双極型二次電池、双極型二次電池の製造方法、双極型電極、双極型電極の製造方法、組電池
【課題】内部短絡を抑制・防止することが可能な双極型二次電池を提供する。
【解決手段】集電体１１の表裏面に正極層１２および負極層１３を形成した双極型電極１０を用い、セパレータ１４を介して正極層１２および負極層１３が向い合わせたときに正極層１２および負極層１３に存在している凸部１２ａおよび１３ａの位置が互いに異なることを特徴とする双極型二次電池。
【解決手段】集電体１１の表裏面に正極層１２および負極層１３を形成した双極型電極１０を用い、セパレータ１４を介して正極層１２および負極層１３が向い合わせたときに正極層１２および負極層１３に存在している凸部１２ａおよび１３ａの位置が互いに異なることを特徴とする双極型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双極型二次電池、双極型二次電池の製造方法、双極型電極、双極型電極の製造方法、組電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
双極型二次電池（バイポーラ型二次電池とも称されている）は、一枚の集電体の一方の面に正極、他方の面に負極が形成された双極型電極を用いている。そしてこの双極型電極を、電解質層を含んだセパレータを介して正極と負極が向かい合うように複数積層した構造となっている（たとえば特許文献１）。したがって、この双極型二次電池は、集電体と集電体の間の正極、負極およびセパレータ（電解質層）によって一つの電池セル（単電池）が構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２０４１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記技術では正極および負極ともに、集電体上にそれぞれの電極となる活物質を塗布することで形成している（上記特許文献１段落００１０参照）。このような塗布によって電極を形成した場合、電極の端部において盛り上がった箇所（凸部）ができてしまう。
【０００５】
このような盛り上がりがセパレータを介して同じ位置にあると、盛り上がりによってセパレータに局所的に強い力がかかり、その部分が極端に薄くなったり、または貫通したりして正極と負極が短絡してしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、このような双極型二次電池の単電池内において内部短絡を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の双極型二次電池は、集電体の第１面に形成された第１電極層および同じ集電体の第１面と対向する第２面に形成された第２電極層を有してなる双極型電極を有する。そして、この双極型電極が複数枚、第１電極層と第２電極層との間にセパレータを介在させて向かい合うように積層されていて、セパレータを介して向かい合う第１電極層の端部に存在している凸部の位置と第２電極層の端部に存在している凸部の位置とが異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１電極層と第２電極層の端部において存在する凸部がセパレータを挟んで向い合うことがないので、双極型二次電池における単電池内部での短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１の双極型二次電池内部の概略構造を説明するための説明図である。
【図２】実施形態１の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図である。
【図３】実施形態１における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。
【図４】実施形態１の双極型二次電池の作用を説明する説明図である。
【図５】塗布開始位置である端部と塗布終了位置の端部をそれぞれ異なる位置にした双極型電極を示す説明図である。
【図６】実施形態１の組電池を説明するための説明図、（ａ）は組電池の平面図、（ｂ）は組電池の正面図、（ｃ）は組電池の側面図である。
【図７】実施形態１の組電池を使用した車両の説明図である。
【図８】実施形態２の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正極層側から見た平面図である。
【図９】実施形態２における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。
【図１０】実施形態３の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図で、正極層側から見た平面図である。
【図１１】実施形態３における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。
【図１２】実施形態４の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図で、積層方向に隣接する２つの双極型電極を示した側面図である。
【図１３】実施形態４における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。
【図１４】実施形態４における双極型二次電池の変形例の要部を説明するための斜視図である。
【図１５】実施形態１の双極型二次電池の他の作用を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面はあくまでも本実施形態を説明するためのものであるので、各部材の寸法や比率は説明の都合上誇張または簡略化しており、実際の寸法や比率とは異なる。
【００１１】
［実施形態１］
（双極型二次電池）
図１は本実施形態１に係る双極型二次電池内部の概略構造を説明するための説明図（断面図）であり、図２は本実施形態１の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図である。また、図３は本実施形態１における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。
【００１２】
本実施形態１の双極型二次電池１は、集電体１１の第１面に正極層１２（第１電極層）が形成され、この第１面に対向する第２面に負極層１３（第２電極層）が形成された複数の双極型電極１０を有する。正極層１２および負極層１３には、それぞれ正極活物質および負極活物質を有する。
【００１３】
なお、図１は双極型二次電池１の基本構成を示すもので、双極型電極１０の細部については図示していない（細部については図２を参照）。
【００１４】
各双極型電極１０は、電解質を含むセパレータ１４を介して積層されている。そして正極層１２、セパレータ１４、および負極層１３によって単電池１５を形成している。なお、最外層に位置する集電体（最外層集電体１１ａおよび１１ｂ）には、片面のみに、負極層１３または正極層１２のいずれか一方が形成されている。
【００１５】
また、単電池１５の外周には、隣接する集電体１１の間を絶縁するためのシール部材５１が設けられている。
【００１６】
そして、これらの構成要素（発電要素）が、ラミネートシート５２によって封止されている。なお、負極側最外層集電体１１ａのさらに外側に集電板５３ａ、５４ｂが設けられている。これらは集電板５３ａ、５４ｂはそれぞれ延長されて負極タブ５３および正極タブ５４となっている。また、集電板５３ａ、５４ｂは、集電体１１より厚く形成することで、積層された複数の単電池１５からの電流を取り出しやすくなるようにしている。
【００１７】
なお、集電板に代えて、最外層集電体１１ａおよび１１ｂを厚くして、そのままラミネートシート５２の外に延長して負極タブ５３および正極タブ５４としてもよい。また、最外層集電体１１ａおよび１１ｂと集電板５３ａ、５４ｂの間に電極活物質があってもよい。すなわち、片面にのみ電極活物質を設けた最外層専用の集電体１１ａおよび１１ｂとするのではなく、両面に電極活物質がある集電体１１をそのまま最外層の集電体として用いてもよいのである。
【００１８】
本実施形態１における双極型電極１０は、図２に示すように、一つの集電体１１に対して正極層１２と負極層１３が形成されてなる。そして、正極層１２と負極層１３のそれぞれの端部において存在している凸部１２ａおよび１３ａ（盛り上がり）の位置が異なる。ここで、正極層１２と負極層１３のそれぞれに存在している凸部１２ａおよび１３ａは、それぞれの活物質の塗布開始位置である（詳細後述）。なお、図２（ａ）は双極型電極１０の一部を示す側面図、図２（ｂ）は双極型電極１０を正極層側から見た平面図である。
【００１９】
そして、本実施形態１の双極型二次電池１は、この双極型電極１０を図２および図３に示すように、正極層１２と負極層１３がセパレータ１４を介在させて向い合うように積層している。これにより、それぞれの電極層（正極層１２および負極層１３）における端部の凸部１２ａおよび１３ａがセパレータ１４を介して同じ位置にならないようになる。なお、図３は、双極型電極１０の積層構造をわかりやすくするために双極型電極１０のみ示したものである。
【００２０】
ここで正極層１２および負極層１３の端部に凸部１２ａおよび１３ａ（盛り上がり）ができる現象について説明する。
【００２１】
一つの集電体１１に正極層１２および負極層１３を形成する際には、それぞれの電極層となる、スラリー状（粘稠液のある液体）の活物質を集電体１１に塗布、乾燥することにより行われる。この塗布工程においては、活物質のスラリーをスリットノズルから押し出しつつ、スリットノズルを集電体１１上で移動させて塗布する。このとき、特に、塗布開始位置では、スリットノズルを停止させた状態でスラリーを押し出し、集電体面にスラリーが滴下された時点からスリットノズルを移動させるため、塗布開始位置ではわずかながら所望する活物質厚さより厚く集電体面上にスラリーが付着した状態になる。これが表面張力やスラリーの弾性によって他の部分よりかさ高くなって盛り上がり、各電極層の端部において凸部１２ａおよび１３ａが存在してしまうことになるのである。
【００２２】
このような凸部１２ａおよび１３ａは、塗布工程に起因するため上記のように、塗布開始位置で顕著であるが、塗布方法やスラリーの粘度によっては、塗布終了位置や塗布方向に沿う横の部分でも発生することがある。したがって、このような塗布開始位置以外で盛り上がり（凸部）ができてしまうような工法を用いる場合には、それらの盛り上がり部分でも、正極層と負極層の端部がセパレータ１４を挟んで向い合うことのないようにするとよい。
【００２３】
本実施形態１による双極型二次電池１の作用を説明する。
【００２４】
図４は本実施形態１の双極型二次電池１の作用を説明する説明図であり、図４（ａ）は本実施形態１による単電池部分の構造を示す図面であり、正極層１２と負極層１３のそれぞれの凸部１２ａおよび１３ａの位置がセパレータ１４を介して同じ位置にならないようにしたものである。一方、図４（ｂ）は同様に単電池の構成を示すが、それぞれの正極層１２と負極層１３のそれぞれの凸部１０２ａおよび１０３ａの位置がセパレータ１４を介してセパレータ１４の同じ辺側で位置がずれるようにしたものである。
【００２５】
ちなみに凸部の大きさ（高さ）は、正極層１２や負極層１３を塗布形成する際のスラリーの粘度や塗布装置により異なるが、たとえば図４（ａ）に示したように、電極層（正極層１２および負極層１３）の厚さ（集電体表面からの厚さ）を４０〜２００μｍ程度となるように形成した場合、凸部の大きさは電極層の平坦部から５〜４０μｍ程度突出したものとなる。なお、図では負極層１３の凸部１３ａにおいてその寸法を示したが正極層１２の凸部１２ａにおいても同様であるので図示省略した。
【００２６】
本実施形態１による双極型二次電池１では、図４（ａ）に示すように、一つの単電池内において、正極層１２と負極層１３のそれぞれの凸部１２ａおよび１３ａの位置が異なるため、それら凸部１２ａおよび１３ａがセパレータ１４を介して同じ位置にならない。したがって、仮に電池の上下方向から圧迫された場合でも、セパレータ１４が若干変形はすることはあっても、両側から局所的に圧迫されることがない。このためセパレータ１４が局所的に薄くなったり、穴があいたりしてしまうことがなく、正極層１２と負極層１３のそれぞれの端部で短絡は起きない。
【００２７】
