するとなるため好ましくない。より好ましくは金属層aの厚みがバイポーラ電極集電体の厚みに対して30%以上70%以下である。さらにより好ましくは金属層aの厚みがバイポーラ電極集電体の厚みに対して40%以上60%以下である。 When the metal layer a contains Cr, Fe, Ni, Ti, Al-Mg alloy, or Al-Mg-Zn alloy, the thickness of the metal layer a is preferably 7% to 95% of the thickness of the bipolar electrode collector. Cr, Fe, Ni, Ti, Al-Mg alloy, and Al-Mg-Zn alloy may be used as foil or plated. Since there is a trade-off between the thickness of the bipolar electrode collector and the thickness of the metal layer a and the metal layer b, the corrosion resistance of the bipolar electrode collector can be maintained by making the thickness of the metal layer a 7% to 95% of the thickness of the bipolar electrode collector. If the thickness of the metal layer a is less than 7% of the thickness of the bipolar electrode collector, when the metal layer a peels off due to pressing, the metal layer b is exposed, and the corrosion resistance is reduced, which is not preferable. If the thickness of metal layer a is greater than 95% of the thickness of the bipolar electrode current collector, when metal layer b peels off due to pressing or the like, metal layer a will be exposed, resulting in a decrease in corrosion resistance, which is undesirable. More preferably, the thickness of metal layer a is 30% to 70% of the thickness of the bipolar electrode current collector. Even more preferably, the thickness of metal layer a is 40% to 60% of the thickness of the bipolar electrode current collector.

金属層aにステンレスを用いる場合、金属層aの厚みはバイポーラ電極集電体の厚みに対し、5%以上95%以下であることが好ましい。ステンレスを用いるとは、例えばステンレス箔を用いる場合である。バイポーラ電極集電体の厚さに対して、金属層aと金属層bの厚さはトレードオフの関係なので、金属層aの厚みがバイポーラ電極集電体の厚みに対して5%以上95%以下であることでバイポーラ電極集電体としての耐食性が保持できるためである。金属層aの厚みがバイポーラ電極集電体の厚みに対して5%未満だと金属層aがプレス加工などにより、金属層aに剥離などが生じた場合、金属層bが露出してしまい、耐食性が低下するとなるため好ましくない。金属層aの厚みがバイポーラ電極集電体の厚みに対して95%より大きくなると金属層bがプレス加工などにより、金属層bに剥離などが生じた場合、金属層aが露出してしまい、耐食性が低下するとなるため好ましくない。 When stainless steel is used for the metal layer a, the thickness of the metal layer a is preferably 5% to 95% of the thickness of the bipolar electrode collector. For example, stainless steel foil is used. Since there is a trade-off between the thickness of the bipolar electrode collector and the thickness of the metal layer a, the thickness of the metal layer a is 5% to 95% of the thickness of the bipolar electrode collector, so that the corrosion resistance of the bipolar electrode collector can be maintained. If the thickness of the metal layer a is less than 5% of the thickness of the bipolar electrode collector, when the metal layer a peels off due to pressing or the like, the metal layer b is exposed, which is not preferable because the corrosion resistance is reduced. If the thickness of the metal layer a is more than 95% of the thickness of the bipolar electrode collector, when the metal layer b peels off due to pressing or the like, the metal layer a is exposed, which is not preferable because the corrosion resistance is reduced.

金属層aにメッキを施してCr、Ni、Fe、Ti、Alからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含ませる場合、金属層aの厚さは、メッキの厚さと基材の厚さの合計となる。このメッキの厚さはバイポーラ電極集電体の厚みに対し、5%以上95%以下であることが好ましい。メッキの厚さが上記範囲であることで、バイポーラ電極集電体としての耐食性が保持できるためである。 When metal layer a is plated to include at least one element selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Ti, and Al, the thickness of metal layer a is the sum of the plating thickness and the substrate thickness. The plating thickness is preferably 5% to 95% of the thickness of the bipolar electrode collector. This is because the corrosion resistance of the bipolar electrode collector can be maintained by having the plating thickness in the above range.

金属層bは、金属層bの1層当たりの重量に対して10wt.%以上100wt.%以下のZn及びSnのいずれか1種の元素を含む。金属層bの1層当たりとは、1つのバイポーラ電極が備えるバイポーラ電極集電体が有する金属層bのことである。金属層bは負極活物質含有層と接するため、負極側に用いられる水系電解質(負極側水系電解質)と接することになる。金属層bは、金属層bの1層当たりの重量に対して10wt.%以上100wt.%以下のZn及びSnのいずれか1種の元素を含むことで、負極側水系電解質からの腐食に対して耐久性を持つことができる。負極側水系電解質については詳しくは後述する。金属層bはZn及びSnのいずれか1種を少なくとも金属層bの1層当たりの重量に対して10wt.%以上含むとは、金属層bがZn箔、Sn箔などの金属箔や合金箔である場合や、基材にメッキを施すことで基材の表面にZn及びSnのいずれか1種を備えさせてもよい。メッキを施した場合、金属層bはメッキ部分と基材部分をあわせたものとなる。つまり、金属層bが水系電解質と接する部分にZn及びSnのいずれか1種を少なくとも金属層bの1層当たりの重量に対して10wt.%以上備えていればよい。 The metal layer b contains one of the elements Zn and Sn in an amount of 10 wt. % or more and 100 wt. % or less based on the weight of each layer of the metal layer b. Each layer of the metal layer b refers to the metal layer b of the bipolar electrode current collector of one bipolar electrode. The metal layer b contacts the negative electrode active material-containing layer, and therefore contacts the aqueous electrolyte (negative electrode-side aqueous electrolyte) used on the negative electrode side. The metal layer b contains one of the elements Zn and Sn in an amount of 10 wt. % or more and 100 wt. % or less based on the weight of each layer of the metal layer b, thereby making the metal layer b durable against corrosion from the negative electrode-side aqueous electrolyte. The negative electrode-side aqueous electrolyte will be described in detail later. The metal layer b contains one of the elements Zn and Sn in an amount of at least 10 wt. % or more based on the weight of each layer of the metal layer b. % or more means that the metal layer b is a metal foil such as Zn foil or Sn foil, or an alloy foil, or that the surface of the base material is provided with either Zn or Sn by plating the base material. When plating is applied, the metal layer b is a combination of the plated portion and the base material portion. In other words, it is sufficient that the portion of the metal layer b that contacts the aqueous electrolyte contains either Zn or Sn in an amount of at least 10 wt. % or more relative to the weight of each layer of the metal layer b.

より好ましくは15wt.%以上であり、さらにより好ましくは20wt.%以上である。これらの範囲であることで副反応を抑制でき、より耐食性を向上させることができるためである。 More preferably, it is 15 wt. % or more, and even more preferably, it is 20 wt. % or more. This is because by being in this range, side reactions can be suppressed and corrosion resistance can be further improved.

より好ましくは金属層bが、Cu-Zn合金又はCu-Sn合金である。金属層bが、Cu-Zn合金、Cu-Sn合金のいずれかであることで、より耐食性が向上する。 More preferably, metal layer b is a Cu-Zn alloy or a Cu-Sn alloy. When metal layer b is either a Cu-Zn alloy or a Cu-Sn alloy, corrosion resistance is further improved.

金属層bの厚さのバイポーラ電極集電体に対する厚さは、金属層aの種類や厚さに合わせて適宜変更することができる。 The thickness of metal layer b relative to the bipolar electrode collector can be changed as appropriate according to the type and thickness of metal layer a.

バイポーラ電極集電体の金属層aと金属層bが接している場合、これら2層はクラッド材のように作製されてもよいし、金属層aと金属層bを重ねただけの積層したものでもよい。 When metal layer a and metal layer b of the bipolar electrode collector are in contact with each other, these two layers may be fabricated as a clad material, or may be a laminate of metal layer a and metal layer b.

バイポーラ電極集電体は、導電性接着層を備えてもよい。導電性接着層は、金属層aと金属層bの間に存在し、金属層aと金属層bに接している。導電性接着層は図2c、図2dのように2層、3層と複数層設けてもよい。導電性接着層が複数ある場合、それぞれに用いる材は異なってもよいし、同じでもよい。 The bipolar electrode current collector may include a conductive adhesive layer. The conductive adhesive layer is between metal layer a and metal layer b, and is in contact with metal layer a and metal layer b. The conductive adhesive layer may be provided in multiple layers, such as two or three layers, as shown in Figures 2c and 2d. When there are multiple conductive adhesive layers, the materials used for each layer may be different or the same.

導電性接着層は、導電性を有し、金属層aと金属層bの電気的接続が保てれば種類は問わない。そのため、導電性接着層は導電性樹脂又は金属を用いてよい。金属とは、例えばはんだに用いられるものである。具体的には、Pb-Zn合金や導電性炭素を分散させた樹脂が好ましい。導電性樹脂と金属をひとつの導電性接着層として用いてもよいし、導電性接着層が複数ある場合は、各層ごとに異なる種類の導電性樹脂を備えることや、各層ごとに異なる異なる種類の金属どうしを備えるようにして導電性接着層としてよい。導電性樹脂を備える層と、金属備える層とを用いて導電性接着層を複数にしてもよい。また、ひとつの導電性接着層に複数種類の材料を用いてもよい。 The conductive adhesive layer may be of any type as long as it is conductive and can maintain electrical connection between the metal layer a and the metal layer b. Therefore, the conductive adhesive layer may be made of a conductive resin or a metal. The metal may be, for example, that used in solder. Specifically, a resin with Pb-Zn alloy or conductive carbon dispersed therein is preferred. A conductive resin and a metal may be used as one conductive adhesive layer, or when there are multiple conductive adhesive layers, each layer may be provided with a different type of conductive resin, or each layer may be provided with different types of metals to form a conductive adhesive layer. Multiple conductive adhesive layers may be provided by using a layer with conductive resin and a layer with metal. Also, multiple types of materials may be used in one conductive adhesive layer.

導電性接着層の厚さは特に問わないが、0.1μm以上10μm以下の厚さであることが好ましい。 The thickness of the conductive adhesive layer is not particularly important, but it is preferable that the thickness be 0.1 μm or more and 10 μm or less.

金属層a、金属層b及び導電性接着層の厚みと、金属層a、金属層b及び導電性接着層に含まれる元素の割合の測定方法について記載する。 This section describes how to measure the thicknesses of metal layer a, metal layer b, and the conductive adhesive layer, and the proportions of elements contained in metal layer a, metal layer b, and the conductive adhesive layer.

(バイポーラ電極の導電性の確認)
まず、バイポーラ電極に導電性があるかを確認する。導電性があれば、後の測定で金属層aと金属層bの間に層があった場合、その層は導電性接着層とする。
(Checking the conductivity of bipolar electrodes)
First, it is confirmed whether the bipolar electrode has conductivity. If it has conductivity, and if there is a layer between the metal layer a and the metal layer b in the subsequent measurement, the layer is determined to be a conductive adhesive layer.

(金属層a、金属層b及び導電性接着層の厚みの測定方法)
走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)で断面を確認し、測定する。倍率は例えば100倍から5000倍である。断面をエネルギー分散型X線分光法(EnergyDispersive X-ray Spectroscopy;EDX)で元素分析を行い、金属層a、金属層b及び導電性接着層に含まれている元素及び層の厚みを測定する。
(Method of measuring thickness of metal layer a, metal layer b and conductive adhesive layer)
The cross section is observed and measured using a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of, for example, 100 to 5000 times. The cross section is subjected to elemental analysis using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) to measure the elements and layer thicknesses contained in the metal layer a, the metal layer b, and the conductive adhesive layer.

(セパレータ)
正極と負極との間にはセパレータを設置することができる。第1のセパレータ及び第2のセパレータを総称してセパレータと呼ぶ。
(Separator)
A separator can be disposed between the positive electrode and the negative electrode. The first separator and the second separator are collectively called the separator.

セパレータを絶縁材料で構成することで、正極と負極とが電気的に接触することを防止することができる。また、セパレータ内を電解質が移動可能な形状のものを使用することが望ましい。 By constructing the separator from an insulating material, electrical contact between the positive and negative electrodes can be prevented. It is also desirable to use a separator with a shape that allows the electrolyte to move within it.

セパレータの例に、不織布、フィルム、紙などが含まれる。セパレータの構成材料の例に、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、セルロースが含まれる。好ましいセパレータの例に、セルロース繊維を含む不織布、ポリオレフィン繊維を含む多孔質フィルム等を挙げることができる。 Examples of separators include nonwoven fabrics, films, and papers. Examples of separator materials include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, and cellulose. Examples of preferred separators include nonwoven fabrics containing cellulose fibers and porous films containing polyolefin fibers.

セパレータは多孔質も非多孔質用いることができるが、非多孔質のものが好ましい。非多孔質のものを用いることで、水系電解質が混ざることを防ぐことができる。 The separator can be either porous or non-porous, but non-porous is preferred. Using a non-porous separator can prevent the aqueous electrolyte from mixing.

繊維を含むセパレータにおける繊維径は10μm以下が好ましい。繊維径を10μm以下にすることで、電解質に対するセパレータの親和性が向上するので電池抵抗を小さくすることができる。繊維径のより好ましい範囲は3μm以下である。 The fiber diameter of the separator containing fibers is preferably 10 μm or less. By making the fiber diameter 10 μm or less, the affinity of the separator to the electrolyte is improved, thereby reducing the battery resistance. A more preferable range for the fiber diameter is 3 μm or less.

セパレータは、厚さが20μm以上100μm以下、密度が0.2g/cm以上0.9g/cm以下であることが好ましい。この範囲であると、機械的強度と電池抵抗の軽減のバランスを取ることができ、高出力で内部短絡が抑制された二次電池を提供することができる。また、高温環境下でのセパレータの熱収縮が少なく、良好な高温貯蔵性能を出すことが出来る。 The separator preferably has a thickness of 20 μm or more and 100 μm or less and a density of 0.2 g/cm 3 or more and 0.9 g/cm 3 or less. In this range, a balance between mechanical strength and reduction in battery resistance can be achieved, and a secondary battery with high output and suppressed internal short circuit can be provided. In addition, the separator suffers little thermal shrinkage in a high-temperature environment, and good high-temperature storage performance can be achieved.

また、セパレータとして、固体電解質粒子を含む固体電解質層を使用することもできる。固体電解質層は、1種類の固体電解質粒子を含んでいても良く、複数種類の固体電解質粒子を含んでいてもよい。固体電解質層は、固体電解質粒子を含む固体電解質複合膜であってもよい。固体電解質複合膜は、例えば、固体電解質粒子を高分子結着剤を用いて膜状に成形したものである。固体電解質層は、可塑剤及び電解質塩からなる群より選択される少なくとも1つを含んでいても良い。固体電解質層が電解質塩を含んでいると、例えば、固体電解質層のアルカリ金属イオン伝導性をより高めることができる。 A solid electrolyte layer containing solid electrolyte particles can also be used as the separator. The solid electrolyte layer may contain one type of solid electrolyte particles, or may contain multiple types of solid electrolyte particles. The solid electrolyte layer may be a solid electrolyte composite membrane containing solid electrolyte particles. The solid electrolyte composite membrane is, for example, a membrane formed from solid electrolyte particles using a polymer binder. The solid electrolyte layer may contain at least one selected from the group consisting of a plasticizer and an electrolyte salt. If the solid electrolyte layer contains an electrolyte salt, for example, the alkali metal ion conductivity of the solid electrolyte layer can be further increased.

固体電解質層に含まれる無機固体粒子としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、イットリア、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化バナジウムなどの酸化物系セラミックス、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸ランタン、炭酸セリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、石膏、硫酸バリウムなどの炭酸塩及び硫酸塩、水酸燐灰石、リチウムリン酸塩、リン酸ジルコニウム、リン酸チタニウムなどのリン酸塩、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物系セラミックスなどが例として挙げられる。以上に挙げた無機粒子は水和物の形態をとっていてもよい。 Examples of inorganic solid particles contained in the solid electrolyte layer include oxide-based ceramics such as alumina, silica, zirconia, yttria, magnesium oxide, calcium oxide, barium oxide, strontium oxide, and vanadium oxide; carbonates and sulfates such as sodium carbonate, potassium carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate, barium carbonate, lanthanum carbonate, cerium carbonate, calcium sulfate, magnesium sulfate, aluminum sulfate, gypsum, and barium sulfate; phosphates such as hydroxyapatite, lithium phosphate, zirconium phosphate, and titanium phosphate; and nitride-based ceramics such as silicon nitride, titanium nitride, and boron nitride. The inorganic particles listed above may be in the form of a hydrate.

無機固体粒子は、アルカリ金属イオンのイオン伝導性を有する固体電解質粒子を含むことが好ましい。具体的には、リチウムイオン及びナトリウムイオンに対するイオン伝導性を有する無機固体粒子がより好ましい。 The inorganic solid particles preferably include solid electrolyte particles having ionic conductivity for alkali metal ions. Specifically, inorganic solid particles having ionic conductivity for lithium ions and sodium ions are more preferable.

