バイポーラ電池、組電池、およびこれらを搭載した車両
【課題】 末端極の集電体にバイポーラ電極の集電体と同じ材料を用いても、電流密度分布のばらつきを抑えて電流を均一に取り出すことが可能なバイポーラ電池、組電池、およびこれらを搭載した車両を提供する。
【解決手段】 バイポーラ電池１０は、電池要素３０の正極末端極３３の集電体２１に電気的に接続される正極タブ５１と、電池要素の負極末端極３４の集電体に電気的に接続される負極タブ５２と、を備えている。正極タブは、正極末端極の少なくとも正極活物質層２２の投影面積よりも大きい大きさを有し、正極活物質層の投影面を覆うように集電体上に重ねて配置されている。負極タブは、負極末端極の少なくとも負極活物質層２４の投影面積よりも大きい大きさを有し、負極活物質層の投影面を覆うように集電体上に重ねて配置されている。
【解決手段】 バイポーラ電池１０は、電池要素３０の正極末端極３３の集電体２１に電気的に接続される正極タブ５１と、電池要素の負極末端極３４の集電体に電気的に接続される負極タブ５２と、を備えている。正極タブは、正極末端極の少なくとも正極活物質層２２の投影面積よりも大きい大きさを有し、正極活物質層の投影面を覆うように集電体上に重ねて配置されている。負極タブは、負極末端極の少なくとも負極活物質層２４の投影面積よりも大きい大きさを有し、負極活物質層の投影面を覆うように集電体上に重ねて配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイポーラ電池、該バイポーラ電池を複数個電気的に接続してなる組電池、およびこれらを搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できる積層型のバイポーラ電池に注目が集まっている（特許文献１参照）。
【０００３】
バイポーラ電池は、バイポーラ電極を電解質層を介在させて複数直列に接続してなる電池要素を含む。バイポーラ電極は、集電体の一方の面に正極活物質層を設けて正極が形成され、他方の面に負極活物質層を設けて負極が形成されている。バイポーラ電池は、電池要素内においてはバイポーラ電極を積層する方向（以下、「積層方向」という）に電流が流れるため、電流のパスが短く、電流ロスが少なく、集電体を超薄膜化することもできる。
【０００４】
特許文献１には、集電体の材質として、ステンレス鋼を用いることが記載されている。また、軽量化の観点から、積層方向の末端に位置する末端極の集電体にアルミニウムを利用することを提案している。
【特許文献１】特開２００１−２３６９４６号公報（段落００１９、００２１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ステンレス鋼は、正極活物質および負極活物質の両者に対して安定であり、正極、負極の集電体のいずれにも使用し得るという優れた性能を備えているものの、銅やアルミニウムに比べると導電性が低い。
【０００６】
ここで、バイポーラ電極の積層方向に沿っては、電流のパスが短く、集電体が薄膜であることから、集電体の導電性がやや低くとも大きな問題は生じない。しかしながら、末端極においては、電子を端子に集めなければならないため、構造上、積層方向に対して直交する方向つまり末端極の集電体が伸延する方向（以下、「平面方向」という）に沿った電流の流れが必要となる。このように電流を取り出す際には平面方向に電流が流れるため、末端極の集電体の導電性が低いと大きな問題が生じる。例えば、電流を取り出す部分周辺の電流密度が他の部分に比べて高くなり、抵抗が上がる。電流密度分布のばらつきに起因した劣化が促進される結果、電池として正常に反応しなくなる虞がある。
【０００７】
特許文献１に記載されているように末端極の集電体にアルミニウムを用いた場合には、電流を取り出す際の上述した問題は生じない。その一方、末端極の集電体に、バイポーラ電極の集電体とは異なる別の材料を用いるため、末端極における活物質層と、バイポーラ電極における活物質層との間にばらつきが生じ、バイポーラ電池の性能の低下を招いてしまう。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、末端極の集電体にバイポーラ電極の集電体と同じ材料を用いても、電流密度分布のばらつきを抑えて電流を均一に取り出すことが可能なバイポーラ電池、組電池、およびこれらを搭載した車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する請求項１に記載の本発明は、集電体の一方の面に正極が形成され他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極を電解質層を介在させて複数直列に接続してなる電池要素を、外装ケースに収納してなるバイポーラ電池において、
前記電池要素の正極末端極の集電体に電気的に接続される正極タブと、
前記電池要素の負極末端極の集電体に電気的に接続される負極タブと、を備え、
前記正極タブは、前記正極末端極の少なくとも正極活物質層の投影面積よりも大きい大きさを有し、前記正極活物質層の投影面を覆うように集電体上に重ねて配置され、
前記負極タブは、前記負極末端極の少なくとも負極活物質層の投影面積よりも大きい大きさを有し、前記負極活物質層の投影面を覆うように集電体上に重ねて配置されていることを特徴とするバイポーラ電池である。
【００１０】
上記目的を達成する請求項１２に記載の本発明は、バイポーラ電池を複数個電気的に接続したことを特徴とする組電池である。
【００１１】
上記目的を達成する請求項１３に記載の本発明は、バイポーラ電池、または組電池を搭載してなる車両である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の本発明によれば、電池要素とは別個のタブを末端極の集電体に活物質層の投影面を覆うように平面接触させ、かつ、電流を取り出すために必要な平面方向に沿う電流の流れをタブに生じさせていることから、末端極の集電体にバイポーラ電極の集電体と同じ材料を用いても、電流密度分布のばらつきを抑えて電流を均一に取り出すことが可能となる。
【００１３】
請求項１２に記載の本発明によれば、バイポーラ電池を直列または並列に接続して組電池化することにより、高容量、高出力の電池を得ることができる。
【００１４】
請求項１３に記載の本発明によれば、バイポーラ電池や組電池を搭載してなる車両は、高寿命で信頼性の高い車両となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、理解を容易にするために、図面には各構成要素が誇張して示されている。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るバイポーラ電池１０を示す断面図、図１（Ｂ）は、電池要素３０の末端極の集電体２１に電気的に接続されるタブ５０（正極タブ５１および負極タブ５２の総称）を示す平面図である。図２（Ａ）は、バイポーラ電極２０を示す断面図、図２（Ｂ）は、単電池層３２の説明に供する断面図である。
【００１７】
図１および図２を参照して、バイポーラ電池１０は、バイポーラ電極２０を電解質層３１を介在させて複数直列に接続してなる電池要素３０を外装ケース４０に収納して構成されている。バイポーラ電極２０は、集電体２１の一方の面に正極活物質層２２を設けて正極２３が形成され、他方の面に負極活物質層２４を設けて負極２５が形成されている（図２（Ａ）参照）。バイポーラ電極２０が積層された電池要素３０において、隣接する集電体２１、２１の間に挟まれる、正極活物質層２２、電解質層３１、および負極活物質層２４により単電池層３２が構成されている（図２（Ｂ）参照）。電池要素３０の正極末端極３３は、集電体２１の一方の面に正極活物質層２２のみが設けられ、図１（Ａ）において最上位のバイポーラ電極２０の上に電解質層３１を介して積層される。電池要素３０の負極末端極３４は、集電体２１の一方の面に負極活物質層２４のみが設けられ、図１（Ａ）において最下位のバイポーラ電極２０の下に電解質層３１を介して積層される。
【００１８】
第１の実施形態のバイポーラ電池１０は、概説すれば、電池要素３０の正極末端極３３の集電体２１に電気的に接続される正極タブ５１と、電池要素３０の負極末端極３４の集電体２１に電気的に接続される負極タブ５２と、をさらに備えている。正極タブ５１は、正極末端極３３の少なくとも正極活物質層２２の投影面積よりも大きい大きさを有し、正極活物質層２２の投影面を覆うように集電体２１上に重ねて配置されている。同様に、負極タブ５２は、負極末端極３４の少なくとも負極活物質層２４の投影面積よりも大きい大きさを有し、負極活物質層２４の投影面を覆うように集電体２１上に重ねて配置されている。
【００１９】
なお、以下の説明では、正極タブ５１および負極タブ５２を総称して「タブ５０」ともいい、正極末端極３３および負極末端極３４を総称して「末端極３５」ともいい、正極活物質層２２および負極活物質層２４を総称して「活物質層２６」ともいう。また、末端極３５の集電体２１を指称する場合には、「端部集電体２１ｅ」と表記する。さらに、バイポーラ電極２０を積層する方向つまり電池の厚み方向を「積層方向」といい、積層方向に対して直交する方向つまり集電体２１やタブ５０が伸延する方向を「平面方向」という。
【００２０】
以下、バイポーラ電池１０におけるタブ５０、外装ケース４０、集電体２１、正極２３（正極活物質層２２）、負極２５（負極活物質層２４）、電解質層３１についてさらに説明する。
【００２１】
［正極タブ５１、負極タブ５２］
端部集電体２１ｅ上に重ねて配置したタブ５０は、電流を取り出すための端子としての機能を有する。電池要素３０を構成する電極２３、２５、電解質層３１および集電体２１はいずれも薄膜であり、機械的強度が弱い。このため、電池要素３０を両側から挟持し得る強度を、タブ５０に持たせることが望ましい。タブ５０の厚さは、内部抵抗を抑える観点から、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度が望ましい。タブ５０の形状は、上述したように、活物質層２６の塗布面積よりも大きい形状としてある。
【００２２】
タブ５０の材質は、リチウムイオン電池で用いられる材質を用いることができる。例えば、アルミニウム、銅、その他の導電性が高い材質が好ましい。但し、導電性が低い材質であっても、厚さ方向を厚くすれば、許容し得る程度に抵抗を小さくでき、平面方向の電気の流れを十分に確保できる。したがって、アルミニウム等に比べて導電性が低いステンレス鋼（ＳＵＳ）等を用いることもできる。耐蝕性、作り易さ、経済性等の観点からは、アルミニウムを用いることが好ましい。正極タブ５１および負極タブ５２の材質には、同一の材質を用いてもよいし、異なる材質を用いてもよい。
【００２３】
タブ５０の端部をリード状に加工することによって、正極リード部５１ａおよび負極リード部５２ａがタブ５０と一体的に形成されている。外装ケース４０から取り出された正極リード部５１ａおよび負極リード部５２ａに、耐熱絶縁性の熱収縮チューブ等を被覆しておくことが好ましい。これらリード部５１ａ、５２ａと熱源との間の距離が小さい場合に、リード部５１ａ、５２ａが熱源に接触し、漏電によって部品（特に電子機器）に悪影響を与えないようにするためである。
【００２４】
端部集電体２１ｅのうち活物質層２６の投影面に相当する領域においては、電流は、実質的に、バイポーラ電極２０の積層方向に沿って流れている。活物質層２６の投影面を覆うように金属製のタブ５０を端部集電体２１ｅ上に重ねて配置することにより、タブ５０と端部集電体２１ｅとの間が、活物質層２６の投影面の全体にわたって電気的に均等に接合されることになる。これにより、タブ５０は、端部集電体２１ｅのうち電流が実質的に流れる領域の全面から均等に電流を受ける。したがって、電流密度分布のばらつきが抑えられ、電流密度のばらつきに起因した劣化の促進が抑えられる。
【００２５】
電流を取り出すために必要な平面方向に沿う電流の流れを、端部集電体２１ｅ上に重ねて配置したタブ５０に負わせることができる。タブ５０の材質や断面積を選択することによって、タブ５０の低抵抗化を図ることができる。これにより、タブ５０の平面方向に沿う導電性を、集電体２１の平面方向に沿う導電性に比べて、容易に高めることができる。したがって、電流を取り出す際の損失が低減され、電池の高出力化が可能になる。
【００２６】
ここで、タブ５０における平面方向に沿う抵抗は、集電体２１における平面方向に沿う抵抗を無視できるほど低いことが望ましい。タブ５０だけが平面方向に沿う電子の流れを担うことになり、低抵抗化による電池の高出力化をより一層図ることができるからである。
【００２７】
電池要素３０とは別個のタブ５０を用いて電流を取り出すため、電池要素３０の集電体２１は、バイポーラ電極２０および末端極３５に拘わらず、同一種類の材料を使用することができる。これにより、末端極３５における活物質層２６と、バイポーラ電極２０における活物質層２６との間にばらつきが生じることがなく、各単電池層３２間に容量や抵抗のばらつきがない。したがって、バイポーラ電池１０の性能の低下を招く虞がない。
【００２８】
上記構成のバイポーラ電池１０によれば、電池要素３０とは別個のタブ５０を端部集電体２１ｅに活物質層２６の投影面を覆うように平面接触させ、かつ、電流を取り出すために必要な平面方向に沿う電流の流れをタブ５０に生じさせていることから、端部集電体２１ｅにバイポーラ電極２０の集電体２１と同じ材料を用いても、電流密度分布のばらつきを抑えて電流を均一に取り出すことが可能となる。また、低抵抗化による電池の高出力化が可能になる。さらに、バイポーラ電池１０の性能の低下を招く虞がない。
【００２９】
正極タブ５１は、正極末端極３３の外形面積より大きく、かつ、電池要素３０を構成する集電体２１よりも強度が高いことが望ましい。同様に、負極タブ５２は、負極末端極３４の外形面積より大きく、かつ、電池要素３０を構成する集電体２１よりも強度が高いことが望ましい。タブ５０を末端極３５の外形面積より大きくすることにより、電極の保護が図られるからである。
【００３０】
電池要素３０を構成する集電体２１は、出力向上のため薄膜化が求められている。一方、最外部に配置されるタブ５０は、電池要素３０を構成する部材ではないため、集電体２１に比べて肉厚であっても、出力低下につながらない。また、上述したように、電池要素３０は機械的強度が弱いため、電池要素３０を両側から挟持し得る強度を、タブ５０に持たせることが望ましい。したがって、電池要素３０を挟持するタブ５０の厚さを増やして集電体２１よりも強度を高くすることにより、電池要素３０の平面度および機械的強度を向上させることができる。