一方、図４（ｂ）に示すように、正極層１２と負極層１３のそれぞれの凸部１０２ａおよび１０３ａの位置が同じ場合は、端部位置での凸部１０２ａおよび１０３ａもセパレータ１４を介して同じ位置になる。このため、電池の上下方向から圧迫された場合に、この凸部１０２ａおよび１０３ａによってセパレータ１４が両側から局所的に圧迫されることになる。このため圧迫された部分が局所的に薄くなったり、穴があいたりして、内部短絡を起こす可能性がある。
【００２８】
特に、車両に搭載される場合、最初は短絡などが起きていなくても、長時間振動が加わることによって、凸部１０２ａおよび１０３ａの盛り上がりによる圧迫箇所が次第に薄くなって穴あきに至り短絡することになる。
【００２９】
本実施形態１では上記のように、正極層１２および負極層１３における凸部１２ａおよび１３ａの位置が異なるため、このような車両に搭載されて長時間の振動が加わったとしても、内部短絡を起こすことはないのである。
【００３０】
ここで集電体１１の第１面と第２面における正極層１２と負極層１３との塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａの位置ずれ量は、セパレータ１４を挟んで、たとえば２ｍｍ以上ずれていることが好ましい。これは、凸部１２ａおよび１３ａが発生する部分は、塗布した活物質の最端部（エッジ）から約２ｍｍ程度であるため、ずれ量も約２ｍｍ以上とることで盛り上がり同士がぶつかり合わなくなるのである。なお、ずれ量の上限は、内部短絡防止の観点からは、２ｍｍ以上であればいくらでもよい。しかし、あまり大きくずらすと、結果的に正極層１２が小さくなりすぎてしまうので、５ｍｍ程度もあれば十分である。
【００３１】
さらに本実施形態１における他の作用を説明する。図４では、セパレータ１４が両側から局所的に圧迫されることによる内部短絡の防止作用について説明したが、本実施形態１では集電体１１における同様の内部短絡防止機能を備える。
【００３２】
図１５は、本実施形態１における他の作用を説明するための説明図である。
【００３３】
図１５（ａ）に示すように、本実施形態１の双極型二次電池１は、既に説明したように、一枚の集電体１０の両面に正極層１２と負極層１３が対向配置された双極型電極１０を用いている。その構造は、集電体１１を基準にした場合も、正極層１２と負極層１３のそれぞれの塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａの位置をずらして形成している。すなわち、一枚の集電体１１の第１面に形成されている正極層１２の端部位置と、その反対面である第２面に形成されている負極層１３の端部位置とが、互いにずれた位置となっているのである。
【００３４】
ここで、双極型二次電池１は、図１に示したように発電要素がラミネートシート５２によって封止されている。このために集電体１１にも積層方向に力が加わる。正極層１２と負極層１３のそれぞれの端部にある凸部１２ａおよび１３ａの位置が同じ場合、集電体１０に凸部１２ａおよび１３ａによって、その部分に局所的な力が加わることになる。この局所的な力が長時間続くと集電体１０に貫通穴があいたり破断が起きたりするといったおそれがある。
【００３５】
集電体１１の材質は、主に金属（詳細後述）が用いられているが、その厚さは非常に薄く、たとえば１００μｍ以下、ものによっては５０μｍや２５μｍ、あるいはそれ以下の非常に薄いものも用いられている。このため、特に薄い集電体の場合は、いかに金属材でできていたとしても局所的な圧迫が続くことで貫通穴や破断などを起こすのである。特に、後述する車両に搭載する場合、車両からの振動によって圧迫部分にさらに強い力が加わることになり、貫通穴や破断などを起こすおそれが高まる。
【００３６】
また、集電体１１としては、金属ではなく導電性樹脂（詳細後述）を用いることもでき、そのような場合も、局所的な圧迫により貫通や破断などの不具合が起こるおそれがある。
【００３７】
このような集電体１１において貫通や破断などが起こると、正極活物質と負極活物質が直接接触して短絡したり、または内部の電解質を介して集電体１１を間にして予期せぬ電池反応が起きたりしてしまう。
【００３８】
本実施形態１では、図１５（ａ）に示したように、一枚の集電体１１に形成されている正極層１２と負極層１３の端部にある凸部１２ａおよび１３ａの位置をずらしている。このため、図１５（ｂ）に示すように、発電要素全体に積層方向の力が加わっても、凸部１２ａおよび１３ａの位置が異なるため、その部分で両側から集電体１０を局所的に圧迫してしまうことがなくなる。これにより集電体１１が貫通したり破断したりすることを防止することができる。
【００３９】
凸部１２ａおよび１３ａの位置ずれ量は、セパレータの場合と同様にたとえば２ｍｍ以上ずれていればよい。すれ量の上限についても同様であり、最大５ｍｍ程度もあれば十分である。
【００４０】
本実施形態１では、図４および図１５を用いて説明した作用が共に成り立つ構成としている。これは、集電体１１に対して正極層１２、負極層１３を互いの塗布開始位置を違えて双極型電極１０を制作し、セパレータ１４を挟んで正極層１２、負極層１３が対向するように積層したことによる。これによりセパレータ１４が局所的に圧迫されることによる内部短絡も、集電体１１が局所的に圧迫されることによる内部短絡も同時に防止することができる。
【００４１】
しかし、これらの作用は単独の構成として成り立つようにしてもよい。つまり、セパレータ１４を挟んで正極層１２と負極層１３の端部にある凸部１２ａおよび１３ａの位置はずれているが、集電体１１を挟んでの凸部１２ａおよび１３ａの位置はずれていない構成としてもよい。この場合、セパレータ１４が局所的に圧迫されることによる内部短絡を積極的に防止することができる。また、集電体１１を挟んで正極層１２と負極層１３の端部にある凸部１２ａおよび１３ａの位置はずれているが、セパレータ１４を挟んでの凸部１２ａおよび１３ａの位置はずれていない構成である。この場合、集電体１１が局所的に圧迫されることによる内部短絡を積極的に防止することができる。このようにして、いずれか一方を選択的に作用させることも可能となる。
【００４２】
次に、このような本実施形態１における双極型二次電池１の製造方法を説明する。
【００４３】
まず、図２に示したように、正極層１２と負極層１３のそれぞれの凸部１２ａおよび１３ａ位置が異なる双極型電極１０を用意する。この双極型電極１０は、一つの集電体１１の第１面に、正極層１２を塗布、乾燥して形成し、その後同じ集電体１１の第２面に、負極層１３を塗布、乾燥して形成する。正極層１２および負極層１３を塗布する際には、互いの塗布開始位置を違えて、同じ方向に塗布する。ここで同じ幅のスリットノズルを使用するとすれば、負極層１３の方が正極層１２より大きくなるようにすることが好ましい。したがって、負極層１３を集電体１１の辺部分ぎりぎりのところから塗布を開始するものとし、一方、正極層１２は、負極層１３の端部より内側から同じ方向に塗布を開始するようにすればよい。これにより負極層１３の面積が正極層１２の面積より大きくなる。このようにすることで、充放電を繰り返したときにリチウムデンドライトが形成されるのを抑えることができる。なお、正極層１２と負極層１３はどちらを先に塗布してもよい。
【００４４】
ただし最外層集電体１１ａおよび１１ｂは、それぞれ正極層１２のみ、または負極層１３のみを設けたものを用意する。
【００４５】
その後、用意された複数の双極型電極１０を図３に示したようにして、正極層１２と負極層１３とがセパレータ１４を介して向い合うように、かつそれぞれの凸部１２ａおよび１３ａの位置がずれるようにして積そうする。このとき単電池１５の外周にシール部材５１も入れて積層する。
【００４６】
この場合、積層される複数の双極型電極１０におけるそれぞれの平面方向の向きは、どちらの側に塗布開始位置がきてもよい。図３においては積層される複数の双極型電極１０の向きはすべて図示右側に正極層１２および負極層１３の塗布開始位置端部がくるようにしている。しかし、塗布開始位置の端部は、図面上左側（不図示）になるようにしてもよいのである。これは、本実施形態１では双極型電極１０自体で、正極層１２および負極層１３の塗布開始位置をずらしているため、セパレータ１４を介して向い合った正極層１２と負極層１３の塗布開始位置に生じる凸部１２ａおよび１３ａは、必ず異なる位置にくるようになるからである。
【００４７】
その後、図１に示したように、電極タブ５３、５４を取り出しつつ、ラミネートシート５２によって封止して、双極型二次電池１ができあがる。
【００４８】
以上の説明では、正極層１２と負極層１３の塗布開始位置に生じる凸部１２ａおよび１３ａのみが異なる位置となるようにしているが、さらに、塗布終了位置の端部においても互いに異なる位置となるようにしてもよい。
【００４９】
図５は、塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａと塗布終了位置の凸部１２ｂおよび１３ｂをそれぞれ異なる位置にした双極型電極１０を示す説明図である。
【００５０】
図示する双極型電極１０は、一枚の集電体１１を挟んで、正極層側の塗布終了位置の凸部１２ｂが負極側の塗布終了位置の凸部１３ｂより内側にずれて形成したものである。
【００５１】
これにより、単電池内では、正極層１２と負極層１３の塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａとともに塗布終了位置の凸部１２ｂおよび１３ｂにおいても互いに異なる位置で向かい合うようになる。
【００５２】
既に説明したように、塗布形成した活物質は、その塗布方法によって異なるものの多くの場合、塗布開始位置での盛り上がりが大きいのである。しかし中には、塗布終了位置でも盛り上がりが発生する。そこでこの図５に示したように、塗布開始位置だけでなく塗布終了位置でも正極層１２と負極層１３の端部に存在する凸部１２ｂおよび１３ｂの位置を違えることで、塗布終了位置において盛り上がりが発生するような塗布方法が用いられた場合でも内部短絡を防止することができる。
【００５３】
次に、本実施形態における各部材について説明する。
【００５４】
（集電体）
集電体１１は導電性材料から構成される。そして、既に説明したように、その表面（たとえば第１面）に正極層、裏面（たとえば第２面）に負極層が形成されている。なお、電池の最外層に位置する集電体１１においては、発電要素の内側のみに電極（正極または負極）が形成されている
集電体１１の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。たとえば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体１１が用いられる。
【００５５】
この集電体１１を構成する材料は、導電性を有するものであれば特に制限はない。たとえば、金属や導電性高分子が採用されうる。具体的には、たとえば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などの金属材料が挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性、電池作動電位という観点からは、アルミニウム、銅が好ましい。
【００５６】
金属の集電体１１の具体的な厚さについては特に制限はなく、集電体１１としての機能を果たしうる厚さであればよい。具体的には、たとえば、０．１〜１００μｍであることが好ましい。これはこのような厚さ（薄さ）とすることで、複数の単電池を積層した場合（例えば数十層、あるいは１００層以上など）に、電池全体の軽量化を図ることに寄与する。
【００５７】
また、集電体１１は、導電性樹脂により形成されていてもよい。集電体１１に用いられる導電性樹脂としては、たとえば、集電体は導電性を有する樹脂層を含む。樹脂層が導電性を有するには、具体的な形態として、樹脂層が樹脂および導電材（導電性フィラー）を含む形態と、樹脂を構成する高分子材料が導電性高分子である形態が挙げられる。樹脂と導電材を選択できるという観点から樹脂層が樹脂および導電材を含む形態がより好ましい。
【００５８】
まず、簡単に樹脂を構成する高分子材料が導電性高分子である形態を説明する。導電性高分子は、導電性を有し、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料から選択される。これらの導電性高分子は、共役したポリエン系がエネルギー帯を形成し伝導性を示すと考えられている。代表的な例としては電解コンデンサなどで実用化が進んでいるポリエン系導電性高分子を用いることができる。具体的には、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、ポリオキサジアゾール、またはこれらの混合物などが好ましい。電子伝導性および電池内で安定に使用できるという観点から、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、がより好ましい。