リチウムイオン伝導性を有する無機固体粒子としては、例えば、酸化物系固体電解質、又は硫化物系固体電解質を挙げることができる。酸化物系固体電解質としては、NASICON(Sodium (Na) Super Ionic Conductor)型構造を有し、一般式Li1+x(POで表されるリチウムリン酸固体電解質を用いることが好ましい。上記一般式中のMは、例えば、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ストロンチウム(Sr)、ジルコニウム(Zr)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、及びカルシウム(Ca)からなる群より選択される1以上である。添字xは、0≦x≦2の範囲内にある。一般式LiM(POで表されるリチウムリン酸固体電解質のイオン伝導度は、例えば、1×10-5S/cm以上1×10-3S/cm以下である。 Examples of inorganic solid particles having lithium ion conductivity include oxide-based solid electrolytes and sulfide-based solid electrolytes. As the oxide-based solid electrolyte, it is preferable to use a lithium phosphate solid electrolyte having a NASICON (Sodium (Na) Super Ionic Conductor) type structure and represented by the general formula Li 1+x M 2 (PO 4 ) 3. In the general formula, M is, for example, one or more selected from the group consisting of titanium (Ti), germanium (Ge), strontium (Sr), zirconium (Zr), tin (Sn), aluminum (Al), and calcium (Ca). The subscript x is within the range of 0≦x≦2. The ionic conductivity of the lithium phosphate solid electrolyte represented by the general formula LiM 2 (PO 4 ) 3 is, for example, 1×10 −5 S/cm or more and 1×10 −3 S/cm or less.

NASICON型構造を有するリチウムリン酸固体電解質の具体例としては、Li1+wAlTi2-w(PO)で表され0.1≦w≦0.5であるLATP化合物;Li1+yAlM12-z(PO)で表されM1はTi,Ge,Sr,Zr,Sn,及びCaからなる群より選択される1以上であり0≦y≦1及び0≦z≦1である化合物;Li1+xAlGe2-x(POで表され0≦x≦2である化合物;及び、Li1+xAlZr2-x(POで表され0≦x≦2である化合物;Li1+u+vAlMα2-uSi3-v12で表されMαはTi及びGeからなる群より選択される1以上であり0<u≦2、0≦v<3である化合物;Li1+2tZr1-tCa(POで表され0≦t<1である化合物を挙げることができる。Li1+2tZr1-tCa(POは、耐水性が高く、還元性及びコストが低いことから、無機固体電解質粒子として用いることが好ましい。 Specific examples of lithium phosphate solid electrolytes having a NASICON structure include an LATP compound represented by Li 1+w Al w Ti 2-w (PO 4 ) 3 where 0.1≦w≦0.5; a compound represented by Li 1+y Al z M1 2-z (PO 4 ) 3 where M1 is one or more selected from the group consisting of Ti, Ge, Sr, Zr, Sn, and Ca, and 0≦y≦1 and 0≦z≦1; a compound represented by Li 1+x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 where 0≦x≦2; and a compound represented by Li 1+x Al x Zr 2-x (PO 4 ) 3 where 0≦x≦2; Li 1+u+v Al u2-u Si v P 3-v O 12 , where Mα is 1 or more selected from the group consisting of Ti and Ge, and 0<u≦2, 0≦v<3; and a compound represented by Li1 + 2tZr1 -tCat ( PO4 ) 3 , where 0≦t<1. Li1+2tZr1 - tCat ( PO4 ) 3 is preferably used as inorganic solid electrolyte particles because it has high water resistance, low reducing properties, and low cost.

また、酸化物系固体電解質としては、上記リチウムリン酸固体電解質の他にも、LiPOで表され2.6≦p≦3.5、1.9≦q≦3.8、及び0.1≦r≦1.3であるアモルファス状のLIPON化合物(例えば、Li2.9PO3.30.46);ガーネット型構造のLa5+sLa3-sMβ12で表されAはCa,Sr,及びBaからなる群より選択される1以上でMβはNb及びTaからなる群より選択される1以上であり0≦s≦0.5である化合物;LiMγ2-s12で表されMγはTa及びNbからなる群より選択される1以上でありLはZrを含み得0≦s≦0.5である化合物;Li7-3sAlLaZr12で表され0≦s≦0.5である化合物;及びLi5+xLaM22-xZr12で表されM2はNb及びTaから成る群より選択される1以上であり0≦x≦2であるLLZ化合物(例えば、LiLaZr12)が挙げられる。固体電解質は、1種類であってもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。LIPONのイオン伝導度は、例えば、1×10-6S/cm以上5×10-6S/cm以下である。LLZのイオン伝導度は、例えば、1×10-4S/cm以上5×10-4S/cm以下である。 Examples of oxide-based solid electrolytes include, in addition to the lithium phosphate solid electrolyte, amorphous LIPON compounds (e.g., Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 ) represented by Li p PO q N r , where 2.6≦p≦3.5, 1.9≦q≦3.8, and 0.1≦r≦1.3; compounds having a garnet structure represented by La 5+s As La 3-s2 O 12, where A is 1 or more selected from the group consisting of Ca, Sr, and Ba, Mβ is 1 or more selected from the group consisting of Nb and Ta, and 0≦s≦0.5; compounds represented by Li 32-s L 2 O 12 , where Mγ is 1 or more selected from the group consisting of Ta and Nb, L may contain Zr, and 0≦ s ≦0.5; and a LLZ compound (e.g., Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) represented by Li 5+x La 3 M2 2-x Zr x O 12 , where M2 is 1 or more selected from the group consisting of Nb and Ta, and 0≦x≦2. The solid electrolyte may be one type, or two or more types may be mixed and used. The ionic conductivity of LIPON is, for example, 1 × 10 −6 S/ cm or more and 5×10 −6 S/cm or less. The ionic conductivity of LLZ is, for example, 1× 10 −4 S /cm or more and 5×10 −4 S/cm or less.

また、ナトリウムイオンのイオン伝導性を有する無機固体粒子としては、ナトリウム含有固体電解質を用いてもよい。ナトリウム含有固体電解質は、ナトリウムイオンのイオン伝導性に優れている。ナトリウム含有固体電解質としては、β-アルミナ、ナトリウムリン硫化物、及びナトリウムリン酸化物などを挙げることができる。ナトリウムイオン含有固体電解質は、ガラスセラミックスの形態にあることが好ましい。 As the inorganic solid particles having ionic conductivity of sodium ions, a sodium-containing solid electrolyte may be used. The sodium-containing solid electrolyte has excellent ionic conductivity of sodium ions. Examples of the sodium-containing solid electrolyte include β-alumina, sodium phosphorus sulfide, and sodium phosphate. The sodium-ion-containing solid electrolyte is preferably in the form of glass ceramics.

無機固体粒子は、25℃において1×10-5S/cm以上のリチウムイオン伝導度を有する固体電解質であることが好ましい。リチウムイオン伝導度は、例えば、交流インピーダンス法により測定できる。詳細は、後述する。 The inorganic solid particles are preferably a solid electrolyte having a lithium ion conductivity of 1×10 −5 S/cm or more at 25° C. The lithium ion conductivity can be measured, for example, by an AC impedance method, as will be described in detail later.

無機固体粒子の形状は特に限定されないが、例えば、球状、楕円形状、扁平形状、又は繊維状などにすることができる。 The shape of the inorganic solid particles is not particularly limited, but may be, for example, spherical, elliptical, flat, or fibrous.

無機固体粒子の平均粒子径は、15μm以下であることが好ましく、12μm以下であることがより好ましい。無機固体粒子の平均粒子径が小さいと、固体電解質層の緻密性を高めることができる。 The average particle size of the inorganic solid particles is preferably 15 μm or less, and more preferably 12 μm or less. If the average particle size of the inorganic solid particles is small, the density of the solid electrolyte layer can be increased.

無機固体粒子の平均粒子径は、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。無機固体粒子の平均粒子径が大きいと、粒子同士の凝集が抑制される傾向にある。 The average particle size of the inorganic solid particles is preferably 0.01 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more. If the average particle size of the inorganic solid particles is large, aggregation of the particles tends to be suppressed.

なお、無機固体粒子の平均粒子径は、レーザー回折式の粒度分布測定装置により求めた粒度分布において、体積積算値が50%となる粒径を意味している。この粒度分布測定を行う際の試料としては、無機固体粒子の濃度が0.01質量%から5質量%となるようにエタノールで希釈した分散液を用いる。 The average particle size of inorganic solid particles means the particle size at which the volumetric cumulative value is 50% in the particle size distribution determined by a laser diffraction particle size distribution measuring device. The sample used for this particle size distribution measurement is a dispersion diluted with ethanol so that the concentration of inorganic solid particles is 0.01% by mass to 5% by mass.

固体電解質層において、無機固体粒子は主成分であることが好ましい。固体電解質層における無機固体粒子の割合は、固体電解質層のイオン伝導性を高めるという観点からは、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、85質量%以上であることが更に好ましい。固体電解質層における無機固体粒子の割合は、固体電解質層の膜強度を高めるという観点からは、98質量%以下であることが好ましく、95質量%以下であることがより好ましく、90質量%以下であることが更に好ましい。固体電解質層における無機固体粒子の割合は、熱重量(Thermogravimetricanalysis;TG)分析により算出できる。 In the solid electrolyte layer, inorganic solid particles are preferably the main component. From the viewpoint of increasing the ionic conductivity of the solid electrolyte layer, the proportion of inorganic solid particles in the solid electrolyte layer is preferably 70 mass% or more, more preferably 80 mass% or more, and even more preferably 85 mass% or more. From the viewpoint of increasing the membrane strength of the solid electrolyte layer, the proportion of inorganic solid particles in the solid electrolyte layer is preferably 98 mass% or less, more preferably 95 mass% or less, and even more preferably 90 mass% or less. The proportion of inorganic solid particles in the solid electrolyte layer can be calculated by thermogravimetric analysis (TG) analysis.

固体電解質層に含まれる高分子材料は、無機固体粒子同士の結着性を高める。高分子材料の重量平均分子量は、例えば、3000以上である。高分子材料の重量平均分子量が3000以上であると、無機固体粒子の結着性をより高められる。高分子材料の重量平均分子量は、3000以上5000000以下であることが好ましく、5000以上2000000以下であることがより好ましく、10000以上1000000以下であることが更に好ましい。高分子材料の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GelPermeation Chromatography:GPC)により求めることができる。 The polymer material contained in the solid electrolyte layer enhances the adhesion between inorganic solid particles. The weight average molecular weight of the polymer material is, for example, 3000 or more. When the weight average molecular weight of the polymer material is 3000 or more, the adhesion between the inorganic solid particles can be further enhanced. The weight average molecular weight of the polymer material is preferably 3000 or more and 5,000,000 or less, more preferably 5000 or more and 2,000,000 or less, and even more preferably 10,000 or more and 1,000,000 or less. The weight average molecular weight of the polymer material can be determined by gel permeation chromatography (GPC).

高分子材料は、単一のモノマーユニットからなる重合体(ポリマー)、複数のモノマーユニットからなる共重合体(コポリマー)、又はこれらの混合物であり得る。高分子材料は、酸素(O)、硫黄(S)、窒素(N)、及びフッ素(F)からなる群より選択される1以上を含む官能基を有する炭化水素で構成されるモノマーユニットを含んでいることが好ましい。高分子材料において、モノマーユニットで構成された部分が占める割合は70モル%以上であることが好ましい。以下、このモノマーユニットを、第1モノマーユニットと称する。また、共重合体において、第1モノマーユニット以外のものを、第2モノマーユニットと称する。第1モノマーユニットと第2モノマーユニットとの共重合体は、交互共重合体であってもよく、ランダム共重合体であってもよく、又は、ブロック共重合体であってもよい。 The polymeric material may be a polymer made of a single monomer unit, a copolymer made of multiple monomer units, or a mixture thereof. The polymeric material preferably contains a monomer unit made of a hydrocarbon having a functional group containing one or more selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), nitrogen (N), and fluorine (F). In the polymeric material, the proportion of the portion made of the monomer unit is preferably 70 mol % or more. Hereinafter, this monomer unit is referred to as a first monomer unit. In addition, in the copolymer, the unit other than the first monomer unit is referred to as a second monomer unit. The copolymer of the first monomer unit and the second monomer unit may be an alternating copolymer, a random copolymer, or a block copolymer.

高分子材料において、第1モノマーユニットで構成された部分が占める割合が70モル%より低いと、第1及び第2固体電解質層の遮水性が低下するおそれがある。高分子材料において、第1モノマーユニットで構成された部分の割合は、90モル%以上であることが好ましい。高分子材料は、第1モノマーユニットで構成された部分の割合が100モル%、すなわち、第1モノマーユニットのみからなる重合体であることが最も好ましい。 If the proportion of the portion composed of the first monomer unit in the polymer material is less than 70 mol %, the water-blocking properties of the first and second solid electrolyte layers may be reduced. In the polymer material, the proportion of the portion composed of the first monomer unit is preferably 90 mol % or more. It is most preferable that the proportion of the portion composed of the first monomer unit is 100 mol %, that is, the polymer is composed only of the first monomer unit.

第1モノマーユニットは、酸素(O)、硫黄(S)、窒素(N)、及びフッ素(F)からなる群より選択される1以上の元素を含む官能基を側鎖に有し、主鎖が炭素-炭素結合により構成された化合物であってもよい。炭化水素は、酸素(O)、硫黄(S)、窒素(N)、及びフッ素(F)からなる群より選択される1以上の元素を含む官能基を、1以上有していてもよい。第1モノマーユニットにおける上記官能基は、固体電解質層を通過するアルカリ金属イオンの伝導性を高める。 The first monomer unit may be a compound having a functional group in a side chain containing one or more elements selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), nitrogen (N), and fluorine (F), and a main chain formed by a carbon-carbon bond. The hydrocarbon may have one or more functional groups containing one or more elements selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), nitrogen (N), and fluorine (F). The functional group in the first monomer unit increases the conductivity of alkali metal ions passing through the solid electrolyte layer.

第1モノマーユニットを構成する炭化水素は、酸素(O)、硫黄(S)、及び窒素(N)からなる群より選択される1以上を含む官能基を有することが好ましい。第1モノマーユニットが、このような官能基を有すると、固体電解質層におけるアルカリ金属イオンの伝導性がより高まり、内部抵抗が低まる傾向にある。 The hydrocarbon constituting the first monomer unit preferably has a functional group containing one or more selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), and nitrogen (N). When the first monomer unit has such a functional group, the conductivity of the alkali metal ions in the solid electrolyte layer tends to be higher and the internal resistance tends to be lower.

第1モノマーユニットに含まれる官能基としては、ホルマール基、ブチラール基、カルボキシメチルエステル基、アセチル基、カルボニル基、水酸基及びフルオロ基からなる群より選択される1以上を含むことが好ましい。また、第1モノマーユニットは、カルボニル基及び水酸基の少なくとも一方を官能基に含むことがより好ましく、両方を含むことが更に好ましい。 The functional group contained in the first monomer unit preferably contains one or more selected from the group consisting of a formal group, a butyral group, a carboxymethyl ester group, an acetyl group, a carbonyl group, a hydroxyl group, and a fluoro group. Moreover, the first monomer unit more preferably contains at least one of a carbonyl group and a hydroxyl group in the functional group, and even more preferably contains both.

第1モノマーユニットは、下記式により表すことができる。

Figure 0007589080000001
The first monomer unit can be represented by the following formula:
Figure 0007589080000001

上記式において、R1は、水素(H)、アルキル基、及びアミノ基からなる群より選択されることが好ましい。また、R2は、水酸基(-OH)、-OR1、-COOR1、-OCOR1、-OCH(R1)O-、-CN、-N(R1)、及びSOR1からなる群より選択されることが好ましい。 In the above formula, R1 is preferably selected from the group consisting of hydrogen (H), an alkyl group, and an amino group, and R2 is preferably selected from the group consisting of a hydroxyl group (-OH), -OR1, -COOR1, -OCOR1, -OCH(R1)O-, -CN, -N(R1) 3 , and SO 2 R1.

第1モノマーユニットとしては、例えば、ビニルホルマール、ビニルアルコール、酢酸ビニル、ビニルアセタール、ビニルブチラール、アクリル酸及びその誘導体、メタクリル酸及びその誘導体、アクリロニトリル、アクリルアミド及びその誘導体、スチレンスルホン酸、ポリフッ化ビニリデン、及びテトラフルオロエチレンからなる群より選択される1以上を挙げることができる。 The first monomer unit may be, for example, one or more selected from the group consisting of vinyl formal, vinyl alcohol, vinyl acetate, vinyl acetal, vinyl butyral, acrylic acid and its derivatives, methacrylic acid and its derivatives, acrylonitrile, acrylamide and its derivatives, styrene sulfonic acid, polyvinylidene fluoride, and tetrafluoroethylene.

高分子材料は、ポリビニルホルマール、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン、及びポリテトラフルオロエチレンからなる群より選択される1以上を含むことが好ましい。 The polymer material preferably includes one or more selected from the group consisting of polyvinyl formal, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, polyvinyl butyral, polymethyl methacrylate, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene.

以下に、高分子材料として用いることができる化合物の構造式の一例を記載する。 Below is an example of the structural formula of a compound that can be used as a polymer material.