【００３１】
［外装ケース４０］
バイポーラ電池１０は、使用する際の外部からの衝撃を緩和し、環境劣化を防止するために、電池要素３０やタブ５０が外装ケース４０内に収容されている。外装ケース４０は、可撓性を有するシート状素材から形成され、電池要素３０、正極タブ５１、および負極タブ５２を密封している。さらに、外装ケース４０の内圧は、大気圧Ｐａよりも低い圧力である。タブ５０は端部集電体２１ｅに載せているだけで、両者の間に機械的な締結は施していない。外装ケース４０により密封したときに作用する圧力による金属接触によって、タブ５０と端部集電体２１ｅとの導電性を確保している。タブ５０と端部集電体２１ｅとの間に、導電性に優れた接着性または非接着性の塗布剤を介在させてもよい。両者の金属接触が密になり、導電性がより確実なものとなるからである。
【００３２】
シート状素材は、外装ケース４０の内部と外部との圧力差により破壊することなく容易に変形し得るフレキシブルな材料を用いればよい。大気圧Ｐａを用いた静水圧によって、電池要素３０は、タブ５０を介して、図中上下方向から加圧される。
【００３３】
タブ５０と端部集電体２１ｅとの接合がそれら全面にわたって電気的に不均一であると、電流密度にばらつきが生じ、これに起因して劣化が促進される虞がある。本実施形態にあっては、大気圧Ｐａを用いた静水圧により、外装ケース４０内部の圧力＜外装ケース４０外部の圧力（＝大気圧Ｐａ）の関係が満たされているため、タブ５０と端部集電体２１ｅとの接合は、全面が電気的に均等になる。したがって、電流密度分布のばらつきが抑えられ、電流密度のばらつきに起因した劣化の促進が抑えられる。また、タブ５０の低抵抗化による電池の高出力化も確実なものとなる。
【００３４】
シート状素材はさらに、電解液や気体を透過させないで電気絶縁性を示し、電解液等の材料に対して化学的に安定であることが望ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート等の合成樹脂が例示される。
【００３５】
シート状素材として、金属箔と、合成樹脂膜とを含むラミネートフィルム４１も好適に適用できる。外装ケース４０の熱封止性や電解質の空気接触可能性の低減を図り、さらに軽量化を図る上で好ましいからである。ラミネートフィルム４１は、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅等の金属（合金を含む）からなる金属箔４２を、ポリプロピレンフィルム等の絶縁性の合成樹脂膜４３、４４で被覆した三層構造を有する。高分子−金属複合ラミネートフィルム４１のほか、アルミラミネートパックも同様に用い得る。
【００３６】
高分子−金属複合ラミネートフィルム４１やアルミラミネートパック等は、熱伝導性に優れていることが好ましい。自動車に搭載する場合、自動車の熱源からバイポーラ電池１０まで熱を効率よく伝え、電池要素３０を電池動作温度まですばやく加熱することができるからでる。
【００３７】
ラミネートフィルム４１を外装ケース４０に用いる場合には、ラミネートフィルム４１の周辺部の一部または全部を熱融着にて接合することにより、電池要素３０やタブ５０を収納し密封した構成とする。リード部５１ａ、５２ａは、熱融着部に挟まれてラミネートフィルム４１の外部に露出される。
【００３８】
本実施形態のように、ラミネートフィルム４１を外装ケース４０適用すれば、外装ケース４０が容易に変形し、大気圧Ｐａを用いた静水圧を電池要素３０に掛けることが可能になる。さらに、金属箔４２の層が存在するため気体透過性が低下し、内部と外部との圧力差を長期にわたって維持することができ、その結果、タブ５０と端部集電体２１ｅとの安定した電気的な接触を長期にわたって維持することができる。
【００３９】
［集電体２１］
本実施形態の集電体２１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が用いられている。ステンレス鋼は、正極活物質および負極活物質の両者に対して安定であるため、ステンレス単一層の表裏両面のそれぞれに活物質層２６を形成できる。
【００４０】
末端極３５では、端部集電体２１ｅの片面のみに正極活物質層２２または負極活物質層２４が形成される。
【００４１】
集電体２１の厚さは、特に限定されないが、１μｍ〜１００μｍ程度である。
【００４２】
［正極２３（正極活物質層２２）］
正極２３は、正極活物質を含む。このほかにも、導電助剤、バインダー等が含まれ得る。化学架橋または物理架橋によりゲル電解質として正極２３および負極２５内に十分に浸透させている。
【００４３】
正極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される、遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用できる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２等のＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２等のＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４等のＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２等のＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物等が挙げられる。この他、ＬｉＦｅＰＯ４等の遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＭｏＯ３等の遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨ等が挙げられる。
【００４４】
正極活物質の粒径は、製法上、正極材料をペースト化してスプレーコート等により製膜し得るものであればよいが、さらにバイポーラ電池１０の電極抵抗を低減するために、電解質が固体でない溶液タイプのリチウムイオン電池で用いられる一般に用いられる粒径よりも小さいものを使用するとよい。具体的には、正極活物質の平均粒径が０．１μｍ〜１０μｍであるとよい。
【００４５】
高分子ゲル電解質は、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる。
【００４６】
ここで、高分子ゲル電解質に含まれる電解液（電解質塩および可塑剤）としては、通常リチウムイオン電池で用いられるものであればよく、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも１種類のリチウム塩（電解質塩）を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類；ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類；テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１、４−ジオキサン、１、２−ジメトキシエタン、１、２−ジブトキシエタン等のエーテル類；γ−ブチロラクトン等のラクトン類；アセトニトリル等のニトリル類；プロピオン酸メチル等のエステル類；ジメチルホルムアミド等のアミド類；酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから１種類または２種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒（可塑剤）を用いたもの等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００４７】
イオン伝導性を有する高分子としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体等が挙げられる。
【００４８】
高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、ＰＡＮ、ＰＭＭＡ等は、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子として例示したものである。
【００４９】
上記リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０等の無機酸陰イオン塩、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等の有機酸陰イオン塩、またはこれらの混合物等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００５０】
導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００５１】
本実施形態では、これら電解液、リチウム塩、および高分子（ポリマー）を混合してプレゲル溶液を作成し、正極２３および負極２５に含浸させている。
【００５２】
正極２３における、正極活物質、導電助剤、バインダーの配合量は、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視等）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。例えば、正極２３内における電解質、特に固体高分子電解質の配合量が少なすぎると、活物質層内でのイオン伝導抵抗やイオン拡散抵抗が大きくなり、電池性能が低下してしまう。一方、正極２３内における電解質、特に固体高分子電解質の配合量が多すぎると、電池のエネルギー密度が低下してしまう。したがって、これらの要因を考慮して、目的に合致した固体高分子電解質量を決定する。
【００５３】
正極２３の厚さは、特に限定するものではなく、配合量について述べたように、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視等）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。一般的な正極活物質層２２の厚さは１０〜５００μｍ程度である。
【００５４】
［負極２５（負極活物質層２４）］
負極２５は、負極活物質を含む。このほかにも、導電助剤、バインダー等が含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極２３」の項で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５５】
負極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される負極活物質を用いることができる。例えば、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物金属、カーボン等が好ましい。より好ましくは、カーボン、遷移金属酸化物、リチウム−遷移金属複合酸化物である。さらに好ましくは、チタン酸化物、リチウム−チタン複合酸化物、カーボンである。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００５６】
本実施形態にあっては、正極活物質層２２は、正極活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物が用いられ、負極活物質層２４は、負極活物質として、カーボンまたはリチウム−遷移金属複合酸化物が用いられている。容量、出力特性に優れた電池を構成できるからである。
【００５７】
［電解質層３１］
電解質層３１は、イオン伝導性を有する高分子から構成される層であり、イオン伝導性を示すものであれば材料は限定されない。
【００５８】
本実施形態の電解質は、高分子ゲル電解質であり、既に説明したように、基材としてセパレータにプレゲル溶液を含浸させた後、化学架橋または物理架橋により高分子ゲル電解質として用いている。
【００５９】
このような高分子ゲル電解質は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等のイオン導伝性を有する全固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のリチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも高分子ゲル電解質に含まれる。これらについては、正極２３に含まれる電解質の一種として説明した高分子ゲル電解質と同様であるため、ここでの説明は省略する。高分子ゲル電解質を構成するポリマーと電解液との比率は幅広く、ポリマー１００％を全固体高分子電解質とし、電解液１００％を液体電解質とすると、その中間体はすべて高分子ゲル電解質にあたる。なお、ポリマー電解質と言う場合には、高分子ゲル電解質および全固体高分子電解質の両方が含まれる。
【００６０】
高分子ゲル電解質は、電池を構成する高分子電解質のほか、上記したように正極２３および／または負極２５にも含まれ得るが、電池を構成する高分子電解質、正極２３、負極２５によって異なる高分子電解質を用いてもよいし、同一の高分子電解質を使用してもよいし、層によって異なる高分子電解質を用いてもよい。
【００６１】
電池を構成する電解質の厚さは、特に限定するものではない。しかしながら、コンパクトなバイポーラ電池１０を得るためには、電解質としての機能が確保できる範囲で極力薄くすることが好ましい。一般的な固体高分子電解質層３１の厚さは１０〜１００μｍ程度である。ただし、電解質の形状は、製法上の特徴を生かして、電極（正極２３または負極２５）の上面ならびに側面外周部も被覆するように形成することも容易であり、機能、性能面からも部位によらず常にほぼ一定の厚さにする必要はない。
【００６２】
バイポーラ電池１０においては、電解質層３１に含まれる電解液が染み出すと、各層同士が電気的に接続されてしまい、電池として機能しなくなる。これを液絡と称する。
【００６３】