【００５９】
つぎに、好適な形態である樹脂層が樹脂および導電材を含む形態について詳細に説明する。導電材（導電性フィラー）は、導電性を有する材料から選択される。好ましくは、導電性を有する樹脂層内のイオン透過を抑制する観点から、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料を用いるのが望ましい。
【００６０】
導電材の具体例としては、アルミニウム材、ステンレス（ＳＵＳ）材、グラファイトやカーボンブラックなどのカーボン材、銀材、金材、銅材、チタン材などが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの導電材は１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、これらの合金材が用いられてもよい。好ましくは銀材、金材、アルミニウム材、ステンレス材、カーボン材、さらに好ましくはカーボン材である。またこれらの導電材は、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料（上記導電材）をめっき等でコーティングしたものでもよい。
【００６１】
また、導電材の形状（形態）は、粒子形態で用いればよいが、粒子形態に限られず、カーボンナノチューブなど、いわゆるフィラー系導電性樹脂組成物として実用化されている粒子形態以外の形態であってもよい。
【００６２】
カーボン材としては、カーボンブラックやグラファイトの他にも、炭素繊維やｃ／ｃコンポジット（グラファイトと炭素繊維の混合物）などが挙げられる。カーボンブラックやグラファイトなどのカーボン粒子は電位窓が非常に広く、正極電位および負極電位の双方に対して幅広い範囲で安定であり、さらに導電性に優れている。また、カーボン粒子は非常に軽量なため、質量の増加が最小限になる。さらに、カーボン粒子は、電極の導電助剤として用いられることが多いため、これらの導電助剤と接触しても、同材料であるがゆえに接触抵抗が非常に低くなる。なお、カーボン粒子を導電性粒子として用いる場合には、カーボンの表面に疎水性処理を施すことにより電解質のなじみ性を下げ、集電体の空孔に電解質が染み込みにくい状況を作ることも可能である。
【００６３】
導電材の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、０．０１〜１０μｍ程度であることが望ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電材の輪郭線上の任意の２点間の距離のうち、最大の距離Ｌを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。後述する活物質粒子などの粒子径や平均粒子径も同様に定義することができる。
【００６４】
また、樹脂層が導電材を含む形態の場合、樹脂層を形成する樹脂は、上導電材に加えて、当該導電材を結着させる導電性のない高分子材料を含んでいてもよい。樹脂層の構成材料として高分子材料を用いることで、導電材の結着性を高め、電池の信頼性を高めることができる。高分子材料は、印加される正極電位および負極電位に耐えうる材料から選択される。
【００６５】
樹脂である高分子材料の例としては、好ましくは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エポキシ樹脂、またはこれらの混合物が挙げられる。これらの材料は電位窓が非常に広く正極電位、負極電位のいずれに対しても安定である。また軽量であるため、電池の高出力密度化が可能となる。
【００６６】
樹脂層における、導電材の比率は、特に限定されないが、好ましくは、高分子材料および導電材の合計に対して、１〜３０質量％の導電材が存在する。十分な量の導電材を存在させることにより、樹脂層における導電性を十分に確保できる。
【００６７】
上記樹脂層には、導電材および樹脂の他、他の添加剤を含んでいてもよいが、好ましくは、導電材および樹脂からなる。
【００６８】
樹脂層は、従来公知の手法により製造できる。たとえば、スプレー法またはコーティング法を用いることにより製造可能である。具体的には、高分子材料を含むスラリーを調製し、これを塗布し硬化させる手法が挙げられる。スラリーの調製に用いられる高分子材料の具体的な形態については上述したとおりであるため、ここでは説明を省略する。前記スラリーに含まれる他の成分としては、導電材が挙げられる。導電性粒子の具体例については上述のとおりであるために、ここでは説明を省略する。あるいは、高分子材料および導電性粒子、その他の添加剤を従来公知の混合方法にて混合し、得られた混合物をフィルム状に成形することで得られる。また、たとえば、特開２００６−１９０６４９号に記載の方法のように、インクジェット方式により樹脂層を作製してもよい。
【００６９】
集電体の厚さは、特に限定されるものではないが、電池の出力密度を高める上では、薄いほど好ましい。双極型二次電池においては、正極および負極の間に存在する樹脂集電体は、積層方向に水平な方向の電気抵抗が高くてもよいため、集電体の厚さを薄くすることが可能である。具体的には、集電体の厚さは、０．１〜１５０μｍであることが好ましく、１０〜１００μｍであることがより好ましい。
【００７０】
（正極層および負極層）
正極層１２および負極層１３は、それぞれ活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
【００７１】
正極活物質は、たとえば、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｎ）Ｏ２およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、２種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
【００７２】
負極活物質としては、たとえば、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物（たとえば、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、金属材料、リチウム−金属合金材料などが挙げられる。場合によっては、２種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、炭素材料またはリチウム−遷移金属複合酸化物が、負極活物質として用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
【００７３】
また、添加剤としては、たとえば、バインダ、導電助剤、電解質塩（リチウム塩）、イオン伝導性ポリマー等が挙げられる。
【００７４】
導電助剤は、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物である。導電助剤としては、たとえばアセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。
【００７５】
電解質塩（リチウム塩）としては、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３等が挙げられる。
【００７６】
イオン伝導性ポリマーとしては、たとえば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）系およびポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）系のポリマーが挙げられる。
【００７７】
正極活物質および負極活物質中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、非水溶媒二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。
【００７８】
正極層及び負極層の厚さ（各活物質層の厚さ）についても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。
【００７９】
（セパレータ）
セパレータ１４としては、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。そして、セパレータ１４には、液体電解質が含浸されている。
【００８０】
液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、たとえば、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）等のカーボネート類が例示される。また、支持塩（リチウム塩）としては、ＬｉＢＥＴＩ等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。
【００８１】
また、このような液体電解液を含浸させたセパレータ１４に変えて、ポリマー電解質そのものをセパレータ１４として用いてもよい。ポリマー電解質としては、たとえば電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真性ポリマー電解質に分類される。
【００８２】
ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、たとえば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。
【００８３】
なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータ１４を用いてもよい。セパレータ１４の具体的な形態としては、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。
【００８４】
真性ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩（リチウム塩）が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が真性ポリマー電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。
【００８５】
ゲル電解質や真性ポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー（たとえば、ＰＥＯやＰＰＯ）に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。
【００８６】
（組電池）
次に、本実施形態１の双極型二次電池１を利用した組電池について説明する。
【００８７】
図６は、本実施形態１の組電池を説明するための説明図であって、図６（ａ）は組電池の平面図であり、図６（ｂ）は組電池の正面図であり、図６（ｃ）は組電池の側面図である。
【００８８】
この組電池３００は、上述した双極型二次電池１が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池２５０を構成している。そして、この小型の組電池２５０をさらにさらに複数個、直列または並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度となる組電池３００を構成している。このような組電池３００は、車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力とすることができる。
【００８９】
小型の組電池２５０は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、接続治具３１０を用いて複数段積層されている。なお、組電池２５０の使用個数は車両（電気自動車）が要求する電池容量や出力に応じて決めればよい。
【００９０】
本実施形態の組電池３００によれば、組電池３００を構成する個々の双極型二次電池１が耐久性に優れるため、組電池３００としても当然に耐久性に優れる。したがって、着脱可能な小型組電池２５０やその中の個々の双極型二次電池１の不良発生による交換が少なくなる。
【００９１】
（車両）
次に、このような組電池を用いた車両について説明する。
【００９２】
図７は、上述した組電池を電気自動車に搭載した例を示す図面である。
【００９３】