ポリビニルホルマールの構造式は、以下の通りである。下記式において、aは、50以上80以下であり、bは0以上5以下であり、cは15以上50以下であることが好ましい。

Figure 0007589080000002
The structural formula of polyvinyl formal is as follows: In the following formula, it is preferable that a is 50 or more and 80 or less, b is 0 or more and 5 or less, and c is 15 or more and 50 or less.
Figure 0007589080000002

ポリビニルブチラールの構造式は、以下の通りである。下記式において、lは、50以上80以下であり、mは0以上10以下であり、nは10以上50以下であることが好ましい。

Figure 0007589080000003
The structural formula of polyvinyl butyral is as follows: In the following formula, it is preferable that l is 50 or more and 80 or less, m is 0 or more and 10 or less, and n is 10 or more and 50 or less.
Figure 0007589080000003

ポリビニルアルコールの構造式は、以下の通りである。下記式において、nは、70以上20000以下であることが好ましい。

Figure 0007589080000004
The structural formula of polyvinyl alcohol is as follows: In the following formula, n is preferably 70 or more and 20,000 or less.
Figure 0007589080000004

ポリメタクリル酸メチルの構造式は、以下の通りである。下記式において、nは、30以上10000以下であることが好ましい。

Figure 0007589080000005
The structural formula of polymethyl methacrylate is as follows: In the following formula, n is preferably 30 or more and 10,000 or less.
Figure 0007589080000005

第2モノマーユニットとは、第1モノマーユニット以外の化合物、すなわち、酸素(O)、硫黄(S)、窒素(N)、及びフッ素(F)からなる群より選択される1以上を含む官能基を有さないか、又は、この官能基を有していても炭化水素ではないものである。第2モノマーユニットとしては、例えば、エチレンオキシド及びスチレンを挙げることができる。第2モノマーユニットからなる重合体としては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)及びポリスチレン(PS)を挙げることができる。 The second monomer unit is a compound other than the first monomer unit, i.e., a compound that does not have a functional group containing one or more selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), nitrogen (N), and fluorine (F), or a compound that has such a functional group but is not a hydrocarbon. Examples of the second monomer unit include ethylene oxide and styrene. Examples of the polymer composed of the second monomer unit include polyethylene oxide (PEO) and polystyrene (PS).

第1モノマーユニット及び第2モノマーユニットに含まれる官能基の種類は、赤外線分光分析法(Fourier TransformInfrared Spectroscopy;FT-IR)により同定できる。また、第1モノマーユニットが炭化水素からなることは、核磁気共鳴(Nuclear MagneticResonance;NMR)により判断できる。また、第1モノマーユニットと第2モノマーユニットとの共重合体において、第1モノマーユニットで構成された部分が占める割合は、NMRにより算出できる。 The types of functional groups contained in the first monomer unit and the second monomer unit can be identified by infrared spectroscopy (Fourier Transform Infrared Spectroscopy; FT-IR). Furthermore, it can be determined by nuclear magnetic resonance (NMR) that the first monomer unit is composed of a hydrocarbon. Furthermore, the proportion of the portion composed of the first monomer unit in a copolymer of the first monomer unit and the second monomer unit can be calculated by NMR.

高分子材料は、電解質を含有し得る。高分子材料が含有し得る電解質の割合は、その吸水率により把握できる。ここで、高分子材料の吸水率とは、23℃の温度の水中に24時間にわたって浸漬した後の高分子材料の質量Mp’から、浸漬する前の高分子材料の質量Mpを減じて得られた値を、浸漬する前の高分子材料の質量Mpで除した値([Mp’-Mp]/Mp×100)である。高分子材料の吸水率は、高分子材料の極性と関連していると考えられる。 The polymer material may contain an electrolyte. The proportion of electrolytes that may be contained in a polymer material can be determined from its water absorption rate. Here, the water absorption rate of a polymer material is the value obtained by subtracting the mass Mp of the polymer material before immersion in water at a temperature of 23°C for 24 hours from the mass Mp' of the polymer material after immersion in water at a temperature of 23°C for 24 hours, and dividing the result by the mass Mp of the polymer material before immersion ([Mp'-Mp]/Mp x 100). The water absorption rate of a polymer material is thought to be related to the polarity of the polymer material.

高分子結着剤の例は、他にもポリビニル系、ポリエーテル系、ポリエステル系、ポリアミン系、ポリエチレン系、シリコーン系及びポリスルフィド系を含む。 Other examples of polymeric binders include polyvinyl-based, polyether-based, polyester-based, polyamine-based, polyethylene-based, silicone-based and polysulfide-based.

吸水率の高い高分子材料を用いると、固体電解質層のアルカリ金属イオン伝導性が高まる傾向にある。また、吸水率が高い高分子材料を用いると、無機固体粒子と、高分子材料との結着力が高まるため、固体電解質層の可撓性を高めることができる。高分子材料の吸水率は、0.01%以上であることが好ましく、0.5%以上であることより好ましく、2%以上であることが更に好ましい。 When a polymeric material with high water absorption is used, the alkali metal ion conductivity of the solid electrolyte layer tends to increase. In addition, when a polymeric material with high water absorption is used, the binding strength between the inorganic solid particles and the polymeric material is increased, so that the flexibility of the solid electrolyte layer can be increased. The water absorption of the polymeric material is preferably 0.01% or more, more preferably 0.5% or more, and even more preferably 2% or more.

吸水率の低い高分子材料を用いると、固体電解質層の強度を高められる。すなわち、高分子材料の吸水率が高すぎると、固体電解質層が電解質により膨潤することがある。また、高分子材料の吸水率が高すぎると、固体電解質層中の高分子材料が、電解質内に流出することがある。高分子材料の吸水率は、15%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましく、7%以下であることが更に好ましく、3%以下であることが特に好ましい。 The strength of the solid electrolyte layer can be increased by using a polymer material with low water absorption. That is, if the polymer material has too high a water absorption rate, the solid electrolyte layer may swell due to the electrolyte. Also, if the polymer material has too high a water absorption rate, the polymer material in the solid electrolyte layer may flow into the electrolyte. The water absorption rate of the polymer material is preferably 15% or less, more preferably 10% or less, even more preferably 7% or less, and particularly preferably 3% or less.

固体電解質層における高分子材料の割合は、固体電解質層の可撓性を高めるという観点からは、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、10質量%以上であることが更に好ましい。また、高分子材料の割合が多い方が、固体電解質層の緻密度が高くなりやすい。 From the viewpoint of increasing the flexibility of the solid electrolyte layer, the proportion of the polymer material in the solid electrolyte layer is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and even more preferably 10% by mass or more. Furthermore, the higher the proportion of the polymer material, the more likely it is that the solid electrolyte layer will have a high density.

また、固体電解質層における高分子材料の割合は、固体電解質層のリチウムイオン伝導性を高めるという観点からは、20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましく、5質量%以下であることが更に好ましい。固体電解質層における高分子材料の割合は、熱重量(TG)分析により算出することができる。 In addition, from the viewpoint of increasing the lithium ion conductivity of the solid electrolyte layer, the proportion of the polymer material in the solid electrolyte layer is preferably 20 mass% or less, more preferably 10 mass% or less, and even more preferably 5 mass% or less. The proportion of the polymer material in the solid electrolyte layer can be calculated by thermogravimetry (TG) analysis.

セパレータは固体電解質層のみからなってもよいし、基材層を設けて基材層と固体電解質層からなることもできる。基材層は、その一方の面に固体電解質層(第1固体電解質層)を担持することができる。或いは、基材層は、その両方の面に第1固体電解質層及び第2固体電解質層をそれぞれ担持することができる。基材層の表裏の両方の面にそれぞれ第1固体電解質層及び第2固体電解質層を設ける場合は、各々の固体電解質層の厚さは互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。厚みが異なる場合、負極活物質含有層の第1面と接する第1固体電解質層の方が、他方の第2固体電解質層より厚いことが好ましい。第1固体電解質層の方が厚いことで、遮水性を高めることができる。また、基材層の表裏両面にそれぞれ設ける固体電解質層は、互いに同じ構成を有していてもよく、異なる構成を有していてもよい。 The separator may be composed of only a solid electrolyte layer, or may be composed of a substrate layer and a solid electrolyte layer. The substrate layer may support a solid electrolyte layer (first solid electrolyte layer) on one side. Alternatively, the substrate layer may support a first solid electrolyte layer and a second solid electrolyte layer on both sides. When the first solid electrolyte layer and the second solid electrolyte layer are provided on both the front and back sides of the substrate layer, respectively, the thicknesses of the solid electrolyte layers may be the same or different. When the thicknesses are different, it is preferable that the first solid electrolyte layer in contact with the first side of the negative electrode active material-containing layer is thicker than the second solid electrolyte layer on the other side. By providing the first solid electrolyte layer with a larger thickness, water impermeability can be improved. In addition, the solid electrolyte layers provided on both the front and back sides of the substrate layer may have the same configuration or different configurations.

第1固体電解質層及び第2固体電解質層を含む場合は、各固体電解質層に含まれる高分子材料は、互いに同一のものであってもよく、異なる種類のものを用いてもよい。また、高分子材料は、単一の種類のものを用いてもよく、複数種類を混合して用いてもよい。 When the first solid electrolyte layer and the second solid electrolyte layer are included, the polymer materials included in each solid electrolyte layer may be the same as each other, or different types may be used. In addition, a single type of polymer material may be used, or multiple types may be mixed and used.

固体電解質層の厚さは、内部短絡が生じにくいという観点からは、3μm以上であることが好ましく、5μm以上であることがより好ましく、7μm以上であることが更に好ましい。また、固体電解質層の厚さは、イオン伝導性及びエネルギー密度を高めるという観点からは、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましく、20μm以下であることが更に好ましい。 From the viewpoint of preventing internal short circuits, the thickness of the solid electrolyte layer is preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and even more preferably 7 μm or more. From the viewpoint of increasing ion conductivity and energy density, the thickness of the solid electrolyte layer is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, and even more preferably 20 μm or less.

上記の厚さは第1固体電解質層、第2固体電解質層それぞれに好ましい厚さであるが、両方の固体電解質層が必ずしも満たす必要はない。 The above thicknesses are preferred for each of the first solid electrolyte layer and the second solid electrolyte layer, but both solid electrolyte layers do not necessarily need to meet these requirements.

基材層は、例えば、不織布、又は、自立型多孔質膜である。不織布又は自立型多孔質膜の材料としては、例えば、ポリエチレン(polyethylene;PE)、ポリプロピレン(polypropylene;PP)、セルロース、又はポリフッ化ビニリデン(polyvinylidenefluoride;PVdF)を用いる。基材層は、セルロース製の不織布であることが好ましい。 The substrate layer is, for example, a nonwoven fabric or a self-supporting porous membrane. Examples of materials used for the nonwoven fabric or self-supporting porous membrane include polyethylene (PE), polypropylene (PP), cellulose, or polyvinylidenefluoride (PVdF). The substrate layer is preferably a cellulose nonwoven fabric.

基材層は、空孔を多く含むことができ、多量の電解質を含浸できる。基材層は、典型的には、無機固体粒子を含まない。例えば、基材層の断面において無機固体粒子の面積が占める割合は、5%以下であり得る。 The substrate layer can contain many pores and can be impregnated with a large amount of electrolyte. The substrate layer typically does not contain inorganic solid particles. For example, the proportion of the area of the cross section of the substrate layer that is occupied by inorganic solid particles can be 5% or less.

基材層の厚さは、例えば、1μm以上であり、好ましくは3μm以上である。基材層が厚いと、セパレータの機械的強度が高まり、二次電池の内部短絡が生じにくくなる。基材層の厚さは、例えば、30μm以下であり、好ましくは10μm以下である。基材層が薄いと、二次電池の内部抵抗が低下し、二次電池の体積エネルギー密度が高まる傾向にある。基材層の厚さは、例えば、走査型電子顕微鏡により測定できる。 The thickness of the substrate layer is, for example, 1 μm or more, and preferably 3 μm or more. If the substrate layer is thick, the mechanical strength of the separator increases, and the secondary battery is less likely to have an internal short circuit. The thickness of the substrate layer is, for example, 30 μm or less, and preferably 10 μm or less. If the substrate layer is thin, the internal resistance of the secondary battery decreases, and the volumetric energy density of the secondary battery tends to increase. The thickness of the substrate layer can be measured, for example, by a scanning electron microscope.

固体電解質層に含ませる電解質塩としては、水系電解質に含むことが出来るリチウム塩及び/又はナトリウム塩を用いることが出来る。 The electrolyte salt to be contained in the solid electrolyte layer can be a lithium salt and/or a sodium salt that can be contained in an aqueous electrolyte.

固体電解質層における電解質塩の割合は、0.01質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。固体電解質層における電解質塩の割合は、熱重量(TG)分析により算出することができる。 The proportion of electrolyte salt in the solid electrolyte layer is preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or more and 5% by mass or less. The proportion of electrolyte salt in the solid electrolyte layer can be calculated by thermogravimetry (TG) analysis.

固体電解質層が電解質塩を含んでいることは、例えば、固体電解質層の断面について、エネルギー分散型X線分析(Energy DispersiveX-ray spectrometry;EDX)から得られたアルカリ金属イオンの分布により、確認することができる。すなわち、固体電解質層が、電解質塩を含んでいない材料からなる場合、アルカリ金属イオンは、固体電解質層中の高分子材料の表層に留まるため、固体電解質層の内部にはほとんど存在しからたがって、固体電解質層の表層ではアルカリ金属イオンの濃度が高く、固体電解質層の内部ではアルカリ金属イオンの濃度が低いという濃度勾配が観察され得る。一方、固体電解質層が、電解質塩を含む材料からなる場合、アルカリ金属イオンが固体電解質層の内部にまで均一に存在していることが確認できる。 The fact that the solid electrolyte layer contains electrolyte salt can be confirmed, for example, by the distribution of alkali metal ions obtained by energy dispersive X-ray spectrometry (EDX) on a cross section of the solid electrolyte layer. That is, when the solid electrolyte layer is made of a material that does not contain electrolyte salt, the alkali metal ions remain on the surface layer of the polymer material in the solid electrolyte layer, and are hardly present inside the solid electrolyte layer. Therefore, a concentration gradient can be observed in which the concentration of alkali metal ions is high on the surface layer of the solid electrolyte layer and low inside the solid electrolyte layer. On the other hand, when the solid electrolyte layer is made of a material that contains electrolyte salt, it can be confirmed that the alkali metal ions are uniformly present even inside the solid electrolyte layer.

あるいは、固体電解質層が含む電解質塩と、水系電解質が含む電解質塩とが異なる種類である場合、存在するイオンの種類の違いにより、固体電解質層が、水系電解質とは異なる電解質塩を含んでいることが分かる。例えば、水系電解質として塩化リチウム(LiCl)を、固体電解質層にLiTFSI(リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド)を用いた場合、固体電解質層中には(フルオロスルホニル)イミドイオンの存在が確認できる。一方、水系電解質には(フルオロスルホニルイミド)イオンの存在が確認できないか、或いは、極めて低い濃度で存在する。 Alternatively, when the electrolyte salt contained in the solid electrolyte layer and the electrolyte salt contained in the aqueous electrolyte are different types, the difference in the types of ions present indicates that the solid electrolyte layer contains an electrolyte salt different from that of the aqueous electrolyte. For example, when lithium chloride (LiCl) is used as the aqueous electrolyte and LiTFSI (lithium bis(fluorosulfonyl)imide) is used in the solid electrolyte layer, the presence of (fluorosulfonyl)imide ions can be confirmed in the solid electrolyte layer. On the other hand, the presence of (fluorosulfonylimide) ions cannot be confirmed in the aqueous electrolyte, or they are present at extremely low concentrations.

セパレータは、1×10-13以下の透気係数を有し得る。例えば、セルロース繊維を含む不織布の透気係数は、5×10-14程度である。固体電解質複合膜の透気係数は1×10-16以下、例えば、1×10-17になり得る。透気係数が低いセパレータを用いることで、正極側、負極側で異なる水系電解質を用いる場合、これら水系電解質の混流をさらに抑制できる。セパレータが基材層を含む場合でも、基材層の透気係数は固体電解質層に比べて大きいため、固体電解質層と基材層を分離しなくとも、固体電解質層の透気係数として測定できる。 The separator may have an air permeability coefficient of 1×10 −13 m 2 or less. For example, the air permeability coefficient of a nonwoven fabric containing cellulose fibers is about 5×10 −14 m 2. The air permeability coefficient of the solid electrolyte composite membrane may be 1×10 −16 m 2 or less, for example, 1×10 −17 m 2. By using a separator with a low air permeability coefficient, when different aqueous electrolytes are used on the positive electrode side and the negative electrode side, the mixing of these aqueous electrolytes can be further suppressed. Even when the separator includes a substrate layer, the air permeability coefficient of the substrate layer is larger than that of the solid electrolyte layer, so that the air permeability coefficient of the solid electrolyte layer can be measured without separating the solid electrolyte layer from the substrate layer.

セパレータの透気係数KT(m)は、以下のようにして算出できる。透気係数KTの算出では、例えば、厚さL(m)のセパレータを測定対象とする場合、測定面積A(m)の範囲に、動粘性係数σ(Pa・s)の気体を透過させる。この際、投入される気体の圧力p(Pa)が互いに対して異なる複数の条件で、気体を透過させ、複数の条件のそれぞれにおいて、セパレータを透過した気体量Q(m/s)を測定する。そして、測定結果から、圧力pに対する気体量Qをプロットし、傾きであるdQ/dpを求める。そして、厚さL、測定面積A、動粘性係数σ及び傾きdQ/dpから、式(1)のようにして、透気係数KTが算出される:
KT =((σ・l)/A)×(dQ/dp) (1)
The air permeability coefficient KT (m 2 ) of a separator can be calculated as follows. In calculating the air permeability coefficient KT, for example, when a separator with a thickness L (m) is the measurement target, a gas with a dynamic viscosity coefficient σ (Pa·s) is allowed to permeate within a range of a measurement area A (m 2 ). In this case, the gas is allowed to permeate under a plurality of conditions in which the pressure p (Pa) of the gas introduced is different from one another, and the amount of gas Q (m 3 /s) that permeates the separator is measured under each of the plurality of conditions. Then, from the measurement results, the amount of gas Q against the pressure p is plotted, and the slope dQ/dp is obtained. Then, the air permeability coefficient KT is calculated from the thickness L, the measurement area A, the dynamic viscosity coefficient σ, and the slope dQ/dp according to formula (1):
KT = ((σ・l)/A)×(dQ/dp) (1)

透気係数KTが算出方法のある一例では、それぞれに直径10mmの孔が開いた一対のステンレス板でセパレータを挟み込む。そして、一方のステンレス板の孔から空気を圧力pで送り込む。そして、他方のステンレス板の孔から漏れる空気の気体量Qを測定する。したがって、孔の面積(25πmm)が測定面積Aとして用いられ、動粘性係数σとしては0.000018Pa・sが用いられる。また、気体量Qは、100秒の間に孔から漏れる量δ(m)を測定し、測定された量δを100で割ることにより算出する。 In one example of a method for calculating the air permeability coefficient KT, a separator is sandwiched between a pair of stainless steel plates, each with a hole of 10 mm in diameter. Air is then pumped through the hole in one of the stainless steel plates at a pressure p. The amount of air Q leaking through the hole in the other stainless steel plate is then measured. Therefore, the area of the hole (25πmm 2 ) is used as the measurement area A, and 0.000018 Pa·s is used as the dynamic viscosity coefficient σ. The amount of air Q is calculated by measuring the amount δ (m 3 ) leaking through the hole in 100 seconds and dividing the measured amount δ by 100.