電解質層３１に液体または半固体のゲル状物質を用いる場合には、電解質が液漏れしないように、集電体２１間にシールを施す必要がある。そこで、図１に示すように、集電体２１の間には、シール部材３６が単電池層３２の周囲を取り囲むように設けられている。シール部材３６は、例えば、基材の両面に粘着材が塗布されている両面テープである。基材は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド系合成繊維等の絶縁性樹脂により形成されている。粘着剤は、合成ゴム、ブチルゴム、合成樹脂、アクリル等の耐溶剤性のある材料により形成されている。シール部材３６によって、単電池層３２からの液漏れが防止され、集電体２１同士の接触による短絡が防止される。
【００６４】
電解質層３１は、固体電解質を用いることもできる。電解質として固体を用いることにより漏液を防止することが可能となり、バイポーラ電池特有の問題である液絡を防ぎ、信頼性の高いバイポーラ電池を提供できるからである。また、漏液を防止するための構成も必要とならないので、バイポーラ電池の構成を簡易にすることができるからである。
【００６５】
固体電解質としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が挙げられる。固体高分子電解質層中には、イオン伝導性を確保するために支持塩（リチウム塩）が含まれる。支持塩としては、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、またはこれらの混合物等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。ＰＥＯ、ＰＰＯのようなポリアルキレンオキシド系高分子は、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２等のリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。
【００６６】
以上説明したように、第１の実施形態のバイポーラ電池１０によれば、端部集電体２１ｅにバイポーラ電極２０の集電体２１と同じ材料を用いても、電流密度分布のばらつきを抑えて電流を均一に取り出すことが可能となる。また、低抵抗化による電池の高出力化が可能になる。
【００６７】
（改変例）
第１の実施形態では、タブ５０の端部をリード状に形成した場合を図示したが、本発明のバイポーラ電池にあっては、タブ５０自体が外装ケース４０から外方に伸びている必要はない。バイポーラ電池は、例えば、端部集電体２１ｅに平面接触し外装ケース４０内に収納される矩形形状のタブと、当該タブに溶接により取り付けられて外装ケース４０から外方に伸びるリードとを備えてもよい。このリードには、リチウムイオン電池等で用いられる公知のリードを用いることができる。
【００６８】
大気圧Ｐａを用いた静水圧によってタブ５０を端部集電体２１ｅに密着させる場合を例示したが、本発明のバイポーラ電池にあっては、外装ケース４０内部の圧力＜外装ケース４０外部の圧力の関係が満たされる限りにおいて、静水圧を生じる媒体は限定されない。例えば、気体、液体、または固体粉末の少なくとも１種類の媒体、あるいはそれらを混合した媒体を用いた静水圧によって、タブ５０を端部集電体２１ｅに密着させてもよい。
【００６９】
（第２の実施形態）
図３（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るバイポーラ電池１１を示す断面図、図３（Ｂ）は、電池要素３０の端部集電体２１ｅに電気的に接続されるタブ５５（正極タブ５３および負極タブ５４の総称）を示す平面図である。なお、図１および図２に示した部材と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。また、図３（Ａ）において、タブ５５のお椀形は誇張して示される。
【００７０】
第２の実施形態は、タブ５５の形状を改変した点で、第１の実施形態と相違する。第２の実施形態のバイポーラ電池１１にあっては、正極タブ５３および負極タブ５４は、バイポーラ電極２０を積層する方向に沿う厚みが、周辺部に比べて中央部が厚く形成されている。
【００７１】
電解質層３１をシール部材３６により封止する場合、シール部材３６が配置されている電極周囲部の厚さが厚くなり電極を反らせることがある。この場合、電極中央部の押圧が不十分になる虞がある。タブ５５の形状を上記のようなお椀形とすることにより、仮に電極周辺部が反り返っていても十分な押圧を与えることができ、バイポーラ電池１１の上下から作用する圧力がより均一化される。これにより、タブ５０と端部集電体２１ｅとの電気的接触がより均一化され、電流密度分布のばらつきが抑えられ、電流密度のばらつきに起因した劣化の促進が一層抑えられる。
【００７２】
なお、正極タブ５３または負極タブ５４のいずれか一方のみを上述した形状に改変したバイポーラ電池としてもよい。
【００７３】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係るバイポーラ電池１２を示す断面図である。なお、図１および図２に示した部材と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００７４】
第３の実施形態は、タブ５０が磁性体８０をさらに有している点で、第１の実施形態と相違する。第３の実施形態のバイポーラ電池１２にあっては、正極タブ５１および負極タブ５２は、端部集電体２１ｅに接する面とは反対側の面に配置される磁性体８０を有している。
【００７５】
磁性体８０は、端部集電体２１ｅの大きさとほぼ等しい板状を有している。磁性体８０は、例えば、永久磁石である。永久磁石の種類は限定されないが、例えば、希土類サマコバ磁石を挙げることができる。磁性体８０の磁化（着磁）方向は、厚み方向である。
【００７６】
端部集電体２１ｅは、強磁性体であるマルテンサイト系ステンレス鋼から形成するのが好ましい。端部集電体２１ｅと磁性体８０とによってタブ５０が挟まれているので、タブ５０は、磁性体８０の磁力によって、端部集電体２１ｅに押し付けられる。
【００７７】
バイポーラ電池１２は、第１の実施形態のバイポーラ電池１１と同様に、大気圧Ｐａを用いた静水圧によってタブ５０が端部集電体２１ｅに押し付けられている。これに加えて、バイポーラ電池１２にあっては、磁性体８０の磁力Ｐｍによって、タブ５０が端部集電体２１ｅに押し付けられている。このため、タブ５０と端部集電体２１ｅとの接合は、全面が電気的により均等になる。したがって、電流密度分布のばらつきが一層抑えられ、電流密度のばらつきに起因した劣化の促進が一層抑えられる。また、タブ５０の低抵抗化による電池の高出力化もより確実なものとなる。
【００７８】
正極タブ５１および負極タブ５２の両者が磁性体８０を有する必要はなく、正極タブ５１および負極タブ５２の少なくとも一方が磁性体８０を有していればよい。正極タブ５１または負極タブ５２の一方にのみ磁性体８０を配置し、他方のタブの両面のうち端部集電体２１ｅに接する面とは反対側の面には、強磁性体である鉄、コバルト、ニッケルや、常磁性体であるアルミニウムなどを配置する形態を採用してもよい。
【００７９】
図５〜図７は、磁性体８０の形状例を示す図である。
【００８０】
図５（Ａ）〜（Ｅ）を参照して、磁性体８０は、重心位置から外周部に向けて放射状に拡がって存在する形状を有することができる。重心位置から放射状に磁性体８０が存在することによって磁性体８０自体が骨格となり、ゆがみに対する補強の役割を発揮する。バイポーラ電池１２を振動が加わる車両などに搭載した場合には、磁性体８０自体が補強部材となって、バイポーラ電池１２の剛性を高めることができる。
【００８１】
図６（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、磁性体８０は、円形形状または矩形形状の貫通穴８１を有していてもよい。貫通穴８１を有することにより空間が生じ、磁性体８０の体積が減少する。磁性体８０をばねにみたてると、ばね定数が低下し、防振効果を発揮する。バイポーラ電池１２を振動が加わる車両などに搭載した場合には、磁性体８０自体が電池積層方向の振動吸収材となり、さらに、磁性体８０自体が補強部材となって、バイポーラ電池１２の剛性を高めることができる。
【００８２】
図７（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、磁性体８０は、その表面に形成されるとともに底面の断面形状が円弧型または角型である凹部８２を有していてもよい。凹部８２を有することにより空間が生じ、磁性体８０の体積が減少する。磁性体８０をばねにみたてると、ばね定数が低下し、防振効果を発揮する。バイポーラ電池１２を振動が加わる車両などに搭載した場合には、磁性体８０自体が電池積層方向の振動吸収材となり、さらに、磁性体８０自体が補強部材となって、バイポーラ電池１２の剛性を高めることができる。
【００８３】
（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態に係る組電池６０を示す斜視図、図９は、組電池６０の内部構成を上方から見た図面である。
【００８４】
組電池６０は、上述したバイポーラ電池を複数個並列および／または直列に電気的に接続して構成したものである。並列化および／または直列化することにより、容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
【００８５】
図示する組電池６０は、第１の実施形態のバイポーラ電池１０を複数個直列に接続したものをさらに並列に接続したものである。最上位の各バイポーラ電池１０は、正極リード部５１ａ同士が導電バー６３により接続され、負極リード部５２ａ同士が導電バー６３により接続されている。組電池６０の電極として、電極ターミナル６１、６２が、組電池６０の一側面に設けられている。
【００８６】
組電池６０においては、バイポーラ電池１０同士を接続する方法として、超音波溶接、熱溶接、レーザ溶接、リベット、かしめ、電子ビーム等を用いることができる。このような接続方法を採ることにより、長期的信頼性を備える組電池６０を製造することができる。
【００８７】
第４の実施形態によれば、バイポーラ電池１０を直列または並列に接続して組電池６０化したことにより、高容量、高出力の電池を得ることができる。しかも、個々のバイポーラ電池１０は内部の単電池層３２における液絡が防止されているので信頼性が高く、組電池６０としての長期的信頼性を向上させることができる。
【００８８】
なお、要求される容量や電圧に応じて、複数個のバイポーラ電池１０のすべてを並列に接続した組電池としたり、すべてを直列に接続した組電池としたりすることができる。
【００８９】
（第５の実施形態）
図１０は、第５の実施形態に係る組電池モジュール７０を示す斜視図である。
【００９０】
図示する組電池モジュール７０は、第３の実施形態の組電池６０を複数個積層し、各組電池６０の電極ターミナル６１、６２を導電バー７１、７２によって接続し、モジュール化したものである。
【００９１】
このように、組電池６０をモジュール化することによって、電池の制御を容易にし、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車載用として最適な組電池モジュール７０となる。そして、この組電池モジュール７０は、上述した組電池６０を用いたものであるから長期的信頼性の高いものとなる。
【００９２】
なお、「組電池モジュール」という用語は、「組電池」との比較において、電池の大きさの違いを理解し易くするために用いたものである。バイポーラ電池１０が複数個電気的に接続されている点において、組電池モジュール７０も組電池６０の一種である。
【００９３】
（第６の実施形態）
図１１は、第６の実施形態に係る車両として自動車１００を示す概略構成図である。
【００９４】
上述したバイポーラ電池１０、１１、１２、または組電池６０（組電池モジュール７０が含まれる）を車両に搭載し、モータなどの電気機器の電源に使用することが望ましい。バイポーラ電池１０、１１、１２や組電池６０は上述した特性を有するため、これらを搭載してなる車両は、高寿命で信頼性の高い車両となるからである。
【００９５】
図示する自動車１００は、第５の実施形態に係る組電池モジュール７０を搭載し、当該組電池モジュール７０をモータの電源として使用している。組電池モジュール７０をモータ用電源として用いる自動車としては、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、各車輪をモータによって駆動している自動車等が挙げられる。組電池モジュール７０は上述した特性を有するため、これを搭載してなる自動車１００は、高寿命で信頼性の高い自動車となる。
【００９６】
なお、車両は自動車１００に限られるものではなく、バイポーラ電池１０、１１、１２や組電池６０を電車に搭載しても同様の作用効果を奏する。
【００９７】
（実施例）
以下、バイポーラ電池の実施例を説明する。作製したバイポーラ電池は、下記のとおりである。
【００９８】
＜基本構成＞
集電体２１は、ステンレス（ＳＵＳ）箔（厚さ２０μｍ）を使用した。集電体２１に、下記の正極２３および負極２５を形成し、バイポーラ電極２０を作製した。端部集電体２１ｅには、正極２３または負極２５のいずれか一方を形成した。
【００９９】
＜電極の形成＞
正極２３：
正極活物質としてＬｉＭｎ２Ｏ４（８５重量％）に、導電助剤としてアセチレンブラック（５重量％）、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（１０重量％）、スラリー粘度調整溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）（適量）を入れて、これらを混合して正極スラリーを作製した。集電休であるステンレス箔（厚さ２０μｍ）の片面に正極スラリーを塗布し、乾燥させて正極２３を形成した。
【０１００】
負極２５：
負極活物質としてハードカーボン（９０重量％）に、バインダーとしてＰＶＤＦ（１０重量％）、スラリー粘度調整溶媒としてＮＭＰ（適量）を入れて、これらを混合して負極２５スラリーを作製した。正極２３を塗布したステンレス箔の反対面に負極スラリーを塗布し、乾燥させて負極２５を形成した。
【０１０１】
完成した電極を１３０ｍｍ×８０ｍｍに切り取った。外周１０ｍｍ部分はシール層を形成するために電極部分を削り取った。
【０１０２】
＜ゲル電解質の形成＞