この電気自動車４００は、組電池３００を車体中央部の座席下に搭載し、電気自動車４００のモータ用電源として用いている。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池３００を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。
【００９４】
このように組電池３００を用いた電気自動車４００は、組電池３００を構成している双極型二次電池１が耐久性に優れるため、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。とくに、双極型二次電池１は、振動によって内部短絡を起こしにくく作られているため、車両に用いるのに最適である。
【００９５】
双極型二次電池１または組電池３００をモータ用電源として用いる車両としては、たとえば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などの車輪をモータによって駆動する自動車が挙げられる。そのほか、二輪車（バイク）や三輪車、さらには、電車などの移動体の各種電源や二次電池として用いることも可能である。
【００９６】
さらに、本実施形態の双極型二次電池１または組電池３００は無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
【００９７】
（実施形態２）
図８は本実施形態２の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図であり、（ａ）は一部分を示す側面図、（ｂ）は正極層側から見た平面図である。また、図９は本実施形態２における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。ここで、図９は双極型電極のみ示し、その他の構成要素は省略したが、双極型二次電池としての全体構成は図１に示したとおりである。
【００９８】
本実施形態２における双極型二次電池は、図８に示すように、双極型電極２０として、正極層１２および負極層１３の互いの塗布開始位置に生じる凸部１２ａおよび１３ａを、集電体１１を介して互いに反対側の辺側に位置するようにしたものである。すなわち、集電体１１の第１面側に、集電体１１の一方の辺側からスラリー状の正極活物質を塗布開始する。次いで集電体１１の第２面に、一方の辺に対向する他方の辺側からスラリー状の負極活物質を塗布開始して双極型電極２０を形成したものである。
【００９９】
図９に示すように、この双極型電極２０をセパレータ１４を介して、正極層１２および負極層１３が向かい合うように積層すれば、実施形態１と同様に、塗布開始位置における凸部１２ａおよび１３ａが同じ位置になることはない（図８（ａ）参照）。
【０１００】
したがって、本実施形態２においても、実施形態１同様に、単電池内部におけるセパレータの局部的な圧迫をなくして内部短絡を防止することができる。また、本実施形態２においても、実施形態１同様に集電体１１を基準として対向する正極層１２および負極層１３の凸部１２ａおよび１３ａが異なるので、集電体１１が局所的に圧迫されることをなくし、内部短絡を防止することができる。
【０１０１】
なお、このような双極型二次電池の製造方法は、用意する双極型電極２０の形態が異なるのみで、製造方法のそのほかの工程は実施形態１と同じである。また、ラミネートシート５２による封止や電極タブの引き出しなども実施形態１と同じである。
【０１０２】
また本実施形態２において使用される各部の材料は、既に説明した実施形態１と同じでよい。また、本実施形態２の双極型二次電池においても、実施形態１同様に、組電池としたり、またその組電池を搭載した車両とすることができる。そして、この組電池および車両は、実施形態１と同様に耐久性に優れたものとなる。
【０１０３】
（実施形態３）
図１０は本実施形態３の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図で、正極層側から見た平面図である。また、図１１は本実施形態３における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。ここで、図１１は双極型電極のみ示し、その他の構成要素は省略したが、双極型二次電池としての全体構成は図１に示したとおりである。
【０１０４】
本実施形態３では、双極型電極３０における正極層１２と負極層１３の塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａが、集電体１１の互いに直交する辺側にくるように塗布したものである。
【０１０５】
つまり、正極層１２の塗布開始位置の凸部１２ａを、集電体１１の第１面のある辺（第１の辺）側に沿う方向に設けた場合、負極層１３の塗布開始位置端部１３ａは集電体１１の第２面において第１の辺に対して直交している第２の辺側に沿うように塗布形成している。
【０１０６】
この双極型電極３０は、好ましくは、図示するように、正方形であるとよい。これは、正極層と負極層の塗布開始位置を集電体１１に対して９０度回転させた位置から開始することになるため、正方形であれば、同じ大きさのスリットノズルを使用することができ製造が容易になる。もちろん、大きさ（スリット幅）の異なるスリットノズルを使用すれば、長方形であってもよいことはいうまでもない。
【０１０７】
そして、図１１に示すように、この双極型電極３０を、セパレータ１４を介して正極層１２と負極層１３が向き合うように積層する。これでセパレータ１４を介してセパレータ１４の互いに直交する辺側に凸部１２ａおよび１３ａが位置する双極型二次電池ができあがる。つまり、正極層１２の凸部１２ａと負極層１３の凸部１３ａがセパレータを挟んで互いに９０度回転した位置に来るように配置されるようになる。なお、図示しないが正極層１２の凸部１２ａと負極層１３の凸部１３ａがセパレータを挟んで１８０度回転した位置に来るように配置してもよい。
【０１０８】
このように、正極層１２および負極層１３の塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａを互いに直交する位置にすることでも、これらがセパレータ１４を介して対向した場合に、塗布開始位置で生じた凸部１２ａおよび１３ａ同士が同じ位置にならなないようにできる。したがって、本実施形態３においても実施形態１同様に、単電池内部におけるセパレータの局部的な圧迫をなくして内部短絡を防止することができる。また、本実施形態３においても、実施形態１同様に集電体１１を基準として対向する正極層１２および負極層１３の凸部１２ａおよび１３ａが異なるので、集電体１１が局所的に圧迫されることをなくし、内部短絡を防止することができる。
【０１０９】
なお、本実施形態３の双極型二次電池の製造方法は、用意する双極型電極３０の形態とその積層配置が異なるのみで、製造方法自体は実施形態１と同じである。また、ラミネートシート５２による封止や電極タブの引き出しなども実施形態１と同じである。本実施形態３において使用される各部の材料は、既に説明した実施形態１と同じでよい。また、本実施形態３の双極型二次電池においても、実施形態１同様に、組電池としたり、またその組電池を搭載した車両とすることができる。そして、この組電池および車両は、実施形態１と同様に耐久性に優れたものとなる。
【０１１０】
（実施形態４）
図１２は本実施形態４の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図で、積層方向に隣接する２つの双極型電極を示した側面図である。また、図１３は本実施形態４における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。ここで、図１３は双極型電極のみ示し、その他の構成要素は省略したが、双極型二次電池としての全体構成は図１に示したとおりである。
【０１１１】
本実施形態４では、一つの双極型電極４０における正極層１２と負極層１３の塗布開始位置で生じた凸部１２ａおよび１３ａは同じ位置である。
【０１１２】
そして、図１３に示すように、この双極型電極４０を、セパレータ１４を介して正極層１２と負極層１３が向き合うように積層する段階で、双極型電極４０の水平方向の向きを、積層方向で隣接する双極型電極同士で互いに異なる方向となるようにしている。
【０１１３】
これにより双極型二次電池としては、セパレータ１４を介して対向する正極層１２および負極層１３の凸部１２ａおよび１３ａが同じ位置にならならないようにしているのである。
【０１１４】
このような本実施形態４における双極型二次電池の製造方法は、用意する双極型電極１０として、まず、正極層１２、負極層１３ともに同じ塗布開始位置から塗布形成された双極型電極４０を用意する。そして、用意した双極型電極１０を、水平方向の向きを互い違いに変えてセパレータ１４を挟み積層してゆく。
【０１１５】
その後は、実施形態１と同様にシール部材５１を入れて、電極タブを引き出しつつラミネートシート５２により封止する。
【０１１６】
このように形成した本実施形態４においても、正極層１２および負極層１３の塗布開始位置である端部で生じた凸部１２ａおよび１３ａは、セパレータ１４を介して向い合ったときに同じ位置とならない。このため、実施形態１同様に凸部１２ａおよび１３ａがセパレータ１４を局部的に圧迫することがなくて内部短絡を防止できる。
【０１１７】
なお、本実施形態４において使用される各部の材料は、既に説明した実施形態１と同じでよい。また、本実施形態４の双極型二次電池においても、実施形態１同様に、組電池としたり、またその組電池を搭載した車両とすることができる。そして、この組電池および車両は、実施形態１と同様に耐久性に優れたものとなる。
【０１１８】
なお、図１３においては、長方形の双極型電極４０を示したが、これに代えて、正方形であってもよい。正方形の双極型電極４０にした場合は、図１４に示すように、正極層１２および負極層１３の塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａが互いに９０度回転した位置となるように積層してもよい。このようにした場合でも、塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａは、セパレータ１４を介して向かい合ったときに同じ位置とならないので、塗布開始位置である端部の盛り上がりによる内部短絡を防止できる。
【実施例】
【０１１９】
以下のとおりに、上述した実施形態に従い実際に双極型二次電池を製作して、充放電サイクル試験および振動試験による評価を行った。
【０１２０】
［基本構成］
＜双極型電極の製作＞
（負極層）
以下の材料を所定の比で混合して負極スラリーを作製
負極活物質として、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、８５ｗｔ％
導電助剤として、アセチレンブラック、５ｗｔ％
バインダーとして、ＰＶＤＦ、１０ｗｔ％
スラリー粘度調整溶媒として、ＮＭＰ。
【０１２１】
集電体としてＳＵＳ箔（厚さ２０μｍ）の片面に上記負極スラリーを塗布し乾燥させて負極層を形成した。塗布、乾燥後の負極層を確認したところ、スラリーの塗布開始位置で盛り上がりが確認された。
【０１２２】
（正極層）
以下の材料を所定の比で混合して正極スラリーを作製
正極活物質として、ＬｉＭｎ２Ｏ４、８５ｗｔ％
導電助剤として、アセチレンブラック、５ｗｔ％
バインダーとして、ＰＶＤＦ、１０ｗｔ％
スラリー粘度調整溶媒として、ＮＭＰ
負極層を形成したＳＵＳ箔の反対面に、上記正極スラリーを塗布し乾燥させて正極層を形成した。塗布、乾燥後の電極を確認したところ、スラリーの塗布開始位置で盛り上がりが確認された。
【０１２３】
これにより、集電体であるＳＵＳ箔の両面に正極層と負極層がそれぞれ形成された双極型電極が形成された。なお、ここでは、双極型電極の形状を正方形にした。
【０１２４】
＜セパレータ＞
ここでは電解質を含むセパレータとして、ここではゲル電解質を用いた。
【０１２５】
セパレータとなるゲル電解質は、ポリプロピレン製の不織布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）５重量％、電解液としてＥＣ＋ＤＭＣ（１：３）９５重量％、１．０Ｍ 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、ゲルポリマー電解質層を得た。
【０１２６】
＜積層工程＞