そして、圧力pが互いに対して少なくとも1000Pa離れる4点で、前述のようにして圧力pに対する気体量Qを測定する。例えば、圧力pが1000Pa、2500Pa、4000Pa及び6000Paとなる4点のそれぞれで、圧力pに対する気体量Qを測定する。そして、測定した4点について圧力pに対する気体量Qをプロットし、直線フィッティング(最小二乗法)によって圧力pに対する気体量Qの傾き(dQ/dp)を算出する。そして、算出した傾き(dQ/dp)に(σ・L)/Aを乗算することにより、透気係数KTを算出する。 Then, the amount of gas Q with respect to the pressure p is measured as described above at four points where the pressure p is at least 1000 Pa apart from each other. For example, the amount of gas Q with respect to the pressure p is measured at each of four points where the pressure p is 1000 Pa, 2500 Pa, 4000 Pa, and 6000 Pa. Then, the amount of gas Q with respect to the pressure p is plotted for the four measured points, and the slope (dQ/dp) of the amount of gas Q with respect to the pressure p is calculated by linear fitting (the least squares method). The calculated slope (dQ/dp) is then multiplied by (σ·L)/A to calculate the air permeability coefficient KT.

なお、セパレータの透気係数の測定においては、電池から分解し、セパレータを電池の他の部品から分離する。セパレータは、純水で両面を洗い流した後、純水に浸漬させて48時間以上放置する。その後、さらに純水で両面を洗い流し、100℃の真空乾燥炉にて48時間以上乾燥させた後に、透気係数の測定を行う。また、セパレータにおいて任意の複数箇所で、透気係数を測定する。そして、任意の複数箇所の中で透気係数が最も低い値になる箇所での値を、セパレータの透気係数とする。 When measuring the air permeability coefficient of the separator, it is disassembled from the battery and the separator is separated from the other components of the battery. After rinsing both sides of the separator with pure water, it is immersed in pure water and left to stand for 48 hours or more. After that, both sides are further rinsed with pure water and dried in a vacuum drying oven at 100°C for 48 hours or more before measuring the air permeability coefficient. The air permeability coefficient is also measured at multiple arbitrary locations on the separator. The value at the location with the lowest air permeability coefficient among the multiple arbitrary locations is regarded as the air permeability coefficient of the separator.

(無機固体粒子のリチウムイオン伝導度の測定方法)
交流インピーダンス法による無機固体粒子のリチウムイオン伝導度の測定を説明する。先ず、錠剤成形器を用いて無機固体粒子を成形して、圧粉体を得る。この圧粉体の両面に金(Au)を蒸着して、測定試料を得る。インピーダンス測定装置を用いて、測定試料の交流インピーダンスを測定する。測定装置としては、例えば、ソーラトロン社製周波数応答アナライザ1260型を用いることができる。測定に際しては、測定周波数を5Hzから32MHzとし、測定温度を25℃とし、アルゴン雰囲気下で行う。
(Method for measuring lithium ion conductivity of inorganic solid particles)
Measurement of the lithium ion conductivity of inorganic solid particles by the AC impedance method will be described. First, the inorganic solid particles are molded using a tablet molding machine to obtain a powder compact. Gold (Au) is deposited on both sides of this powder compact to obtain a measurement sample. The AC impedance of the measurement sample is measured using an impedance measuring device. For example, a Solartron Frequency Response Analyzer Model 1260 can be used as the measurement device. The measurement is performed at a measurement frequency of 5 Hz to 32 MHz, at a measurement temperature of 25° C., and in an argon atmosphere.

次いで、測定された交流インピーダンスに基づいて、複素インピーダンスプロットを作成する。複素インピーダンスプロットは、横軸を実数成分として、縦軸に虚数成分をプロットしたものである。以下の式(2)により、無機固体粒子のイオン伝導度σLiを算出する。なお、下記式において、ZLiは複素インピーダンスプロットの円弧の直径から算出される抵抗値であり、Sは面積であり、dは厚みである。
σLi=(1/ZLi)×(d/S) (2)
Next, a complex impedance plot is created based on the measured AC impedance. The complex impedance plot is a plot in which the horizontal axis represents the real component and the vertical axis represents the imaginary component. The ionic conductivity σLi of the inorganic solid particles is calculated by the following formula (2). In the formula, ZLi is a resistance value calculated from the diameter of an arc of the complex impedance plot, S is an area, and d is a thickness.
σLi=(1/ZLi)×(d/S) (2)

(水系電解質)
水系電解質は、水系溶媒と電解質塩とを含む。水系電解質は、例えば、液状である。液状水系電解質は、溶質としての電解質塩を水系溶媒に溶解することにより調製される。
(Aqueous electrolyte)
The aqueous electrolyte contains an aqueous solvent and an electrolyte salt. The aqueous electrolyte is, for example, liquid. The liquid aqueous electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte salt as a solute in an aqueous solvent.

水系電解質は、金属層aと接する正極側水系電解質と、金属層bと接する負極側水系電解質があり、正極側水系電解質と負極側水系電解質は異なる。この、異なる、とは正極側水系電解質と負極側水系電解質に含まれる電解質塩や、電解質塩濃度、pHが異なることを示す。特定されてない限りは、正極側水系電解質及び負極側水系電解質を総称して、単に“水系電解質”と呼ぶ。 The aqueous electrolyte includes a positive electrode aqueous electrolyte that contacts metal layer a, and a negative electrode aqueous electrolyte that contacts metal layer b, and the positive electrode aqueous electrolyte and the negative electrode aqueous electrolyte are different. "Different" here indicates that the electrolyte salts, electrolyte salt concentrations, and pHs contained in the positive electrode aqueous electrolyte and the negative electrode aqueous electrolyte are different. Unless otherwise specified, the positive electrode aqueous electrolyte and the negative electrode aqueous electrolyte are collectively referred to simply as "aqueous electrolytes."

電解質塩としては、例えば、リチウム塩、ナトリウム塩又はこれらの混合物を用いる。電解質塩は、1種類又は2種類以上のものを使用することができる。 As the electrolyte salt, for example, a lithium salt, a sodium salt, or a mixture thereof is used. One type or two or more types of electrolyte salts can be used.

リチウム塩として、例えば、塩化リチウム(LiCl)、臭化リチウム(LiBr)、水酸化リチウム(LiOH)、硫酸リチウム(Li2SO4)、硝酸リチウム(LiNO3)、酢酸リチウム(CH3COOLi)、シュウ酸リチウム(Li)、炭酸リチウム(LiCO)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)(LiTFSI;LiN(SO2CF3)2)、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI;LiN(SO2F)2)、及びリチウムビスオキサレートボラート(LiBOB:LiB[(OCO)2]2)などを用いる。 Examples of lithium salts that can be used include lithium chloride (LiCl), lithium bromide (LiBr), lithium hydroxide (LiOH), lithium sulfate (Li2SO4), lithium nitrate (LiNO3), lithium acetate ( CH3COOLi ), lithium oxalate ( Li2C2O4 ) , lithium carbonate ( Li2CO3 ), lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI; LiN(SO2CF3)2) , lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI; LiN(SO2F)2), and lithium bisoxalate borate (LiBOB: LiB[(OCO)2]2).

ナトリウム塩としては、塩化ナトリウム(NaCl)、硫酸ナトリウム(Na2SO4)、水酸化ナトリウム(NaOH)、硝酸ナトリウム(NaNO3)及びナトリウムトリフルオロメタンスルホニルアミド(NaTFSA)などを用いる。 Examples of sodium salts that can be used include sodium chloride (NaCl), sodium sulfate (Na2SO4), sodium hydroxide (NaOH), sodium nitrate (NaNO3), and sodium trifluoromethanesulfonylamide (NaTFSA).

リチウム塩としては、LiClを含むことが好ましい。LiClを用いると、水系電解質のリチウムイオン濃度を高めることができる。また、リチウム塩は、LiClに加えて、LiSO4及びLiOHの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。 The lithium salt preferably contains LiCl. The use of LiCl can increase the lithium ion concentration in the aqueous electrolyte. The lithium salt preferably contains at least one of LiSO4 and LiOH in addition to LiCl.

また、リチウム塩以外に塩化亜鉛や硫酸亜鉛と言った亜鉛塩を水系電解質に添加しても良い。このような化合物を水系電解質液に添加することで、負極において亜鉛含有被覆層及び/又は酸化型亜鉛含有領域が形成され得る。 In addition to the lithium salt, a zinc salt such as zinc chloride or zinc sulfate may be added to the aqueous electrolyte. By adding such a compound to the aqueous electrolyte solution, a zinc-containing coating layer and/or an oxidized zinc-containing region can be formed on the negative electrode.

水系電解質におけるリチウムイオンのモル濃度は、3mol/L以上であることが好ましく、6mol/L以上であることが好ましく、12mol/L以上であることが好ましい。水系電解質中のリチウムイオンの濃度が高いと、負極における水系溶媒の電気分解が抑制されやすく、負極からの水素発生が少ない傾向にある。 The molar concentration of lithium ions in the aqueous electrolyte is preferably 3 mol/L or more, more preferably 6 mol/L or more, and even more preferably 12 mol/L or more. If the concentration of lithium ions in the aqueous electrolyte is high, electrolysis of the aqueous solvent at the negative electrode is easily suppressed, and hydrogen generation from the negative electrode tends to be low.

水系電解質は、溶質となる塩1molに対し、水系溶媒量が1mol以上であることが好ましい。さらに好ましい形態は、溶質となる塩1molに対する水系溶媒量が3.5mol以上である。水系溶媒は、例えば、水を50体積%以上の割合で含む。 水系電解質は、アニオン種として、塩素イオン(Cl)、水酸化物イオン(OH)、硫酸イオン(SO 2-)、硝酸イオン(NO )から選ばれる少なくとも1種以上を含むことが好ましい。 The aqueous electrolyte preferably contains 1 mol or more of aqueous solvent per mol of solute salt. More preferably, the amount of aqueous solvent per mol of solute salt is 3.5 mol or more. The aqueous solvent contains, for example, water at a ratio of 50% by volume or more. The aqueous electrolyte preferably contains at least one anion selected from chloride ions (Cl ), hydroxide ions (OH ), sulfate ions (SO 4 2− ), and nitrate ions (NO 3 ).

水系電解質のpHは、3以上14以下であることが好ましく、4以上13以下であることがより好ましい。 The pH of the aqueous electrolyte is preferably 3 or more and 14 or less, and more preferably 4 or more and 13 or less.

水系電解質のpHは、初回充電後は、負極側と、正極側とで異なっている場合、初回充電後の二次電池において、負極側水系電解質のpHは、3以上であることが好ましく、5以上であることがより好ましく、7以上であることが更に好ましい。また、初回充電後の二次電池において、正極側水系電解質のpHは、0以上7以下の範囲内にあることが好ましく、0以上6以下の範囲内にあることがより好ましい。 If the pH of the aqueous electrolyte differs between the negative electrode side and the positive electrode side after the initial charge, in the secondary battery after the initial charge, the pH of the aqueous electrolyte on the negative electrode side is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, and even more preferably 7 or more. In addition, in the secondary battery after the initial charge, the pH of the aqueous electrolyte on the positive electrode side is preferably in the range of 0 to 7, and more preferably in the range of 0 to 6.

負極側、及び正極側の水系電解質のpHは、例えば、二次電池を解体して、セパレータと、負極及び正極との間に存在する水系電解質のpHをそれぞれ測定することにより得られる。 The pH of the aqueous electrolyte on the negative and positive electrode sides can be obtained, for example, by dismantling the secondary battery and measuring the pH of the aqueous electrolyte present between the separator and the negative and positive electrodes, respectively.

水系溶媒としては、水を含む溶液を用い得る。水を含む溶液とは、純水であってもよく、水と有機溶媒との混合溶媒であってもよい。 As the aqueous solvent, a solution containing water can be used. The aqueous solution may be pure water or a mixed solvent of water and an organic solvent.

水系電解質は、ゲル状電解質であってもよい。ゲル状電解質は、上述した液状水系電解質と、高分子化合物とを混合して複合化することにより調製される。高分子化合物としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、及びポリエチレンオキシド(PEO)等を挙げることができる。第1の正極活物質含有層と第2の正極活物質含有層とに含まれる水系電解質と、第1の負極活物質含有層と第2の負極活物質含有層とに含まれる水系電解質は、それぞれ液状かゲル状電解質か適宜選択することができる。 The aqueous electrolyte may be a gel electrolyte. The gel electrolyte is prepared by mixing the above-mentioned liquid aqueous electrolyte with a polymer compound to form a composite. Examples of the polymer compound include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), and polyethylene oxide (PEO). The aqueous electrolyte contained in the first positive electrode active material-containing layer and the second positive electrode active material-containing layer, and the aqueous electrolyte contained in the first negative electrode active material-containing layer and the second negative electrode active material-containing layer can be appropriately selected to be either a liquid or a gel electrolyte.

水系電解質に水が含まれていることは、GC-MS(ガスクロマトグラフィー-質量分析;GasChromatography - Mass Spectrometry)測定により確認できる。また、水系電解質中の塩濃度及び水含有量は、例えばICP(誘導結合プラズマ;InductivelyCoupled Plasma)発光分析などで測定できる。水系電解質を規定量はかり取り、含まれる塩濃度を算出することで、モル濃度(mol/L)を算出できる。また水系電解質の比重を測定することで、溶質と溶媒のモル数を算出できる。 The presence of water in an aqueous electrolyte can be confirmed by GC-MS (Gas Chromatography-Mass Spectrometry) measurement. The salt concentration and water content in an aqueous electrolyte can be measured, for example, by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectrometry. The molar concentration (mol/L) can be calculated by weighing a specified amount of aqueous electrolyte and calculating the salt concentration contained therein. The number of moles of solute and solvent can also be calculated by measuring the specific gravity of the aqueous electrolyte.

(水系電解質のpHの測定方法)
水系電解質のpHの測定方法は、以下の通りである。
(Method of measuring pH of aqueous electrolyte)
The method for measuring the pH of the aqueous electrolyte is as follows.

二次電池を解体して取り出した電極やセパレータに含まれている水系電解質をそれぞれ抽出し、液量を測定後、pHメータでpH値を測定する。pH測定の測定は、例えば以下のように行う。この測定には、例えば(株)堀場製作所製のF-74を使用し、25±2℃の環境下にて行う。まず、pH4.0、7.0及び9.0の標準液を用意する。次に、これら標準液を用いて、F-74の校正を行う。測定対象の水系電解質(水系電解液)を適量調製したものを容器に入れ、pHを測定する。pHの測定後に、F-74のセンサー部を洗浄する。別の測定対象を測定する際は、上述した手順、即ち、校正、測定及び洗浄をその都度実施する。 The secondary battery is disassembled, the aqueous electrolyte contained in the electrodes and separators is extracted, the volume of the liquid is measured, and the pH value is measured with a pH meter. The pH measurement is performed, for example, as follows. For this measurement, for example, an F-74 made by Horiba Ltd. is used, and the measurement is performed in an environment of 25±2°C. First, standard solutions of pH 4.0, 7.0, and 9.0 are prepared. Next, the F-74 is calibrated using these standard solutions. An appropriate amount of the aqueous electrolyte (aqueous electrolyte solution) to be measured is prepared and placed in a container, and the pH is measured. After the pH measurement, the sensor part of the F-74 is cleaned. When measuring a different object, the above-mentioned procedure, i.e., calibration, measurement, and cleaning, is performed each time.

第1の実施形態に係る二次電池は、負極、正極及びバイポーラ電極を含む電極群及び水系電解質を収容する外層部材を更に具備することができる。 The secondary battery according to the first embodiment may further include an electrode group including a negative electrode, a positive electrode, and a bipolar electrode, and an outer layer member that contains an aqueous electrolyte.

(外層部材)
電極群及び水系電解質が収容される外層部材には、金属製容器、ラミネートフィルム製容器、又は樹脂製容器を使用することができる。
(Outer layer member)
For the outer layer member in which the electrode group and the aqueous electrolyte are housed, a metal container, a laminate film container, or a resin container can be used.

金属製容器としては、ニッケル、鉄、及びステンレス鋼などからなる金属缶で角形、円筒形の形状のものが使用できる。樹脂製容器としては、ポリエチレン又はポリプロピレンなどからなるものを用いることができる。 Metal containers that can be used are rectangular or cylindrical metal cans made of nickel, iron, stainless steel, etc. Resin containers that can be used are made of polyethylene or polypropylene, etc.