ポリエチレン製のセパレータ（厚さ５０μｍ）に、イオン伝導性高分子マトリックスの前駆体である平均分子量７５００〜９０００のモノマー溶液（ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体）３重量％、電解液としてＰＣ＋ＥＣ（１：１）９７重量％、１．５Ｍ ＬｉＢＦ４、重合開始剤（ＢＤＫ）からなるプレゲル溶液を浸漬させて、石英ガラス基板に挟み込み紫外線を１５分照射して前駆体を架橋させて、ポリマー電解質層を得た。
【０１０３】
＜バイポーラ電池の構成＞
正極２３と負極２５とがゲル電解質を挟んで対向するようにバイポーラ電極２０を積層し、単電池層３２を形成した。単電池層３２の周辺部で、集電体２１と集電体２１との間に、３層フィルムによるシーラントを挟み込んで配置した。これは、電解液漏れ出しを抑えるためのシール部材３６として機能する。
【０１０４】
これを繰り返し、単電池層３２が５層形成されるようにバイポーラ電極２０および末端極３５を積層し、電極積層体を構成した。
【０１０５】
シーラントをまず三辺熱融着し、その後最後の一辺を真空密封することにより、各層を真空シールし、各層の電解質を封じた。
【０１０６】
以上の工程により、各層が真空密封され、上下面が正負の末端極３５となるような５層２１Ｖのバイポーラ型電池要素３０を完成させた。
【０１０７】
（比較例）
図１２に示すように、端部集電体２１ｅの端の部分に、電流を取り出すために使用する端子３７を、超音波溶接機を用いて取り付けた。その後、この電池要素３０をアルミラミネート外装内に真空密封し、バイポーラ電池を完成させた。
【０１０８】
（実施例１）
図１に示した第１の実施形態におけるタブ５０のように、バイポーラ型電池要素３０の投影面全体を覆うことのできる１３０ｍｍ×８０ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）板であって、厚さが１００μｍである平板形状のアルミニウム（Ａｌ）板の一部が電池投影面外部まで伸びてリード部５１ａ、５２ａをなしている正極タブ５１および負極タブ５２を作成した。これらのタブ５０によってバイポーラ型電池要素３０を挟み込み、これらを覆うようにアルミラミネート外装により真空密封した。バイポーラ型電池要素３０の全体を大気圧Ｐａで両面から押すことにより、タブ５０−電池要素３０間の接触を加圧によって高めた、実施例１に係るバイポーラ電池１０を完成させた。
【０１０９】
（実施例２）
図３に示した第２の実施形態におけるタブ５５のように、バイポーラ型電池要素３０の投影面全体を覆うことのできる１３０ｍｍ×８０ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）板であって、中心部の厚さ５００μｍ、外周部の厚さが５０μｍであり、中心に向かうほど厚みが厚くなるお椀形状のアルミニウム（Ａｌ）板の一部が電池投影面外部まで伸びてリード部５３ａ、５４ａをなしている正極タブ５３および負極タブ５４を作成した。これらのタブ５５によってバイポーラ型電池要素３０を挟み込み、これらを覆うようにアルミラミネート外装により真空密封した。バイポーラ型電池要素３０の全体を大気圧Ｐａで両面から押すことにより、タブ５５−電池要素３０間の接触を加圧によって高めた、実施例２に係るバイポーラ電池１１を完成させた。
【０１１０】
（実施例３）
図４に示した第３の実施形態におけるタブ５０のように、バイポーラ型電池要素３０の投影面全体を覆うことのできる１３０ｍｍ×８０ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）板であって、厚さが１００μｍである平板形状のアルミニウム（Ａｌ）板の一部が電池投影面外部まで伸びてリード部５１ａ、５２ａをなしている正極タブ５１および負極タブ５２を作成した。これらのタブ５０によってバイポーラ型電池要素３０を挟み込み、その外側を覆うように、厚さが５ｍｍである平板形状の磁性体板を配置し、これらを覆うようにアルミラミネート外装により真空密封した。バイポーラ型電池要素３０の全体を大気圧Ｐａで両面から押し、さらに磁性体板の磁力Ｐｍにより両面から押すことにより、タブ５０−電池要素３０間の接触を加圧（大気圧＋磁力）によって高めた、実施例３に係るバイポーラ電池１２を完成させた。
【０１１１】
（参考例１）
参考例１〜５として、アルミラミネート外装を真空密封せずに、磁力によってのみタブ−電池要素間の接触を高めたバイポーラ電池を完成させた。
【０１１２】
アルミラミネート外装を真空密封しなかった点を除いて、実施例３と同じにして、参考例１に係るバイポーラ電池を完成させた。
【０１１３】
（参考例２）
タブによってバイポーラ型電池要素を挟み込み、その外側の一方には厚さが５ｍｍである平板形状の磁性体板を配置し、他方には厚さが５ｍｍである平板形状のニッケル板を配置し、参考例２に係るバイポーラ電池を完成させた。
【０１１４】
（参考例３）
磁性体板として、図５（Ａ）に示した形状のものを使用し、その他は参考例１と同じにして、参考例３に係るバイポーラ電池を完成させた。
【０１１５】
（参考例４）
磁性体板として、図６（Ａ）（Ｂ）に示した形状のものを使用し、その他は参考例１と同じにして、参考例４に係るバイポーラ電池を完成させた。
【０１１６】
（参考例５）
磁性体板として、図７（Ａ）（Ｂ）に示した形状のものを使用し、その他は参考例１と同じにして、参考例５に係るバイポーラ電池を完成させた。
【０１１７】
実施例および参考例における磁性体板として、希土類サマコバ磁石を用いた（表面磁束密度：４０００ガウス、吸着力：１２ｋｇ）。
【０１１８】
＜評価＞
比較例、実施例１、２のそれぞれのバイポーラ電池を、０．１Ｃに相当する電流で１５時間、２１Ｖまで定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電を行った。
【０１１９】
これらのバイポーラ電池を、１０ｍＡ、２０ｍＡ、３０ｍＡで順に放電し、電圧降下を測定することによって各バイポーラ電池の抵抗値を測定した。
【０１２０】
また、容量測定を行った結果２０ｍＡｈであった。
【０１２１】
その後、比較的大きな電流５００ｍＡ（２５Ｃ相当）で繰り返し２１Ｖ〜１２．５Ｖで充放電を行い１０００サイクル行った。その後、容量測定を行った。
【０１２２】
比較例、参考例３、４、５について、加震しながら電流１００ｍＡ（５Ｃ相当）で繰り返し２１Ｖ〜１２．５Ｖで充放電を行い１０００サイクル行った。加震試験は、５０Ｈｚ、振幅は５ｍｍで行った。その後、容量測定を行った。
【０１２３】
＜結果＞
各電流で測定したバイポーラ電池の抵抗値を表１に示す。
【０１２４】
【表１】
【０１２５】
実施例１、２は、比較例に対して、抵抗値が大きく低減した。比較例では、最外層である末端極のステンレス（ＳＵＳ）からなる集電体の部分で電流が横方向（電流を取り出す平面方向）に流れてしまい、バイポーラ電池の抵抗値が増大している。これに対し、実施例１、２では、タブ５０、５５が電池要素３０全体を覆い、かつ、大気圧Ｐａが電池要素３０の全体を押さえているため、ステンレスに比べて導電性に優れたアルミニウムからなるタブ５０、５５の部分で電流が横方向に流れたため、バイポーラ電池１０、１１の抵抗値が低減していると考えられる。
【０１２６】
実施例３は、実施例１、２よりも抵抗値がさらに低減した。実施例３では、大気圧Ｐａに加えて磁性体板の磁力Ｐｍによって電池要素３０の全体を押さえているため、タブと端部集電体との接触力が一層高まり、バイポーラ電池１２の抵抗値が一層低減していると考えられる。
【０１２７】
参考例１〜５の磁性体板の磁力によってのみ電池要素の全体を押さえた場合には、実施例３よりも抵抗値は若干高いが、比較例に対しては抵抗値が大きく低減した。
【０１２８】
次に、１０００サイクルの充放電後に容量測定を行った結果を表２に示す。
【０１２９】
【表２】
【０１３０】
実施例１、２は、比較例に対して、容量が大幅に増加した。比較例では、末端極３５の端の部分に端子３７を取り付けたため、電流密度の分布が大きくばらついており、その結果、劣化が促進されたためと考えられる。実施例１、２では、タブ５０、５５が電池要素３０全体を覆い、かつ、大気圧Ｐａが電池要素３０の全体を押さえているため、電流密度分布のばらつきが抑えられ、劣化が少ないためと考えられる。
【０１３１】
実施例１と実施例２との間では、実施例２は、実施例１に比べて劣化がさらに少なく、劣化を促進を抑える点では、実施例１よりも優れていることがわかった。実施例２では、タブ５５がお椀形状をなすため、電池要素３０全体がより均等に押され、タブ５５と端部集電体２１ｅとの電気的接触が均一化されて電流密度が均一化され、劣化の促進が一層抑えられたためと考えられる。
【０１３２】
次に、加震しながら１０００サイクルの充放電後に容量測定を行った結果を表３に示す。
【０１３３】
【表３】
【０１３４】
加震試験後の容量測定から参考例３〜５のような形状を持った磁性体板を用いると振動に強く、防振効果が得られることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るバイポーラ電池を示す断面図、図１（Ｂ）は、電池要素の末端極の集電体に電気的に接続されるタブ（正極タブおよび負極タブの総称）を示す平面図である。
【図２】図２（Ａ）は、バイポーラ電極を示す断面図、図２（Ｂ）は、単電池層の説明に供する断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るバイポーラ電池を示す断面図、図３（Ｂ）は、電池要素の末端極の集電体に電気的に接続されるタブ（正極タブおよび負極タブの総称）を示す平面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るバイポーラ電池を示す断面図である。
【図５】磁性体の形状例を示す図である。
【図６】磁性体の形状例を示す図である。
【図７】磁性体の形状例を示す図である。
【図８】第４の実施形態に係る組電池を示す斜視図である。
【図９】組電池の内部構成を上方から見た図面である。
【図１０】第５の実施形態に係る組電池モジュールを示す斜視図である。
【図１１】第６の実施形態に係る車両として自動車を示す概略構成図である。
【図１２】電池要素の末端極の集電体の端の部分に、電流を取り出すために使用する端子を取り付けた比較例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１０、１１、１２ バイポーラ電池、
２０ バイポーラ電極、
２１ 集電体、
２１ｅ 端部集電体（末端極の集電体）、
２２ 正極活物質層、
２３ 正極、
２４ 負極活物質層、
２５ 負極、
２６ 活物質層（正極活物質層および負極活物質層の総称）、
３０ 電池要素、
３１ 電解質層、
３２ 単電池層、
３３ 正極末端極、
３４ 負極末端極、
３５ 末端極（正極末端極および負極末端極の総称）、
３６ シール部材、
４０ 外装ケース、
４１ ラミネートフィルム、
４２ 金属箔、
４３、４４ 合成樹脂膜、
５０、５５ タブ（正極タブおよび負極タブの総称）、
５１、５３ 正極タブ、
５１ａ、５３ａ 正極リード部、
５２、５４ 負極タブ、
５２ａ、５４ａ 負極リード部、
６０ 組電池、
７０ 組電池モジュール（組電池）、
８０ 磁性体、
８１ 貫通穴、
８２ 凹部、
１００ 自動車（車両）、
Ｐａ 大気圧、
Ｐｍ 磁力。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイポーラ電池、該バイポーラ電池を複数個電気的に接続してなる組電池、およびこれらを搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できる積層型のバイポーラ電池に注目が集まっている（特許文献１参照）。
【０００３】
バイポーラ電池は、バイポーラ電極を電解質層を介在させて複数直列に接続してなる電池要素を含む。バイポーラ電極は、集電体の一方の面に正極活物質層を設けて正極が形成され、他方の面に負極活物質層を設けて負極が形成されている。バイポーラ電池は、電池要素内においてはバイポーラ電極を積層する方向（以下、「積層方向」という）に電流が流れるため、電流のパスが短く、電流ロスが少なく、集電体を超薄膜化することもできる。
【０００４】
特許文献１には、集電体の材質として、ステンレス鋼を用いることが記載されている。また、軽量化の観点から、積層方向の末端に位置する末端極の集電体にアルミニウムを利用することを提案している。
【特許文献１】特開２００１−２３６９４６号公報（段落００１９、００２１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ステンレス鋼は、正極活物質および負極活物質の両者に対して安定であり、正極、負極の集電体のいずれにも使用し得るという優れた性能を備えているものの、銅やアルミニウムに比べると導電性が低い。
【０００６】
ここで、バイポーラ電極の積層方向に沿っては、電流のパスが短く、集電体が薄膜であることから、集電体の導電性がやや低くとも大きな問題は生じない。しかしながら、末端極においては、電子を端子に集めなければならないため、構造上、積層方向に対して直交する方向つまり末端極の集電体が伸延する方向（以下、「平面方向」という）に沿った電流の流れが必要となる。このように電流を取り出す際には平面方向に電流が流れるため、末端極の集電体の導電性が低いと大きな問題が生じる。例えば、電流を取り出す部分周辺の電流密度が他の部分に比べて高くなり、抵抗が上がる。電流密度分布のばらつきに起因した劣化が促進される結果、電池として正常に反応しなくなる虞がある。
【０００７】
特許文献１に記載されているように末端極の集電体にアルミニウムを用いた場合には、電流を取り出す際の上述した問題は生じない。その一方、末端極の集電体に、バイポーラ電極の集電体とは異なる別の材料を用いるため、末端極における活物質層と、バイポーラ電極における活物質層との間にばらつきが生じ、バイポーラ電池の性能の低下を招いてしまう。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、末端極の集電体にバイポーラ電極の集電体と同じ材料を用いても、電流密度分布のばらつきを抑えて電流を均一に取り出すことが可能なバイポーラ電池、組電池、およびこれらを搭載した車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する請求項１に記載の本発明は、集電体の一方の面に正極が形成され他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極を電解質層を介在させて複数直列に接続してなる電池要素を、外装ケースに収納してなるバイポーラ電池において、