上記双極型電極の負極上に電解質保持不織布をのせ、その周りに三層構造のホットメルトをおきシール部材とした。これらを積層して、５層積層しにシール部を上下から熱と圧力をかけ融着し各層をシールした。
【０１２７】
そしてこれらの積層体をラミネートパックで封止し、双極型二次電池を形成した。
【０１２８】
［実施例１］
上記双極型電極において、正極層塗布の際に、裏面に塗布してある負極層と比して、縦方向、横方向共に、２．５ｍｍずつ塗布寸法を縮めて塗布した。
【０１２９】
［実施例２］
上記双極型電極において、正極層および負極層の塗布開始質を同じ位置として製作し、その双極型電極極を、一枚積層する毎に１８０°回転させながら積層した。
【０１３０】
［実施例３］
上記双極型電極の正極層塗布後、負極層塗布の際に、正極層の塗布終了位置側に負極層の塗布開始位置が来るように塗布した。
【０１３１】
［比較例１］
上記双極型電極の正極層塗布の際に、負極層塗布と同じ位置に塗布開始位置が来るようにして、なおかつ、正極層と負極層の塗布開始位置端部がセパレータを挟んで同じ位置に向い合うように積層した。
【０１３２】
＜評価＞
（充放電サイクル試験）
以上の実施例１〜３、および比較例１をそれぞれ２０個ずつ製作した。そして比較例１、実施例１〜３、それぞれの電池で充放電サイクル試験を行った。実験は０．５Ｃの電流で１３．５Ｖまで定電流充電（ＣＣ）し、その後定電圧で充電（ＣＶ）し、あわせて５時間充電した後、０．５Ｃの電流で７．５Ｖまで放電を行い、このサイクルを一サイクルとして充放電サイクル実験を行った（充放電試験の条件）。
【０１３３】
（結果）
実施例１〜３の双極型電池、すなわち、セパレータを介して電極端部（塗布エッジ部分）での盛り上がり位置が対向していないすべての電池は、短絡が起こらず５０サイクルを超えても電圧を維持し、良好なサイクル特性を示した。
【０１３４】
比較例１の電池は、２０個の電池の内６個が、初回、あるいは数回の充電を行っている途中に電極層の端部（塗布エッジ部分）で短絡が起こり、電池電圧が著しく低下した。
【０１３５】
（振動試験）
次に短絡を起こしていない実施例１〜３の双極型電池を５個づつ抜き取り、０．５Ｃの電流で１３．５Ｖまで定電流充電（ＣＣ）し、その後定電圧で充電（ＣＶ）し、あわせて５時間充電した後、振動を長時間加えその後の電圧測定により電圧維持率の測定を行った。
【０１３６】
振動試験はしっかり固定した電池に対して垂直の方向に振幅が３ｍｍで５０Ｈｚの単調な振動を２００時間加えることにより行った。これらそれぞれ５個ずつの電池の電圧を測定し振動試験後の電圧維持率の測定した。
【０１３７】
実施例１の電池の５つの試験前の電圧の平均は１３．４７Ｖであり、試験後の平均は１３．３３Ｖであった。したがって平均電圧維持率は９８．９６％であった。
【０１３８】
実施例２の電池の５つの試験前の電圧の平均は１３．４８Ｖであり、試験後の平均は１３．２１Ｖであった。したがって平均電圧維持率は９８．００％であった。
【０１３９】
実施例３の電池の５つの試験前の電圧の平均は１３．４６Ｖであり、試験後の平均は１３．１８Ｖであった。したがって平均電圧維持率は９７．９２％であった。
【０１４０】
比較例１の電池の５つの試験前の電圧の平均は１３．４６Ｖであり、試験後の平均は１２．２３Ｖであった。したがって平均電圧維持率は９０．８６％であった。
【０１４１】
（結果）
これらの結果から実施例１〜３の電池は振動にも強く、優れた耐久性のあることが分かる。
【０１４２】
以上の結果を表１にまとめて示す。
【０１４３】
【表１】
【０１４４】
以上の実施例および比較例の結果から、本発明を適用することで、充放電サイクル特性もよく、また、振動耐性も高くなることがわかる。
【０１４５】
以上説明した実施形態および実施例によれば、下記の効果を奏する。
【０１４６】
セパレータ１４を介して向い合う正極層１２と負極層１３の端部、特に、電極活物質が塗布開始された部分が同じ位置とならないようにしたので、この端部において盛り上がり（凸部）があっても、盛り上がり部分でセパレータ１４を圧迫して内部短絡に至るようなことがなくなり、耐久性が向上する。
【０１４７】
また、一枚の集電体１１に対して正極層１２と負極層１３のそれぞれの塗布開始位置をずらすことで電池製造時に、双極型電極１０の向きを考慮する必要がない。また、このときのずれ量を２ｍｍ以上とすることで、確実に端部における盛り上がり部分が対向しないようにすることがでいる。
【０１４８】
また、一枚の集電体１１に対する正極層１２と負極層１３のそれぞれの塗布開始位置を互いに反対の方から開始することとしたので、正極層１２と負極層１３の塗布開始位置端部において盛り上がりがあっても、盛り上がり部分でセパレータ１４を圧迫して内部短絡に至るようなことがなくなり、耐久性が向上する。
【０１４９】
また、一枚の集電体１１に対する正極層１２と負極層１３のそれぞれの塗布開始位置を互いに直交する方向に配置したことで、正極層１２と負極層１３の塗布開始位置端部において盛り上がりがあっても、盛り上がり部分でセパレータ１４を圧迫して内部短絡に至るようなことがなくなり、耐久性が向上する。特に、双極型電極１０を正方形にすることで、電池製造時に、双極型電極１０の向きを考慮する必要がない。
【０１５０】
また、双極型電極１０において正極層１２および負極層１３は同じ位置に形成するが、この双極型電極１０において正極層１２および負極層１３の塗布開始位置のある部分が、積層したときに互いに異なる位置となるように双極型電極１０の向きを違えることとしたので、双極型電極１０としては、すべて同じように正極層１２および負極層１３を塗布すればよく、製造が容易となる。
【０１５１】
また、負極層１３の面積を正極層１２の面積より大きくしたので、充放電を繰り返したときにリチウムデンドライトが形成されるのを抑えることができる。
【０１５２】
さらに、双極型電極１０自体においてもその両面に設けらている正極層１２および負極層１３の端部位置を異ならせることで、端部における盛り上がり（凸部）によって集電体１１が圧迫されることがない。このため、盛り上がり部分で集電体１１が圧迫されて内部短絡に至るようなことがなくなり、耐久性が向上する。
【０１５３】
以上、本発明を適用した実施形態および実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、全ての双極型電極において、正極層と負極層の端部位置をずらすのではなく、互い違いに正極層と負極層の置き差が異なるようにして、セパレータを介して向かい合う正極層と負極層の端部が異なる位置となるようにしてもよい。
【０１５４】
そのほか、本願の特許請求の範囲に記載された技術的範囲においてさまざまな変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１５５】
１ 双極型二次電池、
１０、２０、３０、４０ 双極型電極、
１１ 集電体、
１２ 正極層、
１２ａ、１２ｂ 正極層の端部、
１３ 負極層、
１３ａ、１３ｂ 負極層の端部、
１４ セパレータ、
１５ 単電池、
５１ シール部材、
５２ ラミネートシート。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双極型二次電池、双極型二次電池の製造方法、双極型電極、双極型電極の製造方法、組電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
双極型二次電池（バイポーラ型二次電池とも称されている）は、一枚の集電体の一方の面に正極、他方の面に負極が形成された双極型電極を用いている。そしてこの双極型電極を、電解質層を含んだセパレータを介して正極と負極が向かい合うように複数積層した構造となっている（たとえば特許文献１）。したがって、この双極型二次電池は、集電体と集電体の間の正極、負極およびセパレータ（電解質層）によって一つの電池セル（単電池）が構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２０４１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記技術では正極および負極ともに、集電体上にそれぞれの電極となる活物質を塗布することで形成している（上記特許文献１段落００１０参照）。このような塗布によって電極を形成した場合、電極の端部において盛り上がった箇所（凸部）ができてしまう。
【０００５】
このような盛り上がりがセパレータを介して同じ位置にあると、盛り上がりによってセパレータに局所的に強い力がかかり、その部分が極端に薄くなったり、または貫通したりして正極と負極が短絡してしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、このような双極型二次電池の単電池内において内部短絡を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の双極型二次電池は、集電体の第１面に形成された第１電極層および同じ集電体の第１面と対向する第２面に形成された第２電極層を有してなる双極型電極を有する。そして、この双極型電極が複数枚、第１電極層と第２電極層との間にセパレータを介在させて向かい合うように積層されていて、セパレータを介して向かい合う第１電極層の端部に存在している凸部の位置と第２電極層の端部に存在している凸部の位置とが異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１電極層と第２電極層の端部において存在する凸部がセパレータを挟んで向い合うことがないので、双極型二次電池における単電池内部での短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１の双極型二次電池内部の概略構造を説明するための説明図である。
【図２】実施形態１の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図である。
【図３】実施形態１における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。
【図４】実施形態１の双極型二次電池の作用を説明する説明図である。
【図５】塗布開始位置である端部と塗布終了位置の端部をそれぞれ異なる位置にした双極型電極を示す説明図である。
【図６】実施形態１の組電池を説明するための説明図、（ａ）は組電池の平面図、（ｂ）は組電池の正面図、（ｃ）は組電池の側面図である。
【図７】実施形態１の組電池を使用した車両の説明図である。
【図８】実施形態２の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正極層側から見た平面図である。
【図９】実施形態２における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。
【図１０】実施形態３の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図で、正極層側から見た平面図である。
【図１１】実施形態３における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。
【図１２】実施形態４の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図で、積層方向に隣接する２つの双極型電極を示した側面図である。
【図１３】実施形態４における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。
【図１４】実施形態４における双極型二次電池の変形例の要部を説明するための斜視図である。
【図１５】実施形態１の双極型二次電池の他の作用を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面はあくまでも本実施形態を説明するためのものであるので、各部材の寸法や比率は説明の都合上誇張または簡略化しており、実際の寸法や比率とは異なる。
【００１１】
［実施形態１］
（双極型二次電池）
図１は本実施形態１に係る双極型二次電池内部の概略構造を説明するための説明図（断面図）であり、図２は本実施形態１の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図である。また、図３は本実施形態１における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。
【００１２】