樹脂製容器及び金属製容器のそれぞれの板厚は、0.05mm以上1mm以下の範囲内にあることが好ましい。板厚は、より好ましくは0.5mm以下であり、更に好ましくは0.3mm以下である。 The thickness of each of the resin container and the metal container is preferably in the range of 0.05 mm to 1 mm. The thickness is more preferably 0.5 mm or less, and even more preferably 0.3 mm or less.

ラミネートフィルムとしては、例えば、金属層を樹脂層で被覆した多層フィルムなどを挙げることができる。金属層の例に、ステンレス鋼箔、アルミニウム箔、及びアルミニウム合金箔が含まれる。樹脂層には、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート(PET)などの高分子を用いることができる。ラミネートフィルムの厚さは、0.01mm以上0.5mm以下の範囲内にあることが好ましい。ラミネートフィルムの厚さは、より好ましくは0.2mm以下である。 Examples of laminate films include multilayer films in which a metal layer is coated with a resin layer. Examples of metal layers include stainless steel foil, aluminum foil, and aluminum alloy foil. Polymers such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET) can be used for the resin layer. The thickness of the laminate film is preferably in the range of 0.01 mm or more and 0.5 mm or less. The thickness of the laminate film is more preferably 0.2 mm or less.

二次電池は、角形、円筒形、扁平型、薄型、コイン型等の様々な形態で使用され得る。 Secondary batteries can be used in a variety of shapes, including rectangular, cylindrical, flat, thin, and coin-shaped.

(端子)
負極端子は、例えば、リチウムの酸化-還元電位に対し1V以上3V以下の電位範囲(vs.Li/Li)において電気化学的に安定であり、かつ導電性を有する材料から形成されることができる。具体的には、負極端子の材料としては、亜鉛、銅、ニッケル、ステンレス鋼やアルミニウム、又は、Mg,Ti,Zn,Mn,Fe,Cu,及びSiからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。負極端子の材料としては、亜鉛又は亜鉛合金を用いることが好ましい。負極端子は、負極集電体(例えば、負極構造体が含む集電層)との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料からなることが好ましい。
(Terminal)
The negative electrode terminal can be formed from a material that is electrochemically stable and conductive in a potential range of 1 V to 3 V with respect to the oxidation-reduction potential of lithium (vs. Li/Li + ). Specifically, the material of the negative electrode terminal can be zinc, copper, nickel, stainless steel, aluminum, or an aluminum alloy containing at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. As the material of the negative electrode terminal, zinc or a zinc alloy is preferably used. The negative electrode terminal is preferably made of the same material as the negative electrode collector in order to reduce the contact resistance with the negative electrode collector (for example, the current collecting layer included in the negative electrode structure).

正極端子は、例えば、リチウムの酸化-還元電位に対し2.5V以上4.5V以下の電位範囲(vs.Li/Li)において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成することができる。正極端子の材料としては、チタン、アルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。 The positive electrode terminal can be formed from a material that is electrically stable and conductive in a potential range of 2.5 V to 4.5 V (vs. Li/Li + ) relative to the oxidation-reduction potential of lithium. Examples of the material for the positive electrode terminal include titanium, aluminum, and aluminum alloys containing at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. The positive electrode terminal is preferably formed from the same material as the positive electrode collector in order to reduce the contact resistance with the positive electrode collector.

以下、実施形態に係る二次電池の詳細を、図3及び図4を参照しながら説明する。図3は、実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図である。図4は、図3に示す二次電池のIV-IV線に沿った断面図である。 The secondary battery according to the embodiment will be described in detail below with reference to Figs. 3 and 4. Fig. 3 is a cross-sectional view showing an example of a secondary battery according to the embodiment. Fig. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the secondary battery shown in Fig. 3.

電極群1は、矩形筒状の金属製容器からなる外装部材2内に収納されている。電極群1は、負極3、正極5及びバイポーラ電極を含む。電極群1は、正極5、負極3及びバイポーラ電極の間にセパレータ4が介在するように配置させて偏平形状となるように渦巻き状に捲回した構造を有する。水系電解質(図示しない)は、電極群1に保持されている。図3に示すように、電極群1の端面に位置する負極3の端部の複数箇所それぞれに帯状の負極集電タブ16が電気的に接続されている。また、この端面に位置する正極5の端部の複数箇所それぞれに帯状の正極集電タブ17が電気的に接続されている。この複数ある負極集電タブ16は、図4に示すとおり一つに束ねられた状態で負極端子6と接続されている。また、図示しないが正極集電タブ17も同様に、一つに束ねられた状態で正極端子7と電気的に接続されている。 The electrode group 1 is housed in an exterior member 2 made of a rectangular cylindrical metal container. The electrode group 1 includes a negative electrode 3, a positive electrode 5, and a bipolar electrode. The electrode group 1 has a structure in which a separator 4 is arranged between the positive electrode 5, the negative electrode 3, and the bipolar electrode, and the electrode is wound in a spiral shape to form a flat shape. An aqueous electrolyte (not shown) is held in the electrode group 1. As shown in FIG. 3, a strip-shaped negative electrode current collector tab 16 is electrically connected to each of multiple points on the end of the negative electrode 3 located on the end face of the electrode group 1. In addition, a strip-shaped positive electrode current collector tab 17 is electrically connected to each of multiple points on the end of the positive electrode 5 located on this end face. The multiple negative electrode current collector tabs 16 are connected to the negative electrode terminal 6 in a bundled state as shown in FIG. 4. In addition, although not shown, the positive electrode current collector tabs 17 are also electrically connected to the positive electrode terminal 7 in a bundled state.

金属製の封口板10は、金属製の外装部材2の開口部に溶接等により固定されている。負極端子6及び正極端子7は、それぞれ、封口板10に設けられた取出穴から外部に引き出されている。封口板10の各取出穴の内周面は、負極端子6及び正極端子7との接触による短絡を回避するために、それぞれ負極ガスケット8及び正極ガスケット9が配置されている。負極ガスケット8及び正極ガスケット9を配置することで、二次電池100の気密性を維持できる。 The metal sealing plate 10 is fixed to the opening of the metal exterior member 2 by welding or the like. The negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 are each pulled out to the outside through an extraction hole provided in the sealing plate 10. A negative electrode gasket 8 and a positive electrode gasket 9 are arranged on the inner circumferential surface of each extraction hole of the sealing plate 10 to prevent short circuits due to contact with the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7, respectively. By arranging the negative electrode gasket 8 and the positive electrode gasket 9, the airtightness of the secondary battery 100 can be maintained.

封口板10には制御弁11(安全弁)が配置されている。水系溶媒の電気分解により発生したガスに起因して電池セルにおける内圧が高まった場合には、制御弁11から発生ガスを外部へと放散できる。制御弁11としては、例えば内圧が設定値よりも高くなった場合に作動し、内圧が低下すると封止栓として機能する復帰式のものを使用することができる。或いは、一度作動すると封止栓としての機能が回復しない非復帰式の制御弁を使用してもよい。図3では、制御弁11が封口板10の中央に配置されているが、制御弁11の位置は封口板10の端部であってもよい。制御弁11は省略してもよい。 A control valve 11 (safety valve) is arranged on the sealing plate 10. When the internal pressure in the battery cell increases due to gas generated by electrolysis of the aqueous solvent, the generated gas can be released to the outside from the control valve 11. The control valve 11 can be, for example, a reset type that operates when the internal pressure becomes higher than a set value and functions as a sealing plug when the internal pressure decreases. Alternatively, a non-reset type control valve that does not recover its function as a sealing plug once it is activated may be used. In FIG. 3, the control valve 11 is arranged in the center of the sealing plate 10, but the control valve 11 may be located at the end of the sealing plate 10. The control valve 11 may be omitted.

また、封口板10には注液口12が設けられている。水系電解質は、この注液口12を介して注液され得る。注液口12は、水系電解質が注液された後、封止栓13により塞がれ得る。注液口12及び封止栓13は省略してもよい。 The sealing plate 10 is also provided with a liquid inlet 12. The aqueous electrolyte can be injected through this liquid inlet 12. After the aqueous electrolyte is injected, the liquid inlet 12 can be closed by a sealing plug 13. The liquid inlet 12 and the sealing plug 13 may be omitted.

図5は、実施形態に係る二次電池の他の例を概略的に示す部分切欠斜視図である。図6は、図5に示す二次電池のB部を拡大した断面図である。図5及び図6は、容器として、ラミネートフィルム製外装部材を用いた二次電池100の一例を示している。 Figure 5 is a partially cutaway perspective view that shows a schematic diagram of another example of a secondary battery according to an embodiment. Figure 6 is an enlarged cross-sectional view of part B of the secondary battery shown in Figure 5. Figures 5 and 6 show an example of a secondary battery 100 that uses an exterior member made of a laminate film as a container.

図5及び図6に示す二次電池100は、図5及び図6に示す電極群1と、図5に示す外装部材2と、図示しない水系電解質とを具備する。電極群1及び水系電解質は、外装部材2内に収納されている。水系電解質は、電極群1に保持されている。 The secondary battery 100 shown in Figs. 5 and 6 includes an electrode group 1 shown in Figs. 5 and 6, an exterior member 2 shown in Fig. 5, and an aqueous electrolyte (not shown). The electrode group 1 and the aqueous electrolyte are housed in the exterior member 2. The aqueous electrolyte is held in the electrode group 1.

外装部材2は、2つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。 The exterior member 2 is made of a laminate film that includes two resin layers and a metal layer interposed between them.

図6はバイポーラ電極を複数積層した水系電解質バイポーラ二次電池の概略図である。 Figure 6 is a schematic diagram of an aqueous electrolyte bipolar secondary battery with multiple bipolar electrodes stacked on top of each other.

バイポーラ電極を複数積層した水系電解質バイポーラ二次電池は、負極活物質含有層3b2と、バイポーラ電極集電体502、及び正極活物質含有層5b2とをこの順で積層した構造を有するバイポーラ電極501と、バイポーラ電極501の負極活物質含有層3b2及び正極活物質含有層5b2と対向するように配置されたセパレータ4とを複数有し、最外層には正極集電体5aに担持された正極活物質含有層5b1及び負極集電体3aに担持された負極活物質含有層3b1を備えている。 The aqueous electrolyte bipolar secondary battery, which is made by stacking multiple bipolar electrodes, has a bipolar electrode 501 having a structure in which a negative electrode active material-containing layer 3b2, a bipolar electrode current collector 502, and a positive electrode active material-containing layer 5b2 are stacked in this order, and multiple separators 4 arranged to face the negative electrode active material-containing layer 3b2 and the positive electrode active material-containing layer 5b2 of the bipolar electrode 501, and the outermost layer includes a positive electrode active material-containing layer 5b1 supported on the positive electrode current collector 5a and a negative electrode active material-containing layer 3b1 supported on the negative electrode current collector 3a.

積層した際に最外層にあたる正極集電体及び負極集電体は、正極活物質含有層と負極活物質含有層と接しておらず、引き出された部分がある。この部分がリードとなる。このリードは図示しないが、帯状の負極端子6や帯状の正極端子7に電気的に接続されている。帯状の負極端子6の先端は、外装部材2の外部に引き出されている。帯状の正極端子7の先端は、負極端子6とは反対側に位置し、外装部材2の外部に引き出されている。 The positive electrode collector and the negative electrode collector, which are the outermost layers when stacked, are not in contact with the positive electrode active material-containing layer and the negative electrode active material-containing layer, and have portions that are pulled out. These portions become leads. Although not shown, these leads are electrically connected to the strip-shaped negative electrode terminal 6 and the strip-shaped positive electrode terminal 7. The tip of the strip-shaped negative electrode terminal 6 is pulled out to the outside of the exterior member 2. The tip of the strip-shaped positive electrode terminal 7 is located on the opposite side to the negative electrode terminal 6, and is pulled out to the outside of the exterior member 2.

第1の実施形態に係る水系電解質バイポーラ二次電池は、第1の負極活物質含有層を負極集電体の少なくとも一方の面上に設けられた負極と、第1の正極活物質含有層を正極集電体の少なくとも一方の面上に設けられた正極と、一方の面に第2の正極活物質含有層が、対向する他方の面に第2の負極活物質含有層が、それぞれ設けられたバイポーラ電極集電体を有するバイポーラ電極と、水系電解質とを具備する水系電解質バイポーラ二次電池であって、バイポーラ電極集電体は金属層aと金属層bを有し、金属層aは、Cr、Ni、Fe、Ti及びAlからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含み、金属層bは、金属層bの1層当たりの重量に対して10wt.%以上100wt.%以下のZn及びSnのいずれか1種の元素を含み、金属層a及び金属層bは電気的に接続されており、金属層aの面上に第2の正極活物質含有層を有し、金属層bの面上に第2の負極活物質含有層を有する。そのため、バイポーラ電極集電体を正極側水系電解質、負極側水系電解質の種類に合わせることができるので、当該二次電池は、優れた寿命特性を持つ。 The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to the first embodiment is an aqueous electrolyte bipolar secondary battery comprising: an anode having a first anode active material-containing layer provided on at least one surface of an anode current collector; a cathode having a first cathode active material-containing layer provided on at least one surface of a cathode current collector; a bipolar electrode having a bipolar electrode current collector having a second cathode active material-containing layer provided on one surface and a second anode active material-containing layer provided on the other opposing surface; and an aqueous electrolyte, wherein the bipolar electrode current collector has a metal layer a and a metal layer b, the metal layer a contains at least one element selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Ti, and Al, and the metal layer b contains 10 wt. % or more and 100 wt. % or more of metal layer b relative to the weight of each layer. % or less of either one of the elements Zn and Sn, the metal layer a and the metal layer b are electrically connected, a second positive electrode active material-containing layer is provided on the surface of the metal layer a, and a second negative electrode active material-containing layer is provided on the surface of the metal layer b. Therefore, the bipolar electrode collector can be matched to the type of positive electrode side aqueous electrolyte and the negative electrode side aqueous electrolyte, so that the secondary battery has excellent life characteristics.

[第2の実施形態]
第2の実施形態によると、組電池が提供される。該組電池は、第1の実施形態に係る二次電池を複数個具備している。
Second Embodiment
According to a second embodiment, there is provided a battery pack including a plurality of secondary batteries according to the first embodiment.

実施形態に係る組電池において、各単電池は、電気的に直列又は並列に接続して配置してもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて配置してもよい。 In the battery pack according to the embodiment, the individual cells may be electrically connected in series or parallel, or may be arranged in a combination of series and parallel connections.

次に、組電池の一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of a battery pack will be described with reference to the drawings.

図7は、実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図である。図7に示す組電池200は、5つの単電池100a~100eと、4つのバスバー21と、正極側リード22と、負極側リード23とを具備している。5つの単電池100a~100eのそれぞれは、第1の実施形態に係る二次電池である。 Figure 7 is a perspective view that shows a schematic diagram of an example of a battery pack according to an embodiment. The battery pack 200 shown in Figure 7 includes five cells 100a to 100e, four bus bars 21, a positive electrode lead 22, and a negative electrode lead 23. Each of the five cells 100a to 100e is a secondary battery according to the first embodiment.

バスバー21は、例えば、1つの単電池100aの負極端子6と、隣に位置する単電池100bの正極端子7とを接続している。このようにして、5つの単電池100は、4つのバスバー21により直列に接続されている。すなわち、図7の組電池200は、5直列の組電池である。例を図示しないが、電気的に並列に接続されている複数の単電池を含む組電池では、例えば、複数の負極端子同士がバスバーにより接続されるとともに複数の正極端子同士がバスバーにより接続されることで、複数の単電池が電気的に接続され得る。 The bus bar 21 connects, for example, the negative terminal 6 of one cell 100a to the positive terminal 7 of the adjacent cell 100b. In this way, the five cells 100 are connected in series by the four bus bars 21. That is, the battery pack 200 in FIG. 7 is a five-cell battery pack. Although no example is shown, in a battery pack including a plurality of cells electrically connected in parallel, for example, the plurality of negative terminals are connected to each other by a bus bar and the plurality of positive terminals are connected to each other by a bus bar, so that the plurality of cells are electrically connected.

5つの単電池100a~100eのうち少なくとも1つの電池の正極端子7は、外部接続用の正極側リード22に電気的に接続されている。また、5つの単電池100a~100eうち少なくとも1つの電池の負極端子6は、外部接続用の負極側リード23に電気的に接続されている。 The positive terminal 7 of at least one of the five cells 100a to 100e is electrically connected to a positive lead 22 for external connection. The negative terminal 6 of at least one of the five cells 100a to 100e is electrically connected to a negative lead 23 for external connection.

実施形態に係る組電池は、実施形態に係る二次電池を具備する。そのため、当該組電池は、優れた寿命特性を示すことができる。 The battery pack according to the embodiment includes the secondary battery according to the embodiment. Therefore, the battery pack can exhibit excellent life characteristics.

[第3の実施形態]
第3の実施形態によると、第1の実施形態に係る二次電池を含む電池パックが提供される。この電池パックは、第2の実施形態に係る組電池を具備することができる。この電池パックは、第2の実施形態に係る組電池の代わりに、単一の第1の実施形態に係る二次電池を具備していてもよい。
[Third embodiment]
According to a third embodiment, there is provided a battery pack including the secondary battery according to the first embodiment. This battery pack can include the battery assembly according to the second embodiment. This battery pack may include a single secondary battery according to the first embodiment instead of the battery assembly according to the second embodiment.

係る電池パックは、保護回路を更に具備することができる。保護回路は、二次電池の充放電を制御する機能を有する。或いは、電池パックを電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を、電池パックの保護回路として使用してもよい。 Such a battery pack may further include a protection circuit. The protection circuit has a function of controlling charging and discharging of the secondary battery. Alternatively, a circuit included in a device that uses the battery pack as a power source (e.g., electronic equipment, automobiles, etc.) may be used as the protection circuit for the battery pack.