前記電池要素の正極末端極の集電体に電気的に接続される正極タブと、
前記電池要素の負極末端極の集電体に電気的に接続される負極タブと、を備え、
前記正極タブは、前記正極末端極の少なくとも正極活物質層の投影面積よりも大きい大きさを有し、前記正極活物質層の投影面を覆うように集電体上に重ねて配置され、
前記負極タブは、前記負極末端極の少なくとも負極活物質層の投影面積よりも大きい大きさを有し、前記負極活物質層の投影面を覆うように集電体上に重ねて配置されていることを特徴とするバイポーラ電池である。
【００１０】
上記目的を達成する請求項１２に記載の本発明は、バイポーラ電池を複数個電気的に接続したことを特徴とする組電池である。
【００１１】
上記目的を達成する請求項１３に記載の本発明は、バイポーラ電池、または組電池を搭載してなる車両である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の本発明によれば、電池要素とは別個のタブを末端極の集電体に活物質層の投影面を覆うように平面接触させ、かつ、電流を取り出すために必要な平面方向に沿う電流の流れをタブに生じさせていることから、末端極の集電体にバイポーラ電極の集電体と同じ材料を用いても、電流密度分布のばらつきを抑えて電流を均一に取り出すことが可能となる。
【００１３】
請求項１２に記載の本発明によれば、バイポーラ電池を直列または並列に接続して組電池化することにより、高容量、高出力の電池を得ることができる。
【００１４】
請求項１３に記載の本発明によれば、バイポーラ電池や組電池を搭載してなる車両は、高寿命で信頼性の高い車両となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、理解を容易にするために、図面には各構成要素が誇張して示されている。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るバイポーラ電池１０を示す断面図、図１（Ｂ）は、電池要素３０の末端極の集電体２１に電気的に接続されるタブ５０（正極タブ５１および負極タブ５２の総称）を示す平面図である。図２（Ａ）は、バイポーラ電極２０を示す断面図、図２（Ｂ）は、単電池層３２の説明に供する断面図である。
【００１７】
図１および図２を参照して、バイポーラ電池１０は、バイポーラ電極２０を電解質層３１を介在させて複数直列に接続してなる電池要素３０を外装ケース４０に収納して構成されている。バイポーラ電極２０は、集電体２１の一方の面に正極活物質層２２を設けて正極２３が形成され、他方の面に負極活物質層２４を設けて負極２５が形成されている（図２（Ａ）参照）。バイポーラ電極２０が積層された電池要素３０において、隣接する集電体２１、２１の間に挟まれる、正極活物質層２２、電解質層３１、および負極活物質層２４により単電池層３２が構成されている（図２（Ｂ）参照）。電池要素３０の正極末端極３３は、集電体２１の一方の面に正極活物質層２２のみが設けられ、図１（Ａ）において最上位のバイポーラ電極２０の上に電解質層３１を介して積層される。電池要素３０の負極末端極３４は、集電体２１の一方の面に負極活物質層２４のみが設けられ、図１（Ａ）において最下位のバイポーラ電極２０の下に電解質層３１を介して積層される。
【００１８】
第１の実施形態のバイポーラ電池１０は、概説すれば、電池要素３０の正極末端極３３の集電体２１に電気的に接続される正極タブ５１と、電池要素３０の負極末端極３４の集電体２１に電気的に接続される負極タブ５２と、をさらに備えている。正極タブ５１は、正極末端極３３の少なくとも正極活物質層２２の投影面積よりも大きい大きさを有し、正極活物質層２２の投影面を覆うように集電体２１上に重ねて配置されている。同様に、負極タブ５２は、負極末端極３４の少なくとも負極活物質層２４の投影面積よりも大きい大きさを有し、負極活物質層２４の投影面を覆うように集電体２１上に重ねて配置されている。
【００１９】
なお、以下の説明では、正極タブ５１および負極タブ５２を総称して「タブ５０」ともいい、正極末端極３３および負極末端極３４を総称して「末端極３５」ともいい、正極活物質層２２および負極活物質層２４を総称して「活物質層２６」ともいう。また、末端極３５の集電体２１を指称する場合には、「端部集電体２１ｅ」と表記する。さらに、バイポーラ電極２０を積層する方向つまり電池の厚み方向を「積層方向」といい、積層方向に対して直交する方向つまり集電体２１やタブ５０が伸延する方向を「平面方向」という。
【００２０】
以下、バイポーラ電池１０におけるタブ５０、外装ケース４０、集電体２１、正極２３（正極活物質層２２）、負極２５（負極活物質層２４）、電解質層３１についてさらに説明する。
【００２１】
［正極タブ５１、負極タブ５２］
端部集電体２１ｅ上に重ねて配置したタブ５０は、電流を取り出すための端子としての機能を有する。電池要素３０を構成する電極２３、２５、電解質層３１および集電体２１はいずれも薄膜であり、機械的強度が弱い。このため、電池要素３０を両側から挟持し得る強度を、タブ５０に持たせることが望ましい。タブ５０の厚さは、内部抵抗を抑える観点から、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度が望ましい。タブ５０の形状は、上述したように、活物質層２６の塗布面積よりも大きい形状としてある。
【００２２】
タブ５０の材質は、リチウムイオン電池で用いられる材質を用いることができる。例えば、アルミニウム、銅、その他の導電性が高い材質が好ましい。但し、導電性が低い材質であっても、厚さ方向を厚くすれば、許容し得る程度に抵抗を小さくでき、平面方向の電気の流れを十分に確保できる。したがって、アルミニウム等に比べて導電性が低いステンレス鋼（ＳＵＳ）等を用いることもできる。耐蝕性、作り易さ、経済性等の観点からは、アルミニウムを用いることが好ましい。正極タブ５１および負極タブ５２の材質には、同一の材質を用いてもよいし、異なる材質を用いてもよい。
【００２３】
タブ５０の端部をリード状に加工することによって、正極リード部５１ａおよび負極リード部５２ａがタブ５０と一体的に形成されている。外装ケース４０から取り出された正極リード部５１ａおよび負極リード部５２ａに、耐熱絶縁性の熱収縮チューブ等を被覆しておくことが好ましい。これらリード部５１ａ、５２ａと熱源との間の距離が小さい場合に、リード部５１ａ、５２ａが熱源に接触し、漏電によって部品（特に電子機器）に悪影響を与えないようにするためである。
【００２４】
端部集電体２１ｅのうち活物質層２６の投影面に相当する領域においては、電流は、実質的に、バイポーラ電極２０の積層方向に沿って流れている。活物質層２６の投影面を覆うように金属製のタブ５０を端部集電体２１ｅ上に重ねて配置することにより、タブ５０と端部集電体２１ｅとの間が、活物質層２６の投影面の全体にわたって電気的に均等に接合されることになる。これにより、タブ５０は、端部集電体２１ｅのうち電流が実質的に流れる領域の全面から均等に電流を受ける。したがって、電流密度分布のばらつきが抑えられ、電流密度のばらつきに起因した劣化の促進が抑えられる。
【００２５】
電流を取り出すために必要な平面方向に沿う電流の流れを、端部集電体２１ｅ上に重ねて配置したタブ５０に負わせることができる。タブ５０の材質や断面積を選択することによって、タブ５０の低抵抗化を図ることができる。これにより、タブ５０の平面方向に沿う導電性を、集電体２１の平面方向に沿う導電性に比べて、容易に高めることができる。したがって、電流を取り出す際の損失が低減され、電池の高出力化が可能になる。
【００２６】
ここで、タブ５０における平面方向に沿う抵抗は、集電体２１における平面方向に沿う抵抗を無視できるほど低いことが望ましい。タブ５０だけが平面方向に沿う電子の流れを担うことになり、低抵抗化による電池の高出力化をより一層図ることができるからである。
【００２７】
電池要素３０とは別個のタブ５０を用いて電流を取り出すため、電池要素３０の集電体２１は、バイポーラ電極２０および末端極３５に拘わらず、同一種類の材料を使用することができる。これにより、末端極３５における活物質層２６と、バイポーラ電極２０における活物質層２６との間にばらつきが生じることがなく、各単電池層３２間に容量や抵抗のばらつきがない。したがって、バイポーラ電池１０の性能の低下を招く虞がない。
【００２８】
上記構成のバイポーラ電池１０によれば、電池要素３０とは別個のタブ５０を端部集電体２１ｅに活物質層２６の投影面を覆うように平面接触させ、かつ、電流を取り出すために必要な平面方向に沿う電流の流れをタブ５０に生じさせていることから、端部集電体２１ｅにバイポーラ電極２０の集電体２１と同じ材料を用いても、電流密度分布のばらつきを抑えて電流を均一に取り出すことが可能となる。また、低抵抗化による電池の高出力化が可能になる。さらに、バイポーラ電池１０の性能の低下を招く虞がない。
【００２９】
正極タブ５１は、正極末端極３３の外形面積より大きく、かつ、電池要素３０を構成する集電体２１よりも強度が高いことが望ましい。同様に、負極タブ５２は、負極末端極３４の外形面積より大きく、かつ、電池要素３０を構成する集電体２１よりも強度が高いことが望ましい。タブ５０を末端極３５の外形面積より大きくすることにより、電極の保護が図られるからである。
【００３０】
電池要素３０を構成する集電体２１は、出力向上のため薄膜化が求められている。一方、最外部に配置されるタブ５０は、電池要素３０を構成する部材ではないため、集電体２１に比べて肉厚であっても、出力低下につながらない。また、上述したように、電池要素３０は機械的強度が弱いため、電池要素３０を両側から挟持し得る強度を、タブ５０に持たせることが望ましい。したがって、電池要素３０を挟持するタブ５０の厚さを増やして集電体２１よりも強度を高くすることにより、電池要素３０の平面度および機械的強度を向上させることができる。
【００３１】
［外装ケース４０］
バイポーラ電池１０は、使用する際の外部からの衝撃を緩和し、環境劣化を防止するために、電池要素３０やタブ５０が外装ケース４０内に収容されている。外装ケース４０は、可撓性を有するシート状素材から形成され、電池要素３０、正極タブ５１、および負極タブ５２を密封している。さらに、外装ケース４０の内圧は、大気圧Ｐａよりも低い圧力である。タブ５０は端部集電体２１ｅに載せているだけで、両者の間に機械的な締結は施していない。外装ケース４０により密封したときに作用する圧力による金属接触によって、タブ５０と端部集電体２１ｅとの導電性を確保している。タブ５０と端部集電体２１ｅとの間に、導電性に優れた接着性または非接着性の塗布剤を介在させてもよい。両者の金属接触が密になり、導電性がより確実なものとなるからである。
【００３２】
シート状素材は、外装ケース４０の内部と外部との圧力差により破壊することなく容易に変形し得るフレキシブルな材料を用いればよい。大気圧Ｐａを用いた静水圧によって、電池要素３０は、タブ５０を介して、図中上下方向から加圧される。
【００３３】
タブ５０と端部集電体２１ｅとの接合がそれら全面にわたって電気的に不均一であると、電流密度にばらつきが生じ、これに起因して劣化が促進される虞がある。本実施形態にあっては、大気圧Ｐａを用いた静水圧により、外装ケース４０内部の圧力＜外装ケース４０外部の圧力（＝大気圧Ｐａ）の関係が満たされているため、タブ５０と端部集電体２１ｅとの接合は、全面が電気的に均等になる。したがって、電流密度分布のばらつきが抑えられ、電流密度のばらつきに起因した劣化の促進が抑えられる。また、タブ５０の低抵抗化による電池の高出力化も確実なものとなる。
【００３４】
シート状素材はさらに、電解液や気体を透過させないで電気絶縁性を示し、電解液等の材料に対して化学的に安定であることが望ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート等の合成樹脂が例示される。
【００３５】
シート状素材として、金属箔と、合成樹脂膜とを含むラミネートフィルム４１も好適に適用できる。外装ケース４０の熱封止性や電解質の空気接触可能性の低減を図り、さらに軽量化を図る上で好ましいからである。ラミネートフィルム４１は、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅等の金属（合金を含む）からなる金属箔４２を、ポリプロピレンフィルム等の絶縁性の合成樹脂膜４３、４４で被覆した三層構造を有する。高分子−金属複合ラミネートフィルム４１のほか、アルミラミネートパックも同様に用い得る。
【００３６】
高分子−金属複合ラミネートフィルム４１やアルミラミネートパック等は、熱伝導性に優れていることが好ましい。自動車に搭載する場合、自動車の熱源からバイポーラ電池１０まで熱を効率よく伝え、電池要素３０を電池動作温度まですばやく加熱することができるからでる。
【００３７】
ラミネートフィルム４１を外装ケース４０に用いる場合には、ラミネートフィルム４１の周辺部の一部または全部を熱融着にて接合することにより、電池要素３０やタブ５０を収納し密封した構成とする。リード部５１ａ、５２ａは、熱融着部に挟まれてラミネートフィルム４１の外部に露出される。
【００３８】
本実施形態のように、ラミネートフィルム４１を外装ケース４０適用すれば、外装ケース４０が容易に変形し、大気圧Ｐａを用いた静水圧を電池要素３０に掛けることが可能になる。さらに、金属箔４２の層が存在するため気体透過性が低下し、内部と外部との圧力差を長期にわたって維持することができ、その結果、タブ５０と端部集電体２１ｅとの安定した電気的な接触を長期にわたって維持することができる。
【００３９】
［集電体２１］
本実施形態の集電体２１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が用いられている。ステンレス鋼は、正極活物質および負極活物質の両者に対して安定であるため、ステンレス単一層の表裏両面のそれぞれに活物質層２６を形成できる。
【００４０】
末端極３５では、端部集電体２１ｅの片面のみに正極活物質層２２または負極活物質層２４が形成される。
【００４１】
集電体２１の厚さは、特に限定されないが、１μｍ〜１００μｍ程度である。
【００４２】
［正極２３（正極活物質層２２）］