本実施形態１の双極型二次電池１は、集電体１１の第１面に正極層１２（第１電極層）が形成され、この第１面に対向する第２面に負極層１３（第２電極層）が形成された複数の双極型電極１０を有する。正極層１２および負極層１３には、それぞれ正極活物質および負極活物質を有する。
【００１３】
なお、図１は双極型二次電池１の基本構成を示すもので、双極型電極１０の細部については図示していない（細部については図２を参照）。
【００１４】
各双極型電極１０は、電解質を含むセパレータ１４を介して積層されている。そして正極層１２、セパレータ１４、および負極層１３によって単電池１５を形成している。なお、最外層に位置する集電体（最外層集電体１１ａおよび１１ｂ）には、片面のみに、負極層１３または正極層１２のいずれか一方が形成されている。
【００１５】
また、単電池１５の外周には、隣接する集電体１１の間を絶縁するためのシール部材５１が設けられている。
【００１６】
そして、これらの構成要素（発電要素）が、ラミネートシート５２によって封止されている。なお、負極側最外層集電体１１ａのさらに外側に集電板５３ａ、５４ｂが設けられている。これらは集電板５３ａ、５４ｂはそれぞれ延長されて負極タブ５３および正極タブ５４となっている。また、集電板５３ａ、５４ｂは、集電体１１より厚く形成することで、積層された複数の単電池１５からの電流を取り出しやすくなるようにしている。
【００１７】
なお、集電板に代えて、最外層集電体１１ａおよび１１ｂを厚くして、そのままラミネートシート５２の外に延長して負極タブ５３および正極タブ５４としてもよい。また、最外層集電体１１ａおよび１１ｂと集電板５３ａ、５４ｂの間に電極活物質があってもよい。すなわち、片面にのみ電極活物質を設けた最外層専用の集電体１１ａおよび１１ｂとするのではなく、両面に電極活物質がある集電体１１をそのまま最外層の集電体として用いてもよいのである。
【００１８】
本実施形態１における双極型電極１０は、図２に示すように、一つの集電体１１に対して正極層１２と負極層１３が形成されてなる。そして、正極層１２と負極層１３のそれぞれの端部において存在している凸部１２ａおよび１３ａ（盛り上がり）の位置が異なる。ここで、正極層１２と負極層１３のそれぞれに存在している凸部１２ａおよび１３ａは、それぞれの活物質の塗布開始位置である（詳細後述）。なお、図２（ａ）は双極型電極１０の一部を示す側面図、図２（ｂ）は双極型電極１０を正極層側から見た平面図である。
【００１９】
そして、本実施形態１の双極型二次電池１は、この双極型電極１０を図２および図３に示すように、正極層１２と負極層１３がセパレータ１４を介在させて向い合うように積層している。これにより、それぞれの電極層（正極層１２および負極層１３）における端部の凸部１２ａおよび１３ａがセパレータ１４を介して同じ位置にならないようになる。なお、図３は、双極型電極１０の積層構造をわかりやすくするために双極型電極１０のみ示したものである。
【００２０】
ここで正極層１２および負極層１３の端部に凸部１２ａおよび１３ａ（盛り上がり）ができる現象について説明する。
【００２１】
一つの集電体１１に正極層１２および負極層１３を形成する際には、それぞれの電極層となる、スラリー状（粘稠液のある液体）の活物質を集電体１１に塗布、乾燥することにより行われる。この塗布工程においては、活物質のスラリーをスリットノズルから押し出しつつ、スリットノズルを集電体１１上で移動させて塗布する。このとき、特に、塗布開始位置では、スリットノズルを停止させた状態でスラリーを押し出し、集電体面にスラリーが滴下された時点からスリットノズルを移動させるため、塗布開始位置ではわずかながら所望する活物質厚さより厚く集電体面上にスラリーが付着した状態になる。これが表面張力やスラリーの弾性によって他の部分よりかさ高くなって盛り上がり、各電極層の端部において凸部１２ａおよび１３ａが存在してしまうことになるのである。
【００２２】
このような凸部１２ａおよび１３ａは、塗布工程に起因するため上記のように、塗布開始位置で顕著であるが、塗布方法やスラリーの粘度によっては、塗布終了位置や塗布方向に沿う横の部分でも発生することがある。したがって、このような塗布開始位置以外で盛り上がり（凸部）ができてしまうような工法を用いる場合には、それらの盛り上がり部分でも、正極層と負極層の端部がセパレータ１４を挟んで向い合うことのないようにするとよい。
【００２３】
本実施形態１による双極型二次電池１の作用を説明する。
【００２４】
図４は本実施形態１の双極型二次電池１の作用を説明する説明図であり、図４（ａ）は本実施形態１による単電池部分の構造を示す図面であり、正極層１２と負極層１３のそれぞれの凸部１２ａおよび１３ａの位置がセパレータ１４を介して同じ位置にならないようにしたものである。一方、図４（ｂ）は同様に単電池の構成を示すが、それぞれの正極層１２と負極層１３のそれぞれの凸部１０２ａおよび１０３ａの位置がセパレータ１４を介してセパレータ１４の同じ辺側で位置がずれるようにしたものである。
【００２５】
ちなみに凸部の大きさ（高さ）は、正極層１２や負極層１３を塗布形成する際のスラリーの粘度や塗布装置により異なるが、たとえば図４（ａ）に示したように、電極層（正極層１２および負極層１３）の厚さ（集電体表面からの厚さ）を４０〜２００μｍ程度となるように形成した場合、凸部の大きさは電極層の平坦部から５〜４０μｍ程度突出したものとなる。なお、図では負極層１３の凸部１３ａにおいてその寸法を示したが正極層１２の凸部１２ａにおいても同様であるので図示省略した。
【００２６】
本実施形態１による双極型二次電池１では、図４（ａ）に示すように、一つの単電池内において、正極層１２と負極層１３のそれぞれの凸部１２ａおよび１３ａの位置が異なるため、それら凸部１２ａおよび１３ａがセパレータ１４を介して同じ位置にならない。したがって、仮に電池の上下方向から圧迫された場合でも、セパレータ１４が若干変形はすることはあっても、両側から局所的に圧迫されることがない。このためセパレータ１４が局所的に薄くなったり、穴があいたりしてしまうことがなく、正極層１２と負極層１３のそれぞれの端部で短絡は起きない。
【００２７】
一方、図４（ｂ）に示すように、正極層１２と負極層１３のそれぞれの凸部１０２ａおよび１０３ａの位置が同じ場合は、端部位置での凸部１０２ａおよび１０３ａもセパレータ１４を介して同じ位置になる。このため、電池の上下方向から圧迫された場合に、この凸部１０２ａおよび１０３ａによってセパレータ１４が両側から局所的に圧迫されることになる。このため圧迫された部分が局所的に薄くなったり、穴があいたりして、内部短絡を起こす可能性がある。
【００２８】
特に、車両に搭載される場合、最初は短絡などが起きていなくても、長時間振動が加わることによって、凸部１０２ａおよび１０３ａの盛り上がりによる圧迫箇所が次第に薄くなって穴あきに至り短絡することになる。
【００２９】
本実施形態１では上記のように、正極層１２および負極層１３における凸部１２ａおよび１３ａの位置が異なるため、このような車両に搭載されて長時間の振動が加わったとしても、内部短絡を起こすことはないのである。
【００３０】
ここで集電体１１の第１面と第２面における正極層１２と負極層１３との塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａの位置ずれ量は、セパレータ１４を挟んで、たとえば２ｍｍ以上ずれていることが好ましい。これは、凸部１２ａおよび１３ａが発生する部分は、塗布した活物質の最端部（エッジ）から約２ｍｍ程度であるため、ずれ量も約２ｍｍ以上とることで盛り上がり同士がぶつかり合わなくなるのである。なお、ずれ量の上限は、内部短絡防止の観点からは、２ｍｍ以上であればいくらでもよい。しかし、あまり大きくずらすと、結果的に正極層１２が小さくなりすぎてしまうので、５ｍｍ程度もあれば十分である。
【００３１】
さらに本実施形態１における他の作用を説明する。図４では、セパレータ１４が両側から局所的に圧迫されることによる内部短絡の防止作用について説明したが、本実施形態１では集電体１１における同様の内部短絡防止機能を備える。
【００３２】
図１５は、本実施形態１における他の作用を説明するための説明図である。
【００３３】
図１５（ａ）に示すように、本実施形態１の双極型二次電池１は、既に説明したように、一枚の集電体１０の両面に正極層１２と負極層１３が対向配置された双極型電極１０を用いている。その構造は、集電体１１を基準にした場合も、正極層１２と負極層１３のそれぞれの塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａの位置をずらして形成している。すなわち、一枚の集電体１１の第１面に形成されている正極層１２の端部位置と、その反対面である第２面に形成されている負極層１３の端部位置とが、互いにずれた位置となっているのである。
【００３４】
ここで、双極型二次電池１は、図１に示したように発電要素がラミネートシート５２によって封止されている。このために集電体１１にも積層方向に力が加わる。正極層１２と負極層１３のそれぞれの端部にある凸部１２ａおよび１３ａの位置が同じ場合、集電体１０に凸部１２ａおよび１３ａによって、その部分に局所的な力が加わることになる。この局所的な力が長時間続くと集電体１０に貫通穴があいたり破断が起きたりするといったおそれがある。
【００３５】
集電体１１の材質は、主に金属（詳細後述）が用いられているが、その厚さは非常に薄く、たとえば１００μｍ以下、ものによっては５０μｍや２５μｍ、あるいはそれ以下の非常に薄いものも用いられている。このため、特に薄い集電体の場合は、いかに金属材でできていたとしても局所的な圧迫が続くことで貫通穴や破断などを起こすのである。特に、後述する車両に搭載する場合、車両からの振動によって圧迫部分にさらに強い力が加わることになり、貫通穴や破断などを起こすおそれが高まる。
【００３６】
また、集電体１１としては、金属ではなく導電性樹脂（詳細後述）を用いることもでき、そのような場合も、局所的な圧迫により貫通や破断などの不具合が起こるおそれがある。
【００３７】
このような集電体１１において貫通や破断などが起こると、正極活物質と負極活物質が直接接触して短絡したり、または内部の電解質を介して集電体１１を間にして予期せぬ電池反応が起きたりしてしまう。
【００３８】
本実施形態１では、図１５（ａ）に示したように、一枚の集電体１１に形成されている正極層１２と負極層１３の端部にある凸部１２ａおよび１３ａの位置をずらしている。このため、図１５（ｂ）に示すように、発電要素全体に積層方向の力が加わっても、凸部１２ａおよび１３ａの位置が異なるため、その部分で両側から集電体１０を局所的に圧迫してしまうことがなくなる。これにより集電体１１が貫通したり破断したりすることを防止することができる。
【００３９】
凸部１２ａおよび１３ａの位置ずれ量は、セパレータの場合と同様にたとえば２ｍｍ以上ずれていればよい。すれ量の上限についても同様であり、最大５ｍｍ程度もあれば十分である。
【００４０】
本実施形態１では、図４および図１５を用いて説明した作用が共に成り立つ構成としている。これは、集電体１１に対して正極層１２、負極層１３を互いの塗布開始位置を違えて双極型電極１０を制作し、セパレータ１４を挟んで正極層１２、負極層１３が対向するように積層したことによる。これによりセパレータ１４が局所的に圧迫されることによる内部短絡も、集電体１１が局所的に圧迫されることによる内部短絡も同時に防止することができる。
【００４１】
しかし、これらの作用は単独の構成として成り立つようにしてもよい。つまり、セパレータ１４を挟んで正極層１２と負極層１３の端部にある凸部１２ａおよび１３ａの位置はずれているが、集電体１１を挟んでの凸部１２ａおよび１３ａの位置はずれていない構成としてもよい。この場合、セパレータ１４が局所的に圧迫されることによる内部短絡を積極的に防止することができる。また、集電体１１を挟んで正極層１２と負極層１３の端部にある凸部１２ａおよび１３ａの位置はずれているが、セパレータ１４を挟んでの凸部１２ａおよび１３ａの位置はずれていない構成である。この場合、集電体１１が局所的に圧迫されることによる内部短絡を積極的に防止することができる。このようにして、いずれか一方を選択的に作用させることも可能となる。
【００４２】
次に、このような本実施形態１における双極型二次電池１の製造方法を説明する。
【００４３】