また、電池パックは、通電用の外部端子を更に具備することもできる。通電用の外部端子は、外部に二次電池からの電流を出力するため、及び/又は二次電池に外部からの電流を入力するためのものである。言い換えれば、電池パックを電源として使用する際、電流が通電用の外部端子を通して外部に供給される。また、電池パックを充電する際、充電電流(自動車などの動力の回生エネルギーを含む)は通電用の外部端子を通して電池パックに供給される。 The battery pack may further include an external terminal for current flow. The external terminal for current flow is for outputting current from the secondary battery to the outside and/or for inputting current from the outside to the secondary battery. In other words, when the battery pack is used as a power source, current is supplied to the outside through the external terminal for current flow. When the battery pack is charged, charging current (including regenerative energy from the power of an automobile or the like) is supplied to the battery pack through the external terminal for current flow.

次に、実施形態に係る電池パックの一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of a battery pack according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

図8は実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す斜視図である。 Figure 8 is a perspective view showing an example of a battery pack according to an embodiment.

電池パック300は、例えば、図5及び図6に示す二次電池からなる組電池を備える。電池パック300は、筐体310と、筐体310内に収容された組電池200とを含む。組電池200は、複数(例えば5個)の二次電池100が電気的に直列に接続されたものである。二次電池100は、厚さ方向に積層されている。筐体310は、上部及び4つの側面それぞれに開口部320を有している。二次電池100の負極端子6及び正極端子7が突出している側面が、筐体310の開口部320に露出している。組電池200の出力用正極端子332は、帯状をなし、一端が二次電池100のいずれかの正極端子7と電気的に接続され、かつ他端が筐体310の開口部320から突出して筐体310の上部から突き出ている。一方、組電池200の出力用負極端子333は、帯状をなし、一端が二次電池100いずれかの負極端子6と電気的に接続され、かつ他端が筐体310の開口部320から突出して筐体310の上部から突き出ている。 The battery pack 300 includes a battery assembly consisting of secondary batteries as shown in FIG. 5 and FIG. 6. The battery pack 300 includes a housing 310 and a battery assembly 200 housed in the housing 310. The battery assembly 200 is a battery assembly in which a plurality of (e.g., five) secondary batteries 100 are electrically connected in series. The secondary batteries 100 are stacked in the thickness direction. The housing 310 has openings 320 on the top and on each of the four sides. The side from which the negative terminal 6 and the positive terminal 7 of the secondary battery 100 protrude is exposed to the opening 320 of the housing 310. The output positive terminal 332 of the battery assembly 200 is strip-shaped, with one end electrically connected to one of the positive terminals 7 of the secondary batteries 100 and the other end protruding from the opening 320 of the housing 310 and protruding from the top of the housing 310. On the other hand, the output negative electrode terminal 333 of the battery pack 200 is strip-shaped, with one end electrically connected to one of the negative electrode terminals 6 of the secondary batteries 100, and the other end protruding from the opening 320 of the housing 310 and protruding from the top of the housing 310.

係る電池パックの別の例を図9及び図10を参照して詳細に説明する。図9は、実施形態に係る電池パックの他の例を概略的に示す分解斜視図である。図10は、図9に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図である。 Another example of such a battery pack will be described in detail with reference to Figs. 9 and 10. Fig. 9 is an exploded perspective view showing a schematic diagram of another example of a battery pack according to an embodiment. Fig. 10 is a block diagram showing an example of an electrical circuit of the battery pack shown in Fig. 9.

図9及び図10に示す電池パック300は、収容容器31と、蓋32と、保護シート33と、組電池200と、プリント配線基板34と、配線35と、図示しない絶縁板とを備えている。 The battery pack 300 shown in Figures 9 and 10 includes a container 31, a lid 32, a protective sheet 33, a battery pack 200, a printed wiring board 34, wiring 35, and an insulating plate (not shown).

図9に示す収容容器31は、長方形の底面を有する有底角型容器である。収容容器31は、保護シート33と、組電池200と、プリント配線基板34と、配線35とを収容可能に構成されている。蓋32は、矩形型の形状を有する。蓋32は、収容容器31を覆うことにより、上記組電池200等を収容する。収容容器31及び蓋32には、図示していないが、外部機器等へと接続するための開口部又は接続端子等が設けられている。 The storage container 31 shown in FIG. 9 is a bottomed, square container having a rectangular bottom. The storage container 31 is configured to be able to accommodate a protective sheet 33, a battery pack 200, a printed wiring board 34, and wiring 35. The lid 32 has a rectangular shape. The lid 32 covers the storage container 31 to accommodate the battery pack 200 and the like. Although not shown, the storage container 31 and the lid 32 are provided with openings or connection terminals for connection to external devices and the like.

組電池200は、複数の単電池100と、正極側リード22と、負極側リード23と、粘着テープ24とを備えている。 The battery pack 200 includes a plurality of cells 100, a positive electrode lead 22, a negative electrode lead 23, and an adhesive tape 24.

複数の単電池100の少なくとも1つは、実施形態に係る二次電池である。複数の単電池100の各々は、図10に示すように電気的に直列に接続されている。複数の単電池100は、電気的に並列に接続されていてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されていてもよい。複数の単電池100を並列接続すると、直列接続した場合と比較して、電池容量が増大する。 At least one of the multiple single cells 100 is a secondary battery according to the embodiment. Each of the multiple single cells 100 is electrically connected in series as shown in FIG. 10. The multiple single cells 100 may be electrically connected in parallel, or may be connected in a combination of series and parallel connections. When the multiple single cells 100 are connected in parallel, the battery capacity is increased compared to when they are connected in series.

粘着テープ24は、複数の単電池100を締結している。粘着テープ24の代わりに、熱収縮テープを用いて複数の単電池100を固定してもよい。この場合、組電池200の両側面に保護シート33を配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて複数の単電池100を結束させる。 The adhesive tape 24 fastens the multiple cells 100 together. Instead of the adhesive tape 24, heat shrink tape may be used to secure the multiple cells 100 together. In this case, protective sheets 33 are placed on both sides of the battery pack 200, the heat shrink tape is wrapped around the battery pack 200, and the heat shrink tape is then thermally shrunk to bind the multiple cells 100 together.

正極側リード22の一端は、組電池200に接続されている。正極側リード22の一端は、1以上の単電池100の正極と電気的に接続されている。負極側リード23の一端は、組電池200に接続されている。負極側リード23の一端は、1以上の単電池100の負極と電気的に接続されている。 One end of the positive electrode lead 22 is connected to the battery pack 200. One end of the positive electrode lead 22 is electrically connected to the positive electrode of one or more single cells 100. One end of the negative electrode lead 23 is connected to the battery pack 200. One end of the negative electrode lead 23 is electrically connected to the negative electrode of one or more single cells 100.

プリント配線基板34は、収容容器31の内側面のうち、一方の短辺方向の面に沿って設置されている。プリント配線基板34は、正極側コネクタ342と、負極側コネクタ343と、サーミスタ345と、保護回路346と、配線342a及び343aと、通電用の外部端子350と、プラス側配線(正側配線)348aと、マイナス側配線(負側配線)348bとを備えている。プリント配線基板34の一方の面は、組電池200の一側面と向き合っている。プリント配線基板34と組電池200との間には、図示しない絶縁板が介在している。 The printed wiring board 34 is installed along one of the short sides of the inner surface of the container 31. The printed wiring board 34 includes a positive connector 342, a negative connector 343, a thermistor 345, a protection circuit 346, wiring 342a and 343a, an external terminal 350 for supplying electricity, a positive wiring (positive wiring) 348a, and a negative wiring (negative wiring) 348b. One surface of the printed wiring board 34 faces one side of the battery pack 200. An insulating plate (not shown) is interposed between the printed wiring board 34 and the battery pack 200.

正極側コネクタ342に、正極側リード22の他端22aが電気的に接続されている。負極側コネクタ343に、負極側リード23の他端23aが電気的に接続されている。 The other end 22a of the positive electrode lead 22 is electrically connected to the positive electrode connector 342. The other end 23a of the negative electrode lead 23 is electrically connected to the negative electrode connector 343.

サーミスタ345は、プリント配線基板34の一方の面に固定されている。サーミスタ345は、単電池100の各々の温度を検出し、その検出信号を保護回路346に送信する。 The thermistor 345 is fixed to one side of the printed wiring board 34. The thermistor 345 detects the temperature of each of the cells 100 and transmits the detection signal to the protection circuit 346.

通電用の外部端子350は、プリント配線基板34の他方の面に固定されている。通電用の外部端子350は、電池パック300の外部に存在する機器と電気的に接続されている。通電用の外部端子350は、正側端子352と負側端子353とを含む。 The external terminals 350 for electrical current flow are fixed to the other surface of the printed wiring board 34. The external terminals 350 for electrical current flow are electrically connected to a device that is external to the battery pack 300. The external terminals 350 for electrical current flow include a positive terminal 352 and a negative terminal 353.

保護回路346は、プリント配線基板34の他方の面に固定されている。保護回路346は、プラス側配線348aを介して正側端子352と接続されている。保護回路346は、マイナス側配線348bを介して負側端子353と接続されている。また、保護回路346は、配線342aを介して正極側コネクタ342に電気的に接続されている。保護回路346は、配線343aを介して負極側コネクタ343に電気的に接続されている。更に、保護回路346は、複数の単電池100の各々と配線35を介して電気的に接続されている。 The protection circuit 346 is fixed to the other surface of the printed wiring board 34. The protection circuit 346 is connected to the positive terminal 352 via the positive wiring 348a. The protection circuit 346 is connected to the negative terminal 353 via the negative wiring 348b. The protection circuit 346 is also electrically connected to the positive connector 342 via the wiring 342a. The protection circuit 346 is electrically connected to the negative connector 343 via the wiring 343a. Furthermore, the protection circuit 346 is electrically connected to each of the multiple single cells 100 via the wiring 35.

保護シート33は、収容容器31の長辺方向の両方の内側面と、組電池200を介してプリント配線基板34と向き合う短辺方向の内側面とに配置されている。保護シート33は、例えば、樹脂又はゴムからなる。 The protective sheet 33 is disposed on both inner surfaces of the long sides of the container 31 and on the inner surface of the short side that faces the printed wiring board 34 via the battery pack 200. The protective sheet 33 is made of, for example, resin or rubber.

保護回路346は、複数の単電池100の充放電を制御する。また、保護回路346は、サーミスタ345から送信される検出信号、又は、個々の単電池100又は組電池200から送信される検出信号に基づいて、保護回路346と外部機器への通電用の外部端子350(正側端子352、負側端子353)との電気的な接続を遮断する。 The protection circuit 346 controls the charging and discharging of the multiple cells 100. The protection circuit 346 also cuts off the electrical connection between the protection circuit 346 and the external terminals 350 (positive terminal 352, negative terminal 353) for supplying electricity to an external device based on a detection signal transmitted from the thermistor 345 or a detection signal transmitted from each cell 100 or the battery pack 200.

サーミスタ345から送信される検出信号としては、例えば、単電池100の温度が所定の温度以上であることを検出した信号を挙げることができる。個々の単電池100又は組電池200から送信される検出信号としては、例えば、単電池100の過充電、過放電及び過電流を検出した信号を挙げることができる。個々の単電池100について過充電等を検出する場合、電池電圧を検出してもよく、正極電位又は負極電位を検出してもよい。後者の場合、参照極として用いるリチウム電極を個々の単電池100に挿入する。 The detection signal transmitted from the thermistor 345 may be, for example, a signal that detects that the temperature of the cell 100 is equal to or higher than a predetermined temperature. The detection signal transmitted from each cell 100 or the battery pack 200 may be, for example, a signal that detects overcharging, overdischarging, or overcurrent of the cell 100. When detecting overcharging or the like for each cell 100, the battery voltage may be detected, or the positive electrode potential or negative electrode potential may be detected. In the latter case, a lithium electrode used as a reference electrode is inserted into each cell 100.

なお、保護回路346としては、電池パック300を電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を用いてもよい。 The protection circuit 346 may be a circuit included in a device (e.g., electronic device, automobile, etc.) that uses the battery pack 300 as a power source.

また、この電池パック300は、上述したように通電用の外部端子350を備えている。したがって、この電池パック300は、通電用の外部端子350を介して、組電池200からの電流を外部機器に出力するとともに、外部機器からの電流を、組電池200に入力することができる。言い換えると、電池パック300を電源として使用する際には、組電池200からの電流が、通電用の外部端子350を通して外部機器に供給される。また、電池パック300を充電する際には、外部機器からの充電電流が、通電用の外部端子350を通して電池パック300に供給される。この電池パック300を車載用電池として用いた場合、外部機器からの充電電流として、車両の動力の回生エネルギーを用いることができる。 As described above, the battery pack 300 is provided with an external terminal 350 for current flow. Therefore, the battery pack 300 can output current from the battery pack 200 to an external device and input current from the external device to the battery pack 200 via the external terminal 350 for current flow. In other words, when the battery pack 300 is used as a power source, the current from the battery pack 200 is supplied to the external device through the external terminal 350 for current flow. When the battery pack 300 is charged, a charging current from the external device is supplied to the battery pack 300 through the external terminal 350 for current flow. When the battery pack 300 is used as an in-vehicle battery, the regenerative energy of the vehicle's power can be used as the charging current from the external device.

なお、電池パック300は、複数の組電池200を備えていてもよい。この場合、複数の組電池200は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。また、プリント配線基板34及び配線35は省略してもよい。この場合、正極側リード22及び負極側リード23を通電用の外部端子の正側端子と負側端子としてそれぞれ用いてもよい。 The battery pack 300 may include a plurality of assembled batteries 200. In this case, the assembled batteries 200 may be connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel connections. The printed wiring board 34 and the wiring 35 may be omitted. In this case, the positive electrode lead 22 and the negative electrode lead 23 may be used as the positive and negative terminals of the external terminals for current supply, respectively.

このような電池パックは、例えば大電流を取り出したときにサイクル性能が優れていることが要求される用途に用いられる。この電池パックは、具体的には、例えば、電子機器の電源、定置用電池、各種車両の車載用電池として用いられる。電子機器としては、例えば、デジタルカメラを挙げることができる。この電池パックは、車載用電池として特に好適に用いられる。 Such battery packs are used in applications that require excellent cycle performance, for example, when drawing a large current. Specifically, these battery packs are used, for example, as power sources for electronic devices, stationary batteries, and on-board batteries for various vehicles. Examples of electronic devices include digital cameras. These battery packs are particularly suitable for use as on-board batteries.

第3の実施形態に係る電池パックは、第1の実施形態に係る二次電池又は第2の実施形態に係る組電池を備えている。そのため、当該電池パックは、優れた寿命特性を示すことができる。 The battery pack according to the third embodiment includes the secondary battery according to the first embodiment or the battery pack according to the second embodiment. Therefore, the battery pack can exhibit excellent life characteristics.

[第4の実施形態]
第4の実施形態によると、第3の実施形態に係る電池パックを含む車両が提供される。
[Fourth embodiment]
According to a fourth embodiment, a vehicle including the battery pack according to the third embodiment is provided.

係る車両において、電池パックは、例えば、車両の動力の回生エネルギーを回収するものである。車両は、この車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構(Regenerator:再生器)を含んでいてもよい。 In such a vehicle, the battery pack, for example, recovers regenerative energy from the vehicle's motive power. The vehicle may also include a mechanism (regenerator) that converts the kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.

実施形態に係る車両の例としては、例えば、二輪から四輪のハイブリッド電気自動車、二輪から四輪の電気自動車、アシスト自転車、及び鉄道用車両が挙げられる。 Examples of vehicles according to the embodiment include, for example, two- to four-wheel hybrid electric vehicles, two- to four-wheel electric vehicles, power-assisted bicycles, and rail vehicles.

実施形態に係る車両における電池パックの搭載位置は、特には限定されない。例えば、電池パックを自動車に搭載する場合、電池パックは、車両のエンジンルーム、車体後方又は座席の下に搭載することができる。 The mounting position of the battery pack in the vehicle according to the embodiment is not particularly limited. For example, when the battery pack is mounted in an automobile, the battery pack can be mounted in the engine compartment, the rear of the vehicle body, or under the seat of the vehicle.

実施形態に係る車両は、複数の電池パックを搭載してもよい。この場合、それぞれの電池パックが含む電池同士は、電気的に直列に接続されてもよく、電気的に並列に接続されてもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。例えば、各電池パックが組電池を含む場合は、組電池同士が電気的に直列に接続されてもよく、又は電気的に並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。或いは、各電池パックが単一の電池を含む場合は、それぞれの電池同士が電気的に直列に接続されてもよく、電気的に並列に接続されてもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。 The vehicle according to the embodiment may be equipped with a plurality of battery packs. In this case, the batteries included in each battery pack may be electrically connected in series, electrically connected in parallel, or electrically connected by a combination of series and parallel connections. For example, when each battery pack includes a battery pack, the battery packs may be electrically connected in series, electrically connected in parallel, or electrically connected by a combination of series and parallel connections. Alternatively, when each battery pack includes a single battery, the batteries may be electrically connected in series, electrically connected in parallel, or electrically connected by a combination of series and parallel connections.

次に、実施形態に係る車両の一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of a vehicle according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

図11は、実施形態に係る車両の一例を概略的に示す部分透過図である。
図11に示す車両400は、車両本体40と、第4の実施形態に係る電池パック300とを含んでいる。図11に示す例では、車両400は、四輪の自動車である。
FIG. 11 is a partially see-through view that illustrates an example of a vehicle according to an embodiment.
A vehicle 400 shown in Fig. 11 includes a vehicle body 40 and a battery pack 300 according to the fourth embodiment. In the example shown in Fig. 11, the vehicle 400 is a four-wheeled automobile.