正極２３は、正極活物質を含む。このほかにも、導電助剤、バインダー等が含まれ得る。化学架橋または物理架橋によりゲル電解質として正極２３および負極２５内に十分に浸透させている。
【００４３】
正極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される、遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用できる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２等のＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２等のＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４等のＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２等のＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物等が挙げられる。この他、ＬｉＦｅＰＯ４等の遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＭｏＯ３等の遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨ等が挙げられる。
【００４４】
正極活物質の粒径は、製法上、正極材料をペースト化してスプレーコート等により製膜し得るものであればよいが、さらにバイポーラ電池１０の電極抵抗を低減するために、電解質が固体でない溶液タイプのリチウムイオン電池で用いられる一般に用いられる粒径よりも小さいものを使用するとよい。具体的には、正極活物質の平均粒径が０．１μｍ〜１０μｍであるとよい。
【００４５】
高分子ゲル電解質は、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる。
【００４６】
ここで、高分子ゲル電解質に含まれる電解液（電解質塩および可塑剤）としては、通常リチウムイオン電池で用いられるものであればよく、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも１種類のリチウム塩（電解質塩）を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類；ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類；テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１、４−ジオキサン、１、２−ジメトキシエタン、１、２−ジブトキシエタン等のエーテル類；γ−ブチロラクトン等のラクトン類；アセトニトリル等のニトリル類；プロピオン酸メチル等のエステル類；ジメチルホルムアミド等のアミド類；酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから１種類または２種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒（可塑剤）を用いたもの等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００４７】
イオン伝導性を有する高分子としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体等が挙げられる。
【００４８】
高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、ＰＡＮ、ＰＭＭＡ等は、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子として例示したものである。
【００４９】
上記リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０等の無機酸陰イオン塩、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等の有機酸陰イオン塩、またはこれらの混合物等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００５０】
導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００５１】
本実施形態では、これら電解液、リチウム塩、および高分子（ポリマー）を混合してプレゲル溶液を作成し、正極２３および負極２５に含浸させている。
【００５２】
正極２３における、正極活物質、導電助剤、バインダーの配合量は、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視等）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。例えば、正極２３内における電解質、特に固体高分子電解質の配合量が少なすぎると、活物質層内でのイオン伝導抵抗やイオン拡散抵抗が大きくなり、電池性能が低下してしまう。一方、正極２３内における電解質、特に固体高分子電解質の配合量が多すぎると、電池のエネルギー密度が低下してしまう。したがって、これらの要因を考慮して、目的に合致した固体高分子電解質量を決定する。
【００５３】
正極２３の厚さは、特に限定するものではなく、配合量について述べたように、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視等）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。一般的な正極活物質層２２の厚さは１０〜５００μｍ程度である。
【００５４】
［負極２５（負極活物質層２４）］
負極２５は、負極活物質を含む。このほかにも、導電助剤、バインダー等が含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極２３」の項で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５５】
負極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される負極活物質を用いることができる。例えば、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物金属、カーボン等が好ましい。より好ましくは、カーボン、遷移金属酸化物、リチウム−遷移金属複合酸化物である。さらに好ましくは、チタン酸化物、リチウム−チタン複合酸化物、カーボンである。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００５６】
本実施形態にあっては、正極活物質層２２は、正極活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物が用いられ、負極活物質層２４は、負極活物質として、カーボンまたはリチウム−遷移金属複合酸化物が用いられている。容量、出力特性に優れた電池を構成できるからである。
【００５７】
［電解質層３１］
電解質層３１は、イオン伝導性を有する高分子から構成される層であり、イオン伝導性を示すものであれば材料は限定されない。
【００５８】
本実施形態の電解質は、高分子ゲル電解質であり、既に説明したように、基材としてセパレータにプレゲル溶液を含浸させた後、化学架橋または物理架橋により高分子ゲル電解質として用いている。
【００５９】
このような高分子ゲル電解質は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等のイオン導伝性を有する全固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のリチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも高分子ゲル電解質に含まれる。これらについては、正極２３に含まれる電解質の一種として説明した高分子ゲル電解質と同様であるため、ここでの説明は省略する。高分子ゲル電解質を構成するポリマーと電解液との比率は幅広く、ポリマー１００％を全固体高分子電解質とし、電解液１００％を液体電解質とすると、その中間体はすべて高分子ゲル電解質にあたる。なお、ポリマー電解質と言う場合には、高分子ゲル電解質および全固体高分子電解質の両方が含まれる。
【００６０】
高分子ゲル電解質は、電池を構成する高分子電解質のほか、上記したように正極２３および／または負極２５にも含まれ得るが、電池を構成する高分子電解質、正極２３、負極２５によって異なる高分子電解質を用いてもよいし、同一の高分子電解質を使用してもよいし、層によって異なる高分子電解質を用いてもよい。
【００６１】
電池を構成する電解質の厚さは、特に限定するものではない。しかしながら、コンパクトなバイポーラ電池１０を得るためには、電解質としての機能が確保できる範囲で極力薄くすることが好ましい。一般的な固体高分子電解質層３１の厚さは１０〜１００μｍ程度である。ただし、電解質の形状は、製法上の特徴を生かして、電極（正極２３または負極２５）の上面ならびに側面外周部も被覆するように形成することも容易であり、機能、性能面からも部位によらず常にほぼ一定の厚さにする必要はない。
【００６２】
バイポーラ電池１０においては、電解質層３１に含まれる電解液が染み出すと、各層同士が電気的に接続されてしまい、電池として機能しなくなる。これを液絡と称する。
【００６３】
電解質層３１に液体または半固体のゲル状物質を用いる場合には、電解質が液漏れしないように、集電体２１間にシールを施す必要がある。そこで、図１に示すように、集電体２１の間には、シール部材３６が単電池層３２の周囲を取り囲むように設けられている。シール部材３６は、例えば、基材の両面に粘着材が塗布されている両面テープである。基材は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド系合成繊維等の絶縁性樹脂により形成されている。粘着剤は、合成ゴム、ブチルゴム、合成樹脂、アクリル等の耐溶剤性のある材料により形成されている。シール部材３６によって、単電池層３２からの液漏れが防止され、集電体２１同士の接触による短絡が防止される。
【００６４】
電解質層３１は、固体電解質を用いることもできる。電解質として固体を用いることにより漏液を防止することが可能となり、バイポーラ電池特有の問題である液絡を防ぎ、信頼性の高いバイポーラ電池を提供できるからである。また、漏液を防止するための構成も必要とならないので、バイポーラ電池の構成を簡易にすることができるからである。
【００６５】
固体電解質としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が挙げられる。固体高分子電解質層中には、イオン伝導性を確保するために支持塩（リチウム塩）が含まれる。支持塩としては、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、またはこれらの混合物等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。ＰＥＯ、ＰＰＯのようなポリアルキレンオキシド系高分子は、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２等のリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。
【００６６】
以上説明したように、第１の実施形態のバイポーラ電池１０によれば、端部集電体２１ｅにバイポーラ電極２０の集電体２１と同じ材料を用いても、電流密度分布のばらつきを抑えて電流を均一に取り出すことが可能となる。また、低抵抗化による電池の高出力化が可能になる。
【００６７】
（改変例）
第１の実施形態では、タブ５０の端部をリード状に形成した場合を図示したが、本発明のバイポーラ電池にあっては、タブ５０自体が外装ケース４０から外方に伸びている必要はない。バイポーラ電池は、例えば、端部集電体２１ｅに平面接触し外装ケース４０内に収納される矩形形状のタブと、当該タブに溶接により取り付けられて外装ケース４０から外方に伸びるリードとを備えてもよい。このリードには、リチウムイオン電池等で用いられる公知のリードを用いることができる。
【００６８】
大気圧Ｐａを用いた静水圧によってタブ５０を端部集電体２１ｅに密着させる場合を例示したが、本発明のバイポーラ電池にあっては、外装ケース４０内部の圧力＜外装ケース４０外部の圧力の関係が満たされる限りにおいて、静水圧を生じる媒体は限定されない。例えば、気体、液体、または固体粉末の少なくとも１種類の媒体、あるいはそれらを混合した媒体を用いた静水圧によって、タブ５０を端部集電体２１ｅに密着させてもよい。
【００６９】
（第２の実施形態）
図３（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るバイポーラ電池１１を示す断面図、図３（Ｂ）は、電池要素３０の端部集電体２１ｅに電気的に接続されるタブ５５（正極タブ５３および負極タブ５４の総称）を示す平面図である。なお、図１および図２に示した部材と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。また、図３（Ａ）において、タブ５５のお椀形は誇張して示される。
【００７０】
第２の実施形態は、タブ５５の形状を改変した点で、第１の実施形態と相違する。第２の実施形態のバイポーラ電池１１にあっては、正極タブ５３および負極タブ５４は、バイポーラ電極２０を積層する方向に沿う厚みが、周辺部に比べて中央部が厚く形成されている。
【００７１】
電解質層３１をシール部材３６により封止する場合、シール部材３６が配置されている電極周囲部の厚さが厚くなり電極を反らせることがある。この場合、電極中央部の押圧が不十分になる虞がある。タブ５５の形状を上記のようなお椀形とすることにより、仮に電極周辺部が反り返っていても十分な押圧を与えることができ、バイポーラ電池１１の上下から作用する圧力がより均一化される。これにより、タブ５０と端部集電体２１ｅとの電気的接触がより均一化され、電流密度分布のばらつきが抑えられ、電流密度のばらつきに起因した劣化の促進が一層抑えられる。
【００７２】