まず、図２に示したように、正極層１２と負極層１３のそれぞれの凸部１２ａおよび１３ａ位置が異なる双極型電極１０を用意する。この双極型電極１０は、一つの集電体１１の第１面に、正極層１２を塗布、乾燥して形成し、その後同じ集電体１１の第２面に、負極層１３を塗布、乾燥して形成する。正極層１２および負極層１３を塗布する際には、互いの塗布開始位置を違えて、同じ方向に塗布する。ここで同じ幅のスリットノズルを使用するとすれば、負極層１３の方が正極層１２より大きくなるようにすることが好ましい。したがって、負極層１３を集電体１１の辺部分ぎりぎりのところから塗布を開始するものとし、一方、正極層１２は、負極層１３の端部より内側から同じ方向に塗布を開始するようにすればよい。これにより負極層１３の面積が正極層１２の面積より大きくなる。このようにすることで、充放電を繰り返したときにリチウムデンドライトが形成されるのを抑えることができる。なお、正極層１２と負極層１３はどちらを先に塗布してもよい。
【００４４】
ただし最外層集電体１１ａおよび１１ｂは、それぞれ正極層１２のみ、または負極層１３のみを設けたものを用意する。
【００４５】
その後、用意された複数の双極型電極１０を図３に示したようにして、正極層１２と負極層１３とがセパレータ１４を介して向い合うように、かつそれぞれの凸部１２ａおよび１３ａの位置がずれるようにして積そうする。このとき単電池１５の外周にシール部材５１も入れて積層する。
【００４６】
この場合、積層される複数の双極型電極１０におけるそれぞれの平面方向の向きは、どちらの側に塗布開始位置がきてもよい。図３においては積層される複数の双極型電極１０の向きはすべて図示右側に正極層１２および負極層１３の塗布開始位置端部がくるようにしている。しかし、塗布開始位置の端部は、図面上左側（不図示）になるようにしてもよいのである。これは、本実施形態１では双極型電極１０自体で、正極層１２および負極層１３の塗布開始位置をずらしているため、セパレータ１４を介して向い合った正極層１２と負極層１３の塗布開始位置に生じる凸部１２ａおよび１３ａは、必ず異なる位置にくるようになるからである。
【００４７】
その後、図１に示したように、電極タブ５３、５４を取り出しつつ、ラミネートシート５２によって封止して、双極型二次電池１ができあがる。
【００４８】
以上の説明では、正極層１２と負極層１３の塗布開始位置に生じる凸部１２ａおよび１３ａのみが異なる位置となるようにしているが、さらに、塗布終了位置の端部においても互いに異なる位置となるようにしてもよい。
【００４９】
図５は、塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａと塗布終了位置の凸部１２ｂおよび１３ｂをそれぞれ異なる位置にした双極型電極１０を示す説明図である。
【００５０】
図示する双極型電極１０は、一枚の集電体１１を挟んで、正極層側の塗布終了位置の凸部１２ｂが負極側の塗布終了位置の凸部１３ｂより内側にずれて形成したものである。
【００５１】
これにより、単電池内では、正極層１２と負極層１３の塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａとともに塗布終了位置の凸部１２ｂおよび１３ｂにおいても互いに異なる位置で向かい合うようになる。
【００５２】
既に説明したように、塗布形成した活物質は、その塗布方法によって異なるものの多くの場合、塗布開始位置での盛り上がりが大きいのである。しかし中には、塗布終了位置でも盛り上がりが発生する。そこでこの図５に示したように、塗布開始位置だけでなく塗布終了位置でも正極層１２と負極層１３の端部に存在する凸部１２ｂおよび１３ｂの位置を違えることで、塗布終了位置において盛り上がりが発生するような塗布方法が用いられた場合でも内部短絡を防止することができる。
【００５３】
次に、本実施形態における各部材について説明する。
【００５４】
（集電体）
集電体１１は導電性材料から構成される。そして、既に説明したように、その表面（たとえば第１面）に正極層、裏面（たとえば第２面）に負極層が形成されている。なお、電池の最外層に位置する集電体１１においては、発電要素の内側のみに電極（正極または負極）が形成されている
集電体１１の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。たとえば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体１１が用いられる。
【００５５】
この集電体１１を構成する材料は、導電性を有するものであれば特に制限はない。たとえば、金属や導電性高分子が採用されうる。具体的には、たとえば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などの金属材料が挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性、電池作動電位という観点からは、アルミニウム、銅が好ましい。
【００５６】
金属の集電体１１の具体的な厚さについては特に制限はなく、集電体１１としての機能を果たしうる厚さであればよい。具体的には、たとえば、０．１〜１００μｍであることが好ましい。これはこのような厚さ（薄さ）とすることで、複数の単電池を積層した場合（例えば数十層、あるいは１００層以上など）に、電池全体の軽量化を図ることに寄与する。
【００５７】
また、集電体１１は、導電性樹脂により形成されていてもよい。集電体１１に用いられる導電性樹脂としては、たとえば、集電体は導電性を有する樹脂層を含む。樹脂層が導電性を有するには、具体的な形態として、樹脂層が樹脂および導電材（導電性フィラー）を含む形態と、樹脂を構成する高分子材料が導電性高分子である形態が挙げられる。樹脂と導電材を選択できるという観点から樹脂層が樹脂および導電材を含む形態がより好ましい。
【００５８】
まず、簡単に樹脂を構成する高分子材料が導電性高分子である形態を説明する。導電性高分子は、導電性を有し、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料から選択される。これらの導電性高分子は、共役したポリエン系がエネルギー帯を形成し伝導性を示すと考えられている。代表的な例としては電解コンデンサなどで実用化が進んでいるポリエン系導電性高分子を用いることができる。具体的には、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、ポリオキサジアゾール、またはこれらの混合物などが好ましい。電子伝導性および電池内で安定に使用できるという観点から、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、がより好ましい。
【００５９】
つぎに、好適な形態である樹脂層が樹脂および導電材を含む形態について詳細に説明する。導電材（導電性フィラー）は、導電性を有する材料から選択される。好ましくは、導電性を有する樹脂層内のイオン透過を抑制する観点から、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料を用いるのが望ましい。
【００６０】
導電材の具体例としては、アルミニウム材、ステンレス（ＳＵＳ）材、グラファイトやカーボンブラックなどのカーボン材、銀材、金材、銅材、チタン材などが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの導電材は１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、これらの合金材が用いられてもよい。好ましくは銀材、金材、アルミニウム材、ステンレス材、カーボン材、さらに好ましくはカーボン材である。またこれらの導電材は、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料（上記導電材）をめっき等でコーティングしたものでもよい。
【００６１】
また、導電材の形状（形態）は、粒子形態で用いればよいが、粒子形態に限られず、カーボンナノチューブなど、いわゆるフィラー系導電性樹脂組成物として実用化されている粒子形態以外の形態であってもよい。
【００６２】
カーボン材としては、カーボンブラックやグラファイトの他にも、炭素繊維やｃ／ｃコンポジット（グラファイトと炭素繊維の混合物）などが挙げられる。カーボンブラックやグラファイトなどのカーボン粒子は電位窓が非常に広く、正極電位および負極電位の双方に対して幅広い範囲で安定であり、さらに導電性に優れている。また、カーボン粒子は非常に軽量なため、質量の増加が最小限になる。さらに、カーボン粒子は、電極の導電助剤として用いられることが多いため、これらの導電助剤と接触しても、同材料であるがゆえに接触抵抗が非常に低くなる。なお、カーボン粒子を導電性粒子として用いる場合には、カーボンの表面に疎水性処理を施すことにより電解質のなじみ性を下げ、集電体の空孔に電解質が染み込みにくい状況を作ることも可能である。
【００６３】
導電材の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、０．０１〜１０μｍ程度であることが望ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電材の輪郭線上の任意の２点間の距離のうち、最大の距離Ｌを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。後述する活物質粒子などの粒子径や平均粒子径も同様に定義することができる。
【００６４】
また、樹脂層が導電材を含む形態の場合、樹脂層を形成する樹脂は、上導電材に加えて、当該導電材を結着させる導電性のない高分子材料を含んでいてもよい。樹脂層の構成材料として高分子材料を用いることで、導電材の結着性を高め、電池の信頼性を高めることができる。高分子材料は、印加される正極電位および負極電位に耐えうる材料から選択される。
【００６５】
樹脂である高分子材料の例としては、好ましくは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エポキシ樹脂、またはこれらの混合物が挙げられる。これらの材料は電位窓が非常に広く正極電位、負極電位のいずれに対しても安定である。また軽量であるため、電池の高出力密度化が可能となる。
【００６６】
樹脂層における、導電材の比率は、特に限定されないが、好ましくは、高分子材料および導電材の合計に対して、１〜３０質量％の導電材が存在する。十分な量の導電材を存在させることにより、樹脂層における導電性を十分に確保できる。
【００６７】
上記樹脂層には、導電材および樹脂の他、他の添加剤を含んでいてもよいが、好ましくは、導電材および樹脂からなる。
【００６８】
樹脂層は、従来公知の手法により製造できる。たとえば、スプレー法またはコーティング法を用いることにより製造可能である。具体的には、高分子材料を含むスラリーを調製し、これを塗布し硬化させる手法が挙げられる。スラリーの調製に用いられる高分子材料の具体的な形態については上述したとおりであるため、ここでは説明を省略する。前記スラリーに含まれる他の成分としては、導電材が挙げられる。導電性粒子の具体例については上述のとおりであるために、ここでは説明を省略する。あるいは、高分子材料および導電性粒子、その他の添加剤を従来公知の混合方法にて混合し、得られた混合物をフィルム状に成形することで得られる。また、たとえば、特開２００６−１９０６４９号に記載の方法のように、インクジェット方式により樹脂層を作製してもよい。
【００６９】
集電体の厚さは、特に限定されるものではないが、電池の出力密度を高める上では、薄いほど好ましい。双極型二次電池においては、正極および負極の間に存在する樹脂集電体は、積層方向に水平な方向の電気抵抗が高くてもよいため、集電体の厚さを薄くすることが可能である。具体的には、集電体の厚さは、０．１〜１５０μｍであることが好ましく、１０〜１００μｍであることがより好ましい。
【００７０】
（正極層および負極層）
正極層１２および負極層１３は、それぞれ活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
【００７１】
正極活物質は、たとえば、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｎ）Ｏ２およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、２種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
【００７２】