この車両400は、複数の電池パック300を搭載してもよい。この場合、電池パック300が含む電池(例えば、単電池又は組電池)は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。 The vehicle 400 may be equipped with multiple battery packs 300. In this case, the batteries (e.g., single cells or battery packs) included in the battery packs 300 may be connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel connections.

図11では、電池パック300が車両本体40の前方に位置するエンジンルーム内に搭載されている例を図示している。上述したとおり、電池パック300は、例えば、車両本体40の後方又は座席の下に搭載してもよい。この電池パック300は、車両400の電源として用いることができる。また、この電池パック300は、車両400の動力の回生エネルギーを回収することができる。 Figure 11 illustrates an example in which the battery pack 300 is mounted in an engine compartment located in front of the vehicle body 40. As described above, the battery pack 300 may be mounted, for example, at the rear of the vehicle body 40 or under a seat. This battery pack 300 can be used as a power source for the vehicle 400. In addition, this battery pack 300 can recover regenerative energy for the power of the vehicle 400.

第4の実施形態に係る車両は、第4の実施形態に係る電池パックを搭載している。したがって、当該車両は、走行性能及び信頼性に優れる。 The vehicle according to the fourth embodiment is equipped with a battery pack according to the fourth embodiment. Therefore, the vehicle has excellent driving performance and reliability.

[第5の実施形態]
第5の実施形態によると、第4の実施形態に係る電池パックを含む定置用電源が提供される。
[Fifth embodiment]
According to a fifth embodiment, there is provided a stationary power source including the battery pack according to the fourth embodiment.

係る定置用電源は、第4の実施形態に係る電池パックの代わりに、第2の実施形態に係る組電池又は第1の実施形態に係る二次電池を搭載していてもよい。実施形態に係る定置用電源は、長寿命を実現できる。 Instead of the battery pack according to the fourth embodiment, the stationary power source may be equipped with the battery pack according to the second embodiment or the secondary battery according to the first embodiment. The stationary power source according to the embodiment can achieve a long life.

図12は、実施形態に係る定置用電源を含むシステムの一例を示すブロック図である。図12は、実施形態に係る電池パック300A、300Bの使用例として、定置用電源112、123への適用例を示す図である。図12に示す一例では、定置用電源112,123が用いられるシステム110が示される。システム110は、発電所111、定置用電源112、需要家側電力系統113及びエネルギー管理システム(EMS)115を備える。また、システム110には、電力網116及び通信網117が形成され、発電所111、定置用電源112、需要家側電力系統113及びEMS115は、電力網116及び通信網117を介して、接続される。EMS115は、電力網116及び通信網117を活用して、システム110全体を安定化させる制御を行う。 FIG. 12 is a block diagram showing an example of a system including a stationary power source according to the embodiment. FIG. 12 is a diagram showing an example of application to stationary power sources 112 and 123 as an example of use of battery packs 300A and 300B according to the embodiment. In the example shown in FIG. 12, a system 110 in which stationary power sources 112 and 123 are used is shown. The system 110 includes a power plant 111, a stationary power source 112, a consumer-side power system 113, and an energy management system (EMS) 115. In addition, a power grid 116 and a communication network 117 are formed in the system 110, and the power plant 111, the stationary power source 112, the consumer-side power system 113, and the EMS 115 are connected via the power grid 116 and the communication network 117. The EMS 115 uses the power grid 116 and the communication network 117 to perform control to stabilize the entire system 110.

発電所111は、火力及び原子力等の燃料源によって、大容量の電力を生成する。発電所111からは、電力網116等を通して電力が供給される。また、定置用電源112には、電池パック300Aが搭載される。電池パック300Aは、発電所111から供給される電力等を蓄電できる。また、定置用電源112は、電池パック300Aに蓄電された電力を、電力網116等を通して供給できる。システム110には、電力変換装置118が設けられる。電力変換装置118は、コンバータ、インバータ及び変圧器等を含む。したがって、電力変換装置118は、直流と交流との間の変換、互いに対して周波数が異なる交流の間の変換、及び、変圧(昇圧及び降圧)等を行うことができる。このため、電力変換装置118は、発電所111からの電力を、電池パック300Aへ蓄電可能な電力に変換できる。 The power plant 111 generates a large amount of electricity using fuel sources such as thermal power and nuclear power. Electricity is supplied from the power plant 111 through the power grid 116, etc. The stationary power source 112 is equipped with a battery pack 300A. The battery pack 300A can store the electricity supplied from the power plant 111. The stationary power source 112 can supply the electricity stored in the battery pack 300A through the power grid 116, etc. The system 110 is provided with a power conversion device 118. The power conversion device 118 includes a converter, an inverter, a transformer, etc. Therefore, the power conversion device 118 can convert between direct current and alternating current, convert between alternating currents with different frequencies, and perform voltage transformation (boosting and bucking), etc. Therefore, the power conversion device 118 can convert the electricity from the power plant 111 into electricity that can be stored in the battery pack 300A.

需要家側電力系統113には、工場用の電力系統、ビル用の電力系統、及び、家庭用の電力系統等が、含まれる。需要家側電力系統113は、需要家側EMS121、電力変換装置122及び定置用電源123を備える。定置用電源123には、電池パック300Bが搭載される。需要家側EMS121は、需要家側電力系統113を安定化させる制御を行う。 The consumer-side power system 113 includes a power system for factories, a power system for buildings, and a power system for homes. The consumer-side power system 113 includes a consumer-side EMS 121, a power conversion device 122, and a stationary power source 123. The stationary power source 123 is equipped with a battery pack 300B. The consumer-side EMS 121 performs control to stabilize the consumer-side power system 113.

需要家側電力系統113には、発電所111からの電力、及び、電池パック300Aからの電力が、電力網116を通して供給される。電池パック300Bは、需要家側電力系統113に供給された電力を蓄電できる。また、電力変換装置122は、電力変換装置118と同様に、コンバータ、インバータ及び変圧器等を含む。したがって、電力変換装置122は、直流と交流との間の変換、互いに対して周波数が異なる交流の間の変換、及び、変圧(昇圧及び降圧)等を行うことができる。このため、電力変換装置122は、需要家側電力系統113に供給された電力を、電池パック300Bへ蓄電可能な電力に変換できる。 The consumer-side power system 113 is supplied with power from the power plant 111 and from the battery pack 300A through the power grid 116. The battery pack 300B can store the power supplied to the consumer-side power system 113. Similarly to the power conversion device 118, the power conversion device 122 includes a converter, an inverter, a transformer, and the like. Therefore, the power conversion device 122 can convert between DC and AC, convert between AC with different frequencies, and perform voltage transformation (boost and step-down), etc. Therefore, the power conversion device 122 can convert the power supplied to the consumer-side power system 113 into power that can be stored in the battery pack 300B.

なお、電池パック300Bに蓄電された電力は、例えば、電気自動車等の車両の充電等に用いることができる。また、システム110には、自然エネルギー源が設けられてもよい。この場合、自然エネルギー源は、風力及び太陽光等の自然エネルギーによって、電力を生成する。そして、発電所111に加えて自然エネルギー源からも、電力網116を通して、電力が供給される。 The power stored in the battery pack 300B can be used, for example, to charge a vehicle such as an electric car. The system 110 may also be provided with a natural energy source. In this case, the natural energy source generates power using natural energy such as wind power and solar power. Power is supplied from the natural energy source in addition to the power plant 111 through the power grid 116.

[実施例]
(実施例1)
<水系電解質バイポーラ二次電池の製造>
以下の方法により、水系電解質バイポーラ二次電池を製造した。
[Example]
Example 1
<Manufacture of aqueous electrolyte bipolar secondary battery>
An aqueous electrolyte bipolar secondary battery was produced by the following method.

(バイポーラ電極の作製)
正極活物質スラリーの準備
正極活物質含有層を形成するため、正極活物質スラリーを準備する。正極活物質スラリーには正極活物質としてLiMn、導電助剤としてアセチレンブラック、結着剤としてPVDFを100:5:5の割合で混合したものを用いた。
(Preparation of bipolar electrodes)
Preparation of Positive Electrode Active Material Slurry A positive electrode active material slurry was prepared to form a positive electrode active material-containing layer. The positive electrode active material slurry was prepared by mixing LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive additive, and PVDF as a binder in a ratio of 100:5:5.

負極活物質スラリーの準備
負極活物質含有層を形成するため、負極活物質スラリーを準備する。負極活物質スラリーには負極活物質としてLiTi12、導電助剤としてグラファイト、結着剤としてPVDFを、100:5:1の割合で混合したものを用いた。
Preparation of negative electrode active material slurry To form a negative electrode active material-containing layer, a negative electrode active material slurry was prepared. The negative electrode active material slurry was prepared by mixing Li4Ti5O12 as a negative electrode active material, graphite as a conductive additive, and PVDF as a binder in a ratio of 100:5:1.

金属層aに金属層aの1層当たりの重量に対して100wt.%のTiが含まれるTi箔、金属層bに金属層bの1層当たりの重量に対して100wt.%のZnが含まれるZn箔を用いる。この金属層aと金属層bを積層したものをバイポーラ電極集電体として用いた。Ti箔片面に正極活物質スラリーを塗布し、Zn箔片面に負極活物質スラリーを非塗工部が残るように塗布し、120℃で12時間乾燥させ正極活物質含有層及び負極活物質含有層を形成した。金属層Ti箔の正極活物質スラリーを塗布していない、もう一方の片面にアセチレンブラックを分散させたPVdF溶液を塗布し、Zn箔の負極活物質スラリーを塗工していない面を接合したあと、120℃で12時間真空乾燥し、片面は正極面、もう一方の面は負極面としたバイポーラ電極を作製した。 A Ti foil in which the metal layer a contains 100 wt. % Ti relative to the weight of each layer of the metal layer a, and a Zn foil in which the metal layer b contains 100 wt. % Zn relative to the weight of each layer of the metal layer b are used. The laminate of the metal layers a and b was used as a bipolar electrode current collector. A positive electrode active material slurry was applied to one side of the Ti foil, and a negative electrode active material slurry was applied to one side of the Zn foil so that the non-coated portion remained, and the laminate was dried at 120°C for 12 hours to form a positive electrode active material-containing layer and a negative electrode active material-containing layer. A PVdF solution in which acetylene black was dispersed was applied to the other side of the metal layer Ti foil that was not coated with the positive electrode active material slurry, and the surface of the Zn foil that was not coated with the negative electrode active material slurry was joined, and the laminate was vacuum-dried at 120°C for 12 hours to produce a bipolar electrode with one side as the positive electrode surface and the other side as the negative electrode surface.

(水系電解質バイポーラ二次電池の作製)
バイポーラ電極のTi箔面の非塗工部にTi箔を溶接し、これをリードとした。バイポーラ電極の負極面に12M-LiCl電解液を塗布し、上から固体電解質としてLi1.3Al0.3Ti1.7(POを含む固体電解質シートを置いた後、上から2M-LiSO電解質を塗布し、上から先述と同様に作製した他のバイポーラ電極の正極面を対向させるように置いた。その際、リードの方向が同一となるようにバイポーラ電極を置いた。この操作を繰り返し、バイポーラ電極を3枚積層させた。
(Preparation of aqueous electrolyte bipolar secondary battery)
A Ti foil was welded to the non-coated portion of the Ti foil surface of the bipolar electrode, and this was used as a lead. A 12M-LiCl electrolyte was applied to the negative electrode surface of the bipolar electrode, and a solid electrolyte sheet containing Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 was placed from above as a solid electrolyte, and then a 2M-Li 2 SO 4 electrolyte was applied from above, and the positive electrode surface of another bipolar electrode prepared in the same manner as above was placed so as to face each other from above. At that time, the bipolar electrodes were placed so that the lead direction was the same. This operation was repeated to stack three bipolar electrodes.

積層したバイポーラ電極をポリエチレン製の容器に入れ、リードを容器の外に出した後、バイポーラ電極と容器の空間をなくすようにシリコンシーラントで空間を埋め、蓋を被せ、水系電解質バイポーラ二次電池とした。 The stacked bipolar electrodes were placed in a polyethylene container, the leads were removed from the container, and the space between the bipolar electrodes and the container was filled with silicone sealant to eliminate any gaps, and the container was then covered with a lid to create an aqueous electrolyte bipolar secondary battery.

サイクル数の評価と自己放電特性を評価するため、次のように試験を行った。 To evaluate the number of cycles and the self-discharge characteristics, the following tests were performed.

<サイクル数>
二次電池を、セルを組んでからの待機時間12時間を空けた後、25℃環境下で0.2Cのレートにおいて(負極活物質換算)の定電流で2.55Vまで充電した後、1.8Vまで0.2Cでの放電を実施して初期の放電容量を測定した。
<Number of cycles>
After a waiting time of 12 hours from the assembly of the secondary battery, the battery was charged to 2.55 V at a constant current of 0.2 C (converted into negative electrode active material) in a 25° C. environment, and then discharged to 1.8 V at 0.2 C to measure the initial discharge capacity.

<自己放電特性>
(初期放電容量)
二次電池を、セルを組んでからの待機時間12時間を空けた後、25℃環境下で0.1Cのレートにおいて(負極活物質換算)の定電流で2.6Vまで充電した後、2.2Vまで0.1Cでの放電を実施して初期の放電容量(mAh/g(負極活物質重量あたり))を測定した。
<Self-discharge characteristics>
(Initial discharge capacity)
After a standby time of 12 hours from the assembly of the cell, the secondary battery was charged to 2.6 V at a constant current of 0.1 C (as negative electrode active material) in a 25° C. environment, and then discharged to 2.2 V at 0.1 C to measure the initial discharge capacity (mAh/g (per weight of negative electrode active material)).

(自己放電率)
初期放電容量測定後、0.25Cレートにおいて所定のサイクル数の充放電測定を繰り返した後、0.1Cレート(負極活物質換算)の定電流で2.6Vまで充電した後、24時間放置した後に2.2Vまで0.1Cでの放電を実施する。貯蔵性能の指標として、自己放電率(%)を下記式より算出した。
(自己放電率) = 100-(24時間後の放電容量÷初期の放電容量)×100
(Self-discharge rate)
After measuring the initial discharge capacity, a predetermined number of charge/discharge cycles were repeated at a rate of 0.25 C, and then the battery was charged to 2.6 V at a constant current of a rate of 0.1 C (as negative electrode active material), and then the battery was left for 24 hours before being discharged at 0.1 C to 2.2 V. As an index of storage performance, the self-discharge rate (%) was calculated from the following formula.
(Self-discharge rate) = 100 - (discharge capacity after 24 hours ÷ initial discharge capacity) x 100

(実施例2)
金属層aにステンレス箔、金属層bに金属層bの1層当たりの重量に対して100wt.%のSnが含まれるSn箔を用いたこと以外は実施例1記載と同じ方法で作製し、評価を行った。
Example 2
The same method as in Example 1 was used to prepare and evaluate the sample, except that the metal layer a was a stainless steel foil, and the metal layer b was a Sn foil containing 100 wt. % Sn relative to the weight of each layer of the metal layer b.

(実施例3)
金属層aにAl-Mg合金箔、金属層bに金属層bの1層当たりの重量に対して100wt.%のSnが含まれるSn箔を用いたこと以外は実施例1記載と同じ方法で作製し、評価を行った。
Example 3
The same method as in Example 1 was used to prepare and evaluate the sample, except that an Al-Mg alloy foil was used for the metal layer a, and an Sn foil containing 100 wt. % Sn relative to the weight of each metal layer b was used for the metal layer b.

(実施例4)
金属層aに金属層aの1層当たりの重量に対して100wt.%のTiが含まれるTi箔、金属層bに金属層bの1層当たりの重量に対してZnが15wt.%含まれるZn-Snメッキ銅箔を用いたこと以外は実施例1記載と同じ方法で作製し、評価を行った。
Example 4
The same method as in Example 1 was used to prepare and evaluate the sample, except that the metal layer a was a Ti foil containing 100 wt. % Ti relative to the weight of each layer of the metal layer a, and the metal layer b was a Zn-Sn plated copper foil containing 15 wt. % Zn relative to the weight of each layer of the metal layer b.

(実施例5)
金属層aに金属層aの1層当たりの重量に対して100wt.%のTiが含まれるTi箔、金属層bに金属層bの1層当たりの重量に対してZnが30wt.%含まれるCu-Zn合金箔を用いたこと以外は実施例1記載と同じ方法で作製し、評価を行った。
Example 5
The same method as in Example 1 was used to prepare and evaluate the sample, except that the metal layer a was a Ti foil containing 100 wt. % Ti relative to the weight of each layer of the metal layer a, and the metal layer b was a Cu-Zn alloy foil containing 30 wt. % Zn relative to the weight of each layer of the metal layer b.

(実施例6)
金属層aに金属層aの1層当たりの重量に対して100wt.%のTiが含まれるTi箔、金属層bに金属層bの1層当たりの重量に対してSnが15wt.%含まれるSnメッキ銅箔を用いたこと以外は実施例1記載と同じ方法で作製し、評価を行った。
Example 6
The same method as in Example 1 was used to prepare and evaluate the specimen, except that the metal layer a was a Ti foil containing 100 wt. % Ti relative to the weight of each layer of the metal layer a, and the metal layer b was a Sn-plated copper foil containing 15 wt. % Sn relative to the weight of each layer of the metal layer b.