なお、正極タブ５３または負極タブ５４のいずれか一方のみを上述した形状に改変したバイポーラ電池としてもよい。
【００７３】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係るバイポーラ電池１２を示す断面図である。なお、図１および図２に示した部材と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００７４】
第３の実施形態は、タブ５０が磁性体８０をさらに有している点で、第１の実施形態と相違する。第３の実施形態のバイポーラ電池１２にあっては、正極タブ５１および負極タブ５２は、端部集電体２１ｅに接する面とは反対側の面に配置される磁性体８０を有している。
【００７５】
磁性体８０は、端部集電体２１ｅの大きさとほぼ等しい板状を有している。磁性体８０は、例えば、永久磁石である。永久磁石の種類は限定されないが、例えば、希土類サマコバ磁石を挙げることができる。磁性体８０の磁化（着磁）方向は、厚み方向である。
【００７６】
端部集電体２１ｅは、強磁性体であるマルテンサイト系ステンレス鋼から形成するのが好ましい。端部集電体２１ｅと磁性体８０とによってタブ５０が挟まれているので、タブ５０は、磁性体８０の磁力によって、端部集電体２１ｅに押し付けられる。
【００７７】
バイポーラ電池１２は、第１の実施形態のバイポーラ電池１１と同様に、大気圧Ｐａを用いた静水圧によってタブ５０が端部集電体２１ｅに押し付けられている。これに加えて、バイポーラ電池１２にあっては、磁性体８０の磁力Ｐｍによって、タブ５０が端部集電体２１ｅに押し付けられている。このため、タブ５０と端部集電体２１ｅとの接合は、全面が電気的により均等になる。したがって、電流密度分布のばらつきが一層抑えられ、電流密度のばらつきに起因した劣化の促進が一層抑えられる。また、タブ５０の低抵抗化による電池の高出力化もより確実なものとなる。
【００７８】
正極タブ５１および負極タブ５２の両者が磁性体８０を有する必要はなく、正極タブ５１および負極タブ５２の少なくとも一方が磁性体８０を有していればよい。正極タブ５１または負極タブ５２の一方にのみ磁性体８０を配置し、他方のタブの両面のうち端部集電体２１ｅに接する面とは反対側の面には、強磁性体である鉄、コバルト、ニッケルや、常磁性体であるアルミニウムなどを配置する形態を採用してもよい。
【００７９】
図５〜図７は、磁性体８０の形状例を示す図である。
【００８０】
図５（Ａ）〜（Ｅ）を参照して、磁性体８０は、重心位置から外周部に向けて放射状に拡がって存在する形状を有することができる。重心位置から放射状に磁性体８０が存在することによって磁性体８０自体が骨格となり、ゆがみに対する補強の役割を発揮する。バイポーラ電池１２を振動が加わる車両などに搭載した場合には、磁性体８０自体が補強部材となって、バイポーラ電池１２の剛性を高めることができる。
【００８１】
図６（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、磁性体８０は、円形形状または矩形形状の貫通穴８１を有していてもよい。貫通穴８１を有することにより空間が生じ、磁性体８０の体積が減少する。磁性体８０をばねにみたてると、ばね定数が低下し、防振効果を発揮する。バイポーラ電池１２を振動が加わる車両などに搭載した場合には、磁性体８０自体が電池積層方向の振動吸収材となり、さらに、磁性体８０自体が補強部材となって、バイポーラ電池１２の剛性を高めることができる。
【００８２】
図７（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、磁性体８０は、その表面に形成されるとともに底面の断面形状が円弧型または角型である凹部８２を有していてもよい。凹部８２を有することにより空間が生じ、磁性体８０の体積が減少する。磁性体８０をばねにみたてると、ばね定数が低下し、防振効果を発揮する。バイポーラ電池１２を振動が加わる車両などに搭載した場合には、磁性体８０自体が電池積層方向の振動吸収材となり、さらに、磁性体８０自体が補強部材となって、バイポーラ電池１２の剛性を高めることができる。
【００８３】
（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態に係る組電池６０を示す斜視図、図９は、組電池６０の内部構成を上方から見た図面である。
【００８４】
組電池６０は、上述したバイポーラ電池を複数個並列および／または直列に電気的に接続して構成したものである。並列化および／または直列化することにより、容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
【００８５】
図示する組電池６０は、第１の実施形態のバイポーラ電池１０を複数個直列に接続したものをさらに並列に接続したものである。最上位の各バイポーラ電池１０は、正極リード部５１ａ同士が導電バー６３により接続され、負極リード部５２ａ同士が導電バー６３により接続されている。組電池６０の電極として、電極ターミナル６１、６２が、組電池６０の一側面に設けられている。
【００８６】
組電池６０においては、バイポーラ電池１０同士を接続する方法として、超音波溶接、熱溶接、レーザ溶接、リベット、かしめ、電子ビーム等を用いることができる。このような接続方法を採ることにより、長期的信頼性を備える組電池６０を製造することができる。
【００８７】
第４の実施形態によれば、バイポーラ電池１０を直列または並列に接続して組電池６０化したことにより、高容量、高出力の電池を得ることができる。しかも、個々のバイポーラ電池１０は内部の単電池層３２における液絡が防止されているので信頼性が高く、組電池６０としての長期的信頼性を向上させることができる。
【００８８】
なお、要求される容量や電圧に応じて、複数個のバイポーラ電池１０のすべてを並列に接続した組電池としたり、すべてを直列に接続した組電池としたりすることができる。
【００８９】
（第５の実施形態）
図１０は、第５の実施形態に係る組電池モジュール７０を示す斜視図である。
【００９０】
図示する組電池モジュール７０は、第３の実施形態の組電池６０を複数個積層し、各組電池６０の電極ターミナル６１、６２を導電バー７１、７２によって接続し、モジュール化したものである。
【００９１】
このように、組電池６０をモジュール化することによって、電池の制御を容易にし、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車載用として最適な組電池モジュール７０となる。そして、この組電池モジュール７０は、上述した組電池６０を用いたものであるから長期的信頼性の高いものとなる。
【００９２】
なお、「組電池モジュール」という用語は、「組電池」との比較において、電池の大きさの違いを理解し易くするために用いたものである。バイポーラ電池１０が複数個電気的に接続されている点において、組電池モジュール７０も組電池６０の一種である。
【００９３】
（第６の実施形態）
図１１は、第６の実施形態に係る車両として自動車１００を示す概略構成図である。
【００９４】
上述したバイポーラ電池１０、１１、１２、または組電池６０（組電池モジュール７０が含まれる）を車両に搭載し、モータなどの電気機器の電源に使用することが望ましい。バイポーラ電池１０、１１、１２や組電池６０は上述した特性を有するため、これらを搭載してなる車両は、高寿命で信頼性の高い車両となるからである。
【００９５】
図示する自動車１００は、第５の実施形態に係る組電池モジュール７０を搭載し、当該組電池モジュール７０をモータの電源として使用している。組電池モジュール７０をモータ用電源として用いる自動車としては、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、各車輪をモータによって駆動している自動車等が挙げられる。組電池モジュール７０は上述した特性を有するため、これを搭載してなる自動車１００は、高寿命で信頼性の高い自動車となる。
【００９６】
なお、車両は自動車１００に限られるものではなく、バイポーラ電池１０、１１、１２や組電池６０を電車に搭載しても同様の作用効果を奏する。
【００９７】
（実施例）
以下、バイポーラ電池の実施例を説明する。作製したバイポーラ電池は、下記のとおりである。
【００９８】
＜基本構成＞
集電体２１は、ステンレス（ＳＵＳ）箔（厚さ２０μｍ）を使用した。集電体２１に、下記の正極２３および負極２５を形成し、バイポーラ電極２０を作製した。端部集電体２１ｅには、正極２３または負極２５のいずれか一方を形成した。
【００９９】
＜電極の形成＞
正極２３：
正極活物質としてＬｉＭｎ２Ｏ４（８５重量％）に、導電助剤としてアセチレンブラック（５重量％）、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（１０重量％）、スラリー粘度調整溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）（適量）を入れて、これらを混合して正極スラリーを作製した。集電休であるステンレス箔（厚さ２０μｍ）の片面に正極スラリーを塗布し、乾燥させて正極２３を形成した。
【０１００】
負極２５：
負極活物質としてハードカーボン（９０重量％）に、バインダーとしてＰＶＤＦ（１０重量％）、スラリー粘度調整溶媒としてＮＭＰ（適量）を入れて、これらを混合して負極２５スラリーを作製した。正極２３を塗布したステンレス箔の反対面に負極スラリーを塗布し、乾燥させて負極２５を形成した。
【０１０１】
完成した電極を１３０ｍｍ×８０ｍｍに切り取った。外周１０ｍｍ部分はシール層を形成するために電極部分を削り取った。
【０１０２】
＜ゲル電解質の形成＞
ポリエチレン製のセパレータ（厚さ５０μｍ）に、イオン伝導性高分子マトリックスの前駆体である平均分子量７５００〜９０００のモノマー溶液（ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体）３重量％、電解液としてＰＣ＋ＥＣ（１：１）９７重量％、１．５Ｍ ＬｉＢＦ４、重合開始剤（ＢＤＫ）からなるプレゲル溶液を浸漬させて、石英ガラス基板に挟み込み紫外線を１５分照射して前駆体を架橋させて、ポリマー電解質層を得た。
【０１０３】
＜バイポーラ電池の構成＞
正極２３と負極２５とがゲル電解質を挟んで対向するようにバイポーラ電極２０を積層し、単電池層３２を形成した。単電池層３２の周辺部で、集電体２１と集電体２１との間に、３層フィルムによるシーラントを挟み込んで配置した。これは、電解液漏れ出しを抑えるためのシール部材３６として機能する。
【０１０４】
これを繰り返し、単電池層３２が５層形成されるようにバイポーラ電極２０および末端極３５を積層し、電極積層体を構成した。
【０１０５】
シーラントをまず三辺熱融着し、その後最後の一辺を真空密封することにより、各層を真空シールし、各層の電解質を封じた。
【０１０６】
以上の工程により、各層が真空密封され、上下面が正負の末端極３５となるような５層２１Ｖのバイポーラ型電池要素３０を完成させた。
【０１０７】
（比較例）
図１２に示すように、端部集電体２１ｅの端の部分に、電流を取り出すために使用する端子３７を、超音波溶接機を用いて取り付けた。その後、この電池要素３０をアルミラミネート外装内に真空密封し、バイポーラ電池を完成させた。
【０１０８】
（実施例１）
図１に示した第１の実施形態におけるタブ５０のように、バイポーラ型電池要素３０の投影面全体を覆うことのできる１３０ｍｍ×８０ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）板であって、厚さが１００μｍである平板形状のアルミニウム（Ａｌ）板の一部が電池投影面外部まで伸びてリード部５１ａ、５２ａをなしている正極タブ５１および負極タブ５２を作成した。これらのタブ５０によってバイポーラ型電池要素３０を挟み込み、これらを覆うようにアルミラミネート外装により真空密封した。バイポーラ型電池要素３０の全体を大気圧Ｐａで両面から押すことにより、タブ５０−電池要素３０間の接触を加圧によって高めた、実施例１に係るバイポーラ電池１０を完成させた。
【０１０９】
（実施例２）
図３に示した第２の実施形態におけるタブ５５のように、バイポーラ型電池要素３０の投影面全体を覆うことのできる１３０ｍｍ×８０ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）板であって、中心部の厚さ５００μｍ、外周部の厚さが５０μｍであり、中心に向かうほど厚みが厚くなるお椀形状のアルミニウム（Ａｌ）板の一部が電池投影面外部まで伸びてリード部５３ａ、５４ａをなしている正極タブ５３および負極タブ５４を作成した。これらのタブ５５によってバイポーラ型電池要素３０を挟み込み、これらを覆うようにアルミラミネート外装により真空密封した。バイポーラ型電池要素３０の全体を大気圧Ｐａで両面から押すことにより、タブ５５−電池要素３０間の接触を加圧によって高めた、実施例２に係るバイポーラ電池１１を完成させた。
【０１１０】
（実施例３）
図４に示した第３の実施形態におけるタブ５０のように、バイポーラ型電池要素３０の投影面全体を覆うことのできる１３０ｍｍ×８０ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）板であって、厚さが１００μｍである平板形状のアルミニウム（Ａｌ）板の一部が電池投影面外部まで伸びてリード部５１ａ、５２ａをなしている正極タブ５１および負極タブ５２を作成した。これらのタブ５０によってバイポーラ型電池要素３０を挟み込み、その外側を覆うように、厚さが５ｍｍである平板形状の磁性体板を配置し、これらを覆うようにアルミラミネート外装により真空密封した。バイポーラ型電池要素３０の全体を大気圧Ｐａで両面から押し、さらに磁性体板の磁力Ｐｍにより両面から押すことにより、タブ５０−電池要素３０間の接触を加圧（大気圧＋磁力）によって高めた、実施例３に係るバイポーラ電池１２を完成させた。
【０１１１】
（参考例１）
参考例１〜５として、アルミラミネート外装を真空密封せずに、磁力によってのみタブ−電池要素間の接触を高めたバイポーラ電池を完成させた。
【０１１２】
アルミラミネート外装を真空密封しなかった点を除いて、実施例３と同じにして、参考例１に係るバイポーラ電池を完成させた。
【０１１３】
（参考例２）
タブによってバイポーラ型電池要素を挟み込み、その外側の一方には厚さが５ｍｍである平板形状の磁性体板を配置し、他方には厚さが５ｍｍである平板形状のニッケル板を配置し、参考例２に係るバイポーラ電池を完成させた。
【０１１４】
（参考例３）
磁性体板として、図５（Ａ）に示した形状のものを使用し、その他は参考例１と同じにして、参考例３に係るバイポーラ電池を完成させた。
【０１１５】
（参考例４）
磁性体板として、図６（Ａ）（Ｂ）に示した形状のものを使用し、その他は参考例１と同じにして、参考例４に係るバイポーラ電池を完成させた。
【０１１６】
（参考例５）
磁性体板として、図７（Ａ）（Ｂ）に示した形状のものを使用し、その他は参考例１と同じにして、参考例５に係るバイポーラ電池を完成させた。
【０１１７】
実施例および参考例における磁性体板として、希土類サマコバ磁石を用いた（表面磁束密度：４０００ガウス、吸着力：１２ｋｇ）。
【０１１８】
＜評価＞
比較例、実施例１、２のそれぞれのバイポーラ電池を、０．１Ｃに相当する電流で１５時間、２１Ｖまで定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電を行った。
【０１１９】
これらのバイポーラ電池を、１０ｍＡ、２０ｍＡ、３０ｍＡで順に放電し、電圧降下を測定することによって各バイポーラ電池の抵抗値を測定した。
【０１２０】
また、容量測定を行った結果２０ｍＡｈであった。
【０１２１】
その後、比較的大きな電流５００ｍＡ（２５Ｃ相当）で繰り返し２１Ｖ〜１２．５Ｖで充放電を行い１０００サイクル行った。その後、容量測定を行った。
【０１２２】
比較例、参考例３、４、５について、加震しながら電流１００ｍＡ（５Ｃ相当）で繰り返し２１Ｖ〜１２．５Ｖで充放電を行い１０００サイクル行った。加震試験は、５０Ｈｚ、振幅は５ｍｍで行った。その後、容量測定を行った。
【０１２３】
＜結果＞
各電流で測定したバイポーラ電池の抵抗値を表１に示す。
【０１２４】
【表１】
【０１２５】
実施例１、２は、比較例に対して、抵抗値が大きく低減した。比較例では、最外層である末端極のステンレス（ＳＵＳ）からなる集電体の部分で電流が横方向（電流を取り出す平面方向）に流れてしまい、バイポーラ電池の抵抗値が増大している。これに対し、実施例１、２では、タブ５０、５５が電池要素３０全体を覆い、かつ、大気圧Ｐａが電池要素３０の全体を押さえているため、ステンレスに比べて導電性に優れたアルミニウムからなるタブ５０、５５の部分で電流が横方向に流れたため、バイポーラ電池１０、１１の抵抗値が低減していると考えられる。
【０１２６】
実施例３は、実施例１、２よりも抵抗値がさらに低減した。実施例３では、大気圧Ｐａに加えて磁性体板の磁力Ｐｍによって電池要素３０の全体を押さえているため、タブと端部集電体との接触力が一層高まり、バイポーラ電池１２の抵抗値が一層低減していると考えられる。
【０１２７】
参考例１〜５の磁性体板の磁力によってのみ電池要素の全体を押さえた場合には、実施例３よりも抵抗値は若干高いが、比較例に対しては抵抗値が大きく低減した。
【０１２８】
次に、１０００サイクルの充放電後に容量測定を行った結果を表２に示す。
【０１２９】
【表２】
【０１３０】
実施例１、２は、比較例に対して、容量が大幅に増加した。比較例では、末端極３５の端の部分に端子３７を取り付けたため、電流密度の分布が大きくばらついており、その結果、劣化が促進されたためと考えられる。実施例１、２では、タブ５０、５５が電池要素３０全体を覆い、かつ、大気圧Ｐａが電池要素３０の全体を押さえているため、電流密度分布のばらつきが抑えられ、劣化が少ないためと考えられる。
【０１３１】
実施例１と実施例２との間では、実施例２は、実施例１に比べて劣化がさらに少なく、劣化を促進を抑える点では、実施例１よりも優れていることがわかった。実施例２では、タブ５５がお椀形状をなすため、電池要素３０全体がより均等に押され、タブ５５と端部集電体２１ｅとの電気的接触が均一化されて電流密度が均一化され、劣化の促進が一層抑えられたためと考えられる。
【０１３２】
次に、加震しながら１０００サイクルの充放電後に容量測定を行った結果を表３に示す。
【０１３３】
【表３】
【０１３４】
加震試験後の容量測定から参考例３〜５のような形状を持った磁性体板を用いると振動に強く、防振効果が得られることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るバイポーラ電池を示す断面図、図１（Ｂ）は、電池要素の末端極の集電体に電気的に接続されるタブ（正極タブおよび負極タブの総称）を示す平面図である。
【図２】図２（Ａ）は、バイポーラ電極を示す断面図、図２（Ｂ）は、単電池層の説明に供する断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るバイポーラ電池を示す断面図、図３（Ｂ）は、電池要素の末端極の集電体に電気的に接続されるタブ（正極タブおよび負極タブの総称）を示す平面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るバイポーラ電池を示す断面図である。
【図５】磁性体の形状例を示す図である。
【図６】磁性体の形状例を示す図である。
【図７】磁性体の形状例を示す図である。
【図８】第４の実施形態に係る組電池を示す斜視図である。
【図９】組電池の内部構成を上方から見た図面である。
【図１０】第５の実施形態に係る組電池モジュールを示す斜視図である。
【図１１】第６の実施形態に係る車両として自動車を示す概略構成図である。
【図１２】電池要素の末端極の集電体の端の部分に、電流を取り出すために使用する端子を取り付けた比較例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１０、１１、１２ バイポーラ電池、
２０ バイポーラ電極、
２１ 集電体、
２１ｅ 端部集電体（末端極の集電体）、
２２ 正極活物質層、
２３ 正極、
２４ 負極活物質層、
２５ 負極、
２６ 活物質層（正極活物質層および負極活物質層の総称）、
３０ 電池要素、
３１ 電解質層、
３２ 単電池層、
３３ 正極末端極、
３４ 負極末端極、
３５ 末端極（正極末端極および負極末端極の総称）、
３６ シール部材、
４０ 外装ケース、
４１ ラミネートフィルム、
４２ 金属箔、
４３、４４ 合成樹脂膜、
５０、５５ タブ（正極タブおよび負極タブの総称）、
５１、５３ 正極タブ、
５１ａ、５３ａ 正極リード部、
５２、５４ 負極タブ、
５２ａ、５４ａ 負極リード部、
６０ 組電池、
７０ 組電池モジュール（組電池）、
８０ 磁性体、
８１ 貫通穴、
８２ 凹部、
１００ 自動車（車両）、
Ｐａ 大気圧、
Ｐｍ 磁力。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体の一方の面に正極が形成され他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極を電解質層を介在させて複数直列に接続してなる電池要素を、外装ケースに収納してなるバイポーラ電池において、
前記電池要素の正極末端極の集電体に電気的に接続される正極タブと、
前記電池要素の負極末端極の集電体に電気的に接続される負極タブと、を備え、
前記正極タブは、前記正極末端極の少なくとも正極活物質層の投影面積よりも大きい大きさを有し、前記正極活物質層の投影面を覆うように集電体上に重ねて配置され、
前記負極タブは、前記負極末端極の少なくとも負極活物質層の投影面積よりも大きい大きさを有し、前記負極活物質層の投影面を覆うように集電体上に重ねて配置されていることを特徴とするバイポーラ電池。
【請求項２】
前記正極タブは、前記正極末端極の外形面積より大きく、かつ、電池要素を構成する集電体よりも強度が高く、
前記負極タブは、前記負極末端極の外形面積より大きく、かつ、電池要素を構成する集電体よりも強度が高いことを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項３】
前記外装ケースは、可撓性を有するシート状素材から形成され、前記電池要素、前記正極タブ、および前記負極タブを密封し、
前記外装ケースの内圧が大気圧よりも低い圧力であることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項４】
前記シート状素材は、金属箔と、合成樹脂膜とを含むラミネートフィルムであることを特徴とする請求項３に記載のバイポーラ電池。
【請求項５】
前記正極タブおよび／または前記負極タブは、前記バイポーラ電極を積層する方向に沿う厚みが、周辺部に比べて中央部が厚いことを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項６】
前記正極タブおよび前記負極タブの少なくとも一方は、前記末端極の前記集電体に接する面とは反対側の面に配置される磁性体を有していることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項７】
前記磁性体は、重心位置から外周部に向けて放射状に拡がる形状を有していることを特徴とする請求項６に記載のバイポーラ電池。
【請求項８】
前記磁性体は、円形形状または矩形形状の貫通穴を有していることを特徴とする請求項６に記載のバイポーラ電池。
【請求項９】
前記磁性体は、その表面に形成されるとともに底面の断面形状が円弧型または角型である凹部を有していることを特徴とする請求項６に記載のバイポーラ電池。
【請求項１０】
前記電解質層は、固体電解質が用いられていることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項１１】
前記正極活物質層は、正極活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物が用いられ、
前記負極活物質層は、負極活物質として、カーボンまたはリチウム−遷移金属複合酸化物が用いられていることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項１２】
請求項１〜１１に記載のバイポーラ電池を複数個電気的に接続したことを特徴とする組電池。
【請求項１３】
請求項１〜１１に記載のバイポーラ電池、または請求項１２に記載の組電池を搭載してなる車両。
【請求項１】
集電体の一方の面に正極が形成され他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極を電解質層を介在させて複数直列に接続してなる電池要素を、外装ケースに収納してなるバイポーラ電池において、
前記電池要素の正極末端極の集電体に電気的に接続される正極タブと、
前記電池要素の負極末端極の集電体に電気的に接続される負極タブと、を備え、
前記正極タブは、前記正極末端極の少なくとも正極活物質層の投影面積よりも大きい大きさを有し、前記正極活物質層の投影面を覆うように集電体上に重ねて配置され、
前記負極タブは、前記負極末端極の少なくとも負極活物質層の投影面積よりも大きい大きさを有し、前記負極活物質層の投影面を覆うように集電体上に重ねて配置されていることを特徴とするバイポーラ電池。
【請求項２】
前記正極タブは、前記正極末端極の外形面積より大きく、かつ、電池要素を構成する集電体よりも強度が高く、
前記負極タブは、前記負極末端極の外形面積より大きく、かつ、電池要素を構成する集電体よりも強度が高いことを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項３】
前記外装ケースは、可撓性を有するシート状素材から形成され、前記電池要素、前記正極タブ、および前記負極タブを密封し、
前記外装ケースの内圧が大気圧よりも低い圧力であることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項４】
前記シート状素材は、金属箔と、合成樹脂膜とを含むラミネートフィルムであることを特徴とする請求項３に記載のバイポーラ電池。
【請求項５】
前記正極タブおよび／または前記負極タブは、前記バイポーラ電極を積層する方向に沿う厚みが、周辺部に比べて中央部が厚いことを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項６】
前記正極タブおよび前記負極タブの少なくとも一方は、前記末端極の前記集電体に接する面とは反対側の面に配置される磁性体を有していることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項７】
前記磁性体は、重心位置から外周部に向けて放射状に拡がる形状を有していることを特徴とする請求項６に記載のバイポーラ電池。
【請求項８】
前記磁性体は、円形形状または矩形形状の貫通穴を有していることを特徴とする請求項６に記載のバイポーラ電池。
【請求項９】
前記磁性体は、その表面に形成されるとともに底面の断面形状が円弧型または角型である凹部を有していることを特徴とする請求項６に記載のバイポーラ電池。
【請求項１０】
前記電解質層は、固体電解質が用いられていることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項１１】
前記正極活物質層は、正極活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物が用いられ、
前記負極活物質層は、負極活物質として、カーボンまたはリチウム−遷移金属複合酸化物が用いられていることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項１２】
請求項１〜１１に記載のバイポーラ電池を複数個電気的に接続したことを特徴とする組電池。
【請求項１３】
請求項１〜１１に記載のバイポーラ電池、または請求項１２に記載の組電池を搭載してなる車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−１４７５３４（Ｐ２００６−１４７５３４Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５０００６（Ｐ２００５−２５０００６）
【出願日】平成１７年８月３０日（２００５．８．３０）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月３０日（２００５．８．３０）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]