(比較例1)
金属層aにステンレス箔、金属層bにもステンレス箔を用いたこと以外は実施例1記載と同じ方法で作製し、評価を行った。
Comparative Example 1
The fabrication and evaluation were carried out in the same manner as in Example 1, except that stainless steel foil was used for metal layer a and stainless steel foil was also used for metal layer b.

(比較例2)
金属層aに金属層aの1層当たりの重量に対して100wt.%のAlが含まれるAl箔、金属層bにも金属層aに用いたものと同じAl箔を用い、正極面に接する電解液に12M-LiClを用いたこと以外は実施例1記載と同じ方法で作製し、評価を行った。Al箔は金属層bの1層当たりの重量に対して100wt.%である。
(Comparative Example 2)
The metal layer a was made of Al foil containing 100 wt. % Al relative to the weight of each layer of the metal layer a, the same Al foil as that used for the metal layer a was used for the metal layer b, and 12M-LiCl was used as the electrolyte in contact with the positive electrode surface. The Al foil was 100 wt. % relative to the weight of each layer of the metal layer b.

(比較例3)
金属層aに金属層aの1層当たりの重量に対して100wt.%のTiが含まれるTi箔、金属層bにステンレス箔を用いたこと以外は実施例1記載と同じ方法で作製し、評価を行った。
(Comparative Example 3)
The same method as in Example 1 was used to prepare and evaluate the sample, except that the metal layer a was a Ti foil containing 100 wt. % Ti relative to the weight of each metal layer a, and the metal layer b was a stainless steel foil.

(比較例4)
金属層bに金属層bの1層当たりの重量に対して3wt.%のSnが含まれるCu-Sn合金箔を用いたこと以外は実施例1と同様に水系電解質バイポーラ二次電池を作製し、評価を行った。

Figure 0007589080000006
(Comparative Example 4)
An aqueous electrolyte bipolar secondary battery was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 1, except that a Cu-Sn alloy foil containing 3 wt. % Sn relative to the weight of each layer of the metal layer b was used for the metal layer b.
Figure 0007589080000006

以上の結果より、第1の負極活物質含有層を負極集電体の少なくとも一方の面上に設けられた負極と、第1の正極活物質含有層を正極集電体の少なくとも一方の面上に設けられた正極と、一方の面に第2の正極活物質含有層が、対向する他方の面に第2の負極活物質含有層が、それぞれ設けられたバイポーラ電極集電体を有するバイポーラ電極と、水系電解質とを具備する水系電解質バイポーラ二次電池であって、バイポーラ電極集電体は金属層aと金属層bを有し、金属層aは、Cr、Ni、Fe、Ti及びAlからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含み、金属層bは、金属層bの1層当たりの重量に対して10wt.%以上100wt.%以下のZn及びSnのいずれか1種の元素を含み、金属層a及び金属層bは電気的に接続されており、金属層aの面上に第2の正極活物質含有層を有し、金属層bの面上に第2の負極活物質含有層を有する水系電解質バイポーラ二次電池であることで、バイポーラ電極集電体の腐食を抑制できたため、比較例よりも容量維持率、初期放電容量が向上し、自己放電が改善した。水系電解質を用いる場合でも寿命性能が優れることがわかる。 From the above results, an aqueous electrolyte bipolar secondary battery is provided with a negative electrode having a first negative electrode active material-containing layer on at least one surface of a negative electrode current collector, a positive electrode having a first positive electrode active material-containing layer on at least one surface of a positive electrode current collector, a bipolar electrode having a bipolar electrode current collector having a second positive electrode active material-containing layer on one surface and a second negative electrode active material-containing layer on the other opposing surface, and an aqueous electrolyte, in which the bipolar electrode current collector has a metal layer a and a metal layer b, the metal layer a contains at least one element selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Ti and Al, and the metal layer b contains 10 wt. % or more and 100 wt. % or less of the weight of each metal layer b. % or less of either one of the elements Zn and Sn, metal layer a and metal layer b are electrically connected, a second positive electrode active material-containing layer is provided on the surface of metal layer a, and a second negative electrode active material-containing layer is provided on the surface of metal layer b. This aqueous electrolyte bipolar secondary battery was able to suppress corrosion of the bipolar electrode current collector, and therefore the capacity retention rate and initial discharge capacity were improved and self-discharge was improved compared to the comparative example. It can be seen that the life performance is excellent even when an aqueous electrolyte is used.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

1…電極群、2…外装部材、3…負極、3a…負極集電体、3b…負極活物質含有層、3b1…第1の負極活物質含有層、3b2…第2の負極活物質含有層、4…セパレータ、4a…第1のセパレータ、4b…第2のセパレータ、5…正極、5a…正極集電体、5b…正極活物質含有層、5b1…第1の正極活物質含有層、5b2…第2の正極活物質含有層、6…負極端子、7…正極端子、8…負極ガスケット、9…正極ガスケット、10…封口板、11…制御弁、12…注液口、13…封止栓、16…負極集電タブ、17…正極集電タブ、21…バスバー、22…正極側リード、23…負極側リード、24…粘着テープ、31…収容容器、32…蓋、33…保護シート、34…プリント配線基板、35…配線、40…車両本体、100…二次電池、110…システム、111…発電所、112…定置用電源、113…需要家側電力系統、115…エネルギー管理システム、116…電力網、117…通信網、118…電力変換装置、121…需要家側EMS、122…電力変換装置、123…定置用電源、200…組電池、300…電池パック、300A…電池パック、300B…電池パック、310…筐体、320…開口部、332…出力用正極端子、333…出力用負極端子、342…正極側コネクタ、343…負極側コネクタ、345…サーミスタ、346…保護回路、342a…配線、343a…配線、350…通電用の外部端子、352…正側端子、353…負側端子、348a…プラス側配線、348b…マイナス側配線、400…車両、500…水系電解質バイポーラ二次電池、501…バイポーラ電極、502…バイポーラ電極集電体、502a…金属層a、502b…金属層b、503…導電性接着層、504…負極側水系電解質、505…正極側水系電解質。 1...electrode group, 2...exterior member, 3...negative electrode, 3a...negative electrode current collector, 3b...negative electrode active material-containing layer, 3b1...first negative electrode active material-containing layer, 3b2...second negative electrode active material-containing layer, 4...separator, 4a...first separator, 4b...second separator, 5...positive electrode, 5a...positive electrode current collector, 5b...positive electrode active material-containing layer, 5b1...first positive electrode active material-containing layer, 5b2...second positive electrode active material-containing layer, 6...negative electrode terminal, 7...positive electrode terminal, 8...negative electrode gasket, 9...positive electrode Gasket, 10... sealing plate, 11... control valve, 12... liquid injection port, 13... sealing plug, 16... negative electrode current collecting tab, 17... positive electrode current collecting tab, 21... bus bar, 22... positive electrode side lead, 23... negative electrode side lead, 24... adhesive tape, 31... storage container, 32... lid, 33... protective sheet, 34... printed wiring board, 35... wiring, 40... vehicle body, 100... secondary battery, 110... system, 111... power plant, 112... stationary power source, 113... consumer side power system, 11 5...Energy management system, 116...Power grid, 117...Communication network, 118...Power conversion device, 121...Demand side EMS, 122...Power conversion device, 123...Stationary power source, 200...Battery pack, 300...Battery pack, 300A...Battery pack, 300B...Battery pack, 310...Housing, 320...Opening, 332...Output positive terminal, 333...Output negative terminal, 342...Positive side connector, 343...Negative side connector, 345...Thermistor, 34 6...protection circuit, 342a...wiring, 343a...wiring, 350...external terminal for current supply, 352...positive terminal, 353...negative terminal, 348a...positive wiring, 348b...negative wiring, 400...vehicle, 500...aqueous electrolyte bipolar secondary battery, 501...bipolar electrode, 502...bipolar electrode current collector, 502a...metal layer a, 502b...metal layer b, 503...conductive adhesive layer, 504...negative electrode aqueous electrolyte, 505...positive electrode aqueous electrolyte.

Claims (22)

第1の負極活物質含有層を負極集電体の少なくとも一方の面上に設けられた負極と、
第1の正極活物質含有層を正極集電体の少なくとも一方の面上に設けられた正極と、
一方の面に第2の正極活物質含有層が、対向する他方の面に第2の負極活物質含有層が、それぞれ設けられたバイポーラ電極集電体を有するバイポーラ電極と、
水系電解質とを具備する水系電解質バイポーラ二次電池であって、
前記バイポーラ電極集電体は金属層aと金属層bを有し、
前記金属層aは、Cr、Ni、Fe、Ti及びAlからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含み、
前記金属層bは、前記金属層bの1層当たりの重量に対して10wt.%以上100wt.%以下のZn及びSnのいずれか1種の元素を含み、
前記金属層a及び金属層bは電気的に接続されており、
前記金属層aの面上に前記第2の正極活物質含有層を有し、
前記金属層bの面上に前記第2の負極活物質含有層を有する水系電解質バイポーラ二次電池。
a negative electrode having a first negative electrode active material-containing layer provided on at least one surface of a negative electrode current collector;
a positive electrode having a first positive electrode active material-containing layer provided on at least one surface of a positive electrode current collector;
a bipolar electrode having a bipolar electrode current collector provided with a second positive electrode active material-containing layer on one side and a second negative electrode active material-containing layer on the other opposing side;
An aqueous electrolyte bipolar secondary battery comprising an aqueous electrolyte,
The bipolar electrode current collector has a metal layer a and a metal layer b,
The metal layer a contains at least one element selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Ti, and Al,
The metal layer b contains one of elements Zn and Sn in an amount of 10 wt. % or more and 100 wt. % or less based on the weight of each layer of the metal layer b,
The metal layer a and the metal layer b are electrically connected to each other,
The second positive electrode active material-containing layer is provided on a surface of the metal layer a,
a water-based electrolyte bipolar secondary battery having the second negative electrode active material-containing layer on a surface of the metal layer b;
前記金属層aと前記金属層bの間に導電性接着層を有し、
前記導電性接着層は導電性樹脂又は金属である、
請求項1記載の水系電解質バイポーラ二次電池。
A conductive adhesive layer is provided between the metal layer a and the metal layer b,
The conductive adhesive layer is a conductive resin or a metal.
2. The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to claim 1.
前記金属層aと前記金属層bは直接接している請求項1記載の水系電解質バイポーラ二次電池。 The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to claim 1, wherein the metal layer a and the metal layer b are in direct contact. 前記金属層bが、Cu-Zn合金又はCu-Sn合金である請求項1から3のいずれか1項に記載の水系電解質バイポーラ二次電池。 The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal layer b is a Cu-Zn alloy or a Cu-Sn alloy. 前記バイポーラ電極集電体は、
前記金属層aにAlを用いる場合、前記金属層aの厚みは前記バイポーラ電極集電体の厚みに対し9%以上95%以下である請求項1から4のいずれか1項に記載の水系電解質バイポーラ二次電池。
The bipolar electrode current collector is
5. The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to claim 1, wherein when the metal layer a is made of Al, the thickness of the metal layer a is 9% or more and 95% or less of the thickness of the bipolar electrode current collector.
前記バイポーラ電極集電体は、
前記金属層aにCr、Fe、Ni、Ti、Al-Mg合金、Al-Mg-Zn合金が含まれる場合、前記金属層aの厚みは前記バイポーラ電極集電体の厚みに対し7%以上95%以下である請求項1からのいずれか1項に記載の水系電解質バイポーラ二次電池。
The bipolar electrode current collector is
5. The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to claim 1, wherein when the metal layer a contains Cr, Fe, Ni, Ti , an Al-Mg alloy, or an Al-Mg-Zn alloy, the thickness of the metal layer a is 7% or more and 95% or less of the thickness of the bipolar electrode current collector.
前記バイポーラ電極集電体は、
前記金属層aにステンレスを用いる場合、前記金属層aの厚みは前記バイポーラ電極集電体の厚みに対し5%以上95%以下である請求項1からのいずれか1項に記載の水系電解質バイポーラ二次電池。
The bipolar electrode current collector is
5. The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to claim 1, wherein when the metal layer a is made of stainless steel, the thickness of the metal layer a is 5% or more and 95% or less of the thickness of the bipolar electrode current collector.
前記金属層aに接する水系電解質と前記金属層bに接する水系電解質は異なる請求項1から7のいずれか1項に記載の水系電解質バイポーラ二次電池。 The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the aqueous electrolyte in contact with the metal layer a is different from the aqueous electrolyte in contact with the metal layer b. 前記金属層aに接する水系電解質及び前記金属層bに接する水系電解質は、液状又はゲル状である請求項1から8のいずれか1項に記載の水系電解質バイポーラ二次電池。 The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to any one of claims 1 to 8, wherein the aqueous electrolyte in contact with the metal layer a and the aqueous electrolyte in contact with the metal layer b are liquid or gel-like. 前記水系電解質バイポーラ二次電池はセパレータを備え、前記セパレータは無機固体粒子を含む請求項1から9のいずれか1項に記載の水系電解質バイポーラ二次電池。 The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to any one of claims 1 to 9, wherein the aqueous electrolyte bipolar secondary battery includes a separator, and the separator contains inorganic solid particles. 前記セパレータは、1×10-13以下の透気係数を有する、請求項10に記載の水系電解質バイポーラ二次電池。 11. The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to claim 10, wherein the separator has an air permeability coefficient of 1×10 −13 m 2 or less. 前記無機固体粒子は、アルカリ金属イオンのイオン伝導性を有する固体電解質粒子を含む、請求項10又は11に記載の水系電解質バイポーラ二次電池。 The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to claim 10 or 11, wherein the inorganic solid particles include solid electrolyte particles having ionic conductivity for alkali metal ions. 前記無機固体粒子は、Li1+wAlTi2-w(PO)で表され0.1≦w≦0.5である化合物、Li1+yAlM12-z(PO)で表されM1はTi,Ge,Sr,Zr,Sn,及びCaからなる群より選択される1以上であり0≦y≦1及び0≦z≦1である化合物、及び、Li5+xLaM22-xZr12で表されM2はNb及びTaから成る群より選択される1以上であり0≦x≦2である化合物からなる群より選択される少なくとも1つを含む、請求項10から12のいずれか1項に記載の水系電解質バイポーラ二次電池。 13. The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to claim 10, wherein the inorganic solid particles include at least one selected from the group consisting of a compound represented by Li1 + wAlwTi2 -w ( PO4 ) 3 where 0.1≦w≦0.5, a compound represented by Li1 + yAlzM12 -z ( PO4 ) 3 where M1 is 1 or more selected from the group consisting of Ti, Ge, Sr , Zr, Sn, and Ca , and 0≦y≦1 and 0≦z≦1, and a compound represented by Li5 + xLa3M22 - xZrxO12 where M2 is 1 or more selected from the group consisting of Nb and Ta, and 0≦x≦2. 前記セパレータは高分子材料を含み、前記高分子材料は、酸素(O)、硫黄(S)、窒素(N)及びフッ素(F)からなる群より選択される1以上を含む官能基を有する炭化水素からなるモノマーユニットを含み、前記高分子材料において前記モノマーユニットが占める割合は70モル%以上である、請求項10から13のいずれか1項に記載の水系電解質バイポーラ二次電池。 The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to any one of claims 10 to 13, wherein the separator includes a polymeric material, the polymeric material includes a monomer unit made of a hydrocarbon having a functional group containing one or more selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), nitrogen (N) and fluorine (F), and the proportion of the monomer unit in the polymeric material is 70 mol % or more. 前記第1の負極活物質含有層又は前記第2の負極活物質含有層は、リチウムイオン挿入-脱離電位がリチウムの酸化-還元電位に対し1V以上3V以下(vs.Li/Li)である化合物を含んだ負極活物質を含む、請求項1から14のいずれか1項に記載の水系電解質バイポーラ二次電池。 15. The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to claim 1, wherein the first negative electrode active material-containing layer or the second negative electrode active material-containing layer contains a negative electrode active material containing a compound having a lithium ion insertion-extraction potential of 1 V or more and 3 V or less relative to the oxidation-reduction potential of lithium (vs. Li/Li + ). 前記第1の正極活物質含有層又は前記第2の正極活物質含有層は、リチウムイオン挿入-脱離電位がリチウムの酸化-還元電位に対し2.5V以上5.5V以下(vs.Li/Li)である化合物を含んだ正極活物質を含む、請求項1から15のいずれかに記載の水系電解質バイポーラ二次電池。 16. The aqueous electrolyte bipolar secondary battery according to claim 1, wherein the first positive electrode active material-containing layer or the second positive electrode active material-containing layer contains a positive electrode active material containing a compound having a lithium ion insertion-extraction potential of 2.5 V or more and 5.5 V or less relative to the oxidation-reduction potential of lithium (vs. Li/Li + ). 請求項1から16のいずれか1項に記載の二次電池を具備する電池パック。 A battery pack comprising a secondary battery according to any one of claims 1 to 16. 通電用の外部端子と保護回路とを更に含む、請求項17に記載の電池パック。 The battery pack according to claim 17, further comprising an external terminal for energizing and a protection circuit. 複数の前記二次電池を具備し、前記複数の二次電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている、請求項17又は18に記載の電池パック。 The battery pack according to claim 17 or 18, comprising a plurality of the secondary batteries, the plurality of secondary batteries being electrically connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel. 請求項17から19のいずれか1項に記載の電池パックを具備する車両。 A vehicle equipped with a battery pack according to any one of claims 17 to 19. 前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含む、請求項20に記載の車両。 The vehicle according to claim 20, including a mechanism for converting the kinetic energy of the vehicle into regenerative energy. 請求項17から19のいずれか1項に記載の電池パックを具備する定置用電源。
A stationary power source comprising a battery pack according to any one of claims 17 to 19.
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