負極活物質としては、たとえば、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物（たとえば、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、金属材料、リチウム−金属合金材料などが挙げられる。場合によっては、２種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、炭素材料またはリチウム−遷移金属複合酸化物が、負極活物質として用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
【００７３】
また、添加剤としては、たとえば、バインダ、導電助剤、電解質塩（リチウム塩）、イオン伝導性ポリマー等が挙げられる。
【００７４】
導電助剤は、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物である。導電助剤としては、たとえばアセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。
【００７５】
電解質塩（リチウム塩）としては、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３等が挙げられる。
【００７６】
イオン伝導性ポリマーとしては、たとえば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）系およびポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）系のポリマーが挙げられる。
【００７７】
正極活物質および負極活物質中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、非水溶媒二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。
【００７８】
正極層及び負極層の厚さ（各活物質層の厚さ）についても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。
【００７９】
（セパレータ）
セパレータ１４としては、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。そして、セパレータ１４には、液体電解質が含浸されている。
【００８０】
液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、たとえば、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）等のカーボネート類が例示される。また、支持塩（リチウム塩）としては、ＬｉＢＥＴＩ等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。
【００８１】
また、このような液体電解液を含浸させたセパレータ１４に変えて、ポリマー電解質そのものをセパレータ１４として用いてもよい。ポリマー電解質としては、たとえば電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真性ポリマー電解質に分類される。
【００８２】
ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、たとえば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。
【００８３】
なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータ１４を用いてもよい。セパレータ１４の具体的な形態としては、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。
【００８４】
真性ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩（リチウム塩）が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が真性ポリマー電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。
【００８５】
ゲル電解質や真性ポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー（たとえば、ＰＥＯやＰＰＯ）に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。
【００８６】
（組電池）
次に、本実施形態１の双極型二次電池１を利用した組電池について説明する。
【００８７】
図６は、本実施形態１の組電池を説明するための説明図であって、図６（ａ）は組電池の平面図であり、図６（ｂ）は組電池の正面図であり、図６（ｃ）は組電池の側面図である。
【００８８】
この組電池３００は、上述した双極型二次電池１が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池２５０を構成している。そして、この小型の組電池２５０をさらにさらに複数個、直列または並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度となる組電池３００を構成している。このような組電池３００は、車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力とすることができる。
【００８９】
小型の組電池２５０は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、接続治具３１０を用いて複数段積層されている。なお、組電池２５０の使用個数は車両（電気自動車）が要求する電池容量や出力に応じて決めればよい。
【００９０】
本実施形態の組電池３００によれば、組電池３００を構成する個々の双極型二次電池１が耐久性に優れるため、組電池３００としても当然に耐久性に優れる。したがって、着脱可能な小型組電池２５０やその中の個々の双極型二次電池１の不良発生による交換が少なくなる。
【００９１】
（車両）
次に、このような組電池を用いた車両について説明する。
【００９２】
図７は、上述した組電池を電気自動車に搭載した例を示す図面である。
【００９３】
この電気自動車４００は、組電池３００を車体中央部の座席下に搭載し、電気自動車４００のモータ用電源として用いている。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池３００を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。
【００９４】
このように組電池３００を用いた電気自動車４００は、組電池３００を構成している双極型二次電池１が耐久性に優れるため、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。とくに、双極型二次電池１は、振動によって内部短絡を起こしにくく作られているため、車両に用いるのに最適である。
【００９５】
双極型二次電池１または組電池３００をモータ用電源として用いる車両としては、たとえば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などの車輪をモータによって駆動する自動車が挙げられる。そのほか、二輪車（バイク）や三輪車、さらには、電車などの移動体の各種電源や二次電池として用いることも可能である。
【００９６】
さらに、本実施形態の双極型二次電池１または組電池３００は無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
【００９７】
（実施形態２）
図８は本実施形態２の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図であり、（ａ）は一部分を示す側面図、（ｂ）は正極層側から見た平面図である。また、図９は本実施形態２における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。ここで、図９は双極型電極のみ示し、その他の構成要素は省略したが、双極型二次電池としての全体構成は図１に示したとおりである。
【００９８】
本実施形態２における双極型二次電池は、図８に示すように、双極型電極２０として、正極層１２および負極層１３の互いの塗布開始位置に生じる凸部１２ａおよび１３ａを、集電体１１を介して互いに反対側の辺側に位置するようにしたものである。すなわち、集電体１１の第１面側に、集電体１１の一方の辺側からスラリー状の正極活物質を塗布開始する。次いで集電体１１の第２面に、一方の辺に対向する他方の辺側からスラリー状の負極活物質を塗布開始して双極型電極２０を形成したものである。
【００９９】
図９に示すように、この双極型電極２０をセパレータ１４を介して、正極層１２および負極層１３が向かい合うように積層すれば、実施形態１と同様に、塗布開始位置における凸部１２ａおよび１３ａが同じ位置になることはない（図８（ａ）参照）。
【０１００】
したがって、本実施形態２においても、実施形態１同様に、単電池内部におけるセパレータの局部的な圧迫をなくして内部短絡を防止することができる。また、本実施形態２においても、実施形態１同様に集電体１１を基準として対向する正極層１２および負極層１３の凸部１２ａおよび１３ａが異なるので、集電体１１が局所的に圧迫されることをなくし、内部短絡を防止することができる。
【０１０１】
なお、このような双極型二次電池の製造方法は、用意する双極型電極２０の形態が異なるのみで、製造方法のそのほかの工程は実施形態１と同じである。また、ラミネートシート５２による封止や電極タブの引き出しなども実施形態１と同じである。
【０１０２】
また本実施形態２において使用される各部の材料は、既に説明した実施形態１と同じでよい。また、本実施形態２の双極型二次電池においても、実施形態１同様に、組電池としたり、またその組電池を搭載した車両とすることができる。そして、この組電池および車両は、実施形態１と同様に耐久性に優れたものとなる。
【０１０３】
（実施形態３）
図１０は本実施形態３の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図で、正極層側から見た平面図である。また、図１１は本実施形態３における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。ここで、図１１は双極型電極のみ示し、その他の構成要素は省略したが、双極型二次電池としての全体構成は図１に示したとおりである。
【０１０４】
本実施形態３では、双極型電極３０における正極層１２と負極層１３の塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａが、集電体１１の互いに直交する辺側にくるように塗布したものである。
【０１０５】
つまり、正極層１２の塗布開始位置の凸部１２ａを、集電体１１の第１面のある辺（第１の辺）側に沿う方向に設けた場合、負極層１３の塗布開始位置端部１３ａは集電体１１の第２面において第１の辺に対して直交している第２の辺側に沿うように塗布形成している。
【０１０６】
この双極型電極３０は、好ましくは、図示するように、正方形であるとよい。これは、正極層と負極層の塗布開始位置を集電体１１に対して９０度回転させた位置から開始することになるため、正方形であれば、同じ大きさのスリットノズルを使用することができ製造が容易になる。もちろん、大きさ（スリット幅）の異なるスリットノズルを使用すれば、長方形であってもよいことはいうまでもない。
【０１０７】
そして、図１１に示すように、この双極型電極３０を、セパレータ１４を介して正極層１２と負極層１３が向き合うように積層する。これでセパレータ１４を介してセパレータ１４の互いに直交する辺側に凸部１２ａおよび１３ａが位置する双極型二次電池ができあがる。つまり、正極層１２の凸部１２ａと負極層１３の凸部１３ａがセパレータを挟んで互いに９０度回転した位置に来るように配置されるようになる。なお、図示しないが正極層１２の凸部１２ａと負極層１３の凸部１３ａがセパレータを挟んで１８０度回転した位置に来るように配置してもよい。
【０１０８】
このように、正極層１２および負極層１３の塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａを互いに直交する位置にすることでも、これらがセパレータ１４を介して対向した場合に、塗布開始位置で生じた凸部１２ａおよび１３ａ同士が同じ位置にならなないようにできる。したがって、本実施形態３においても実施形態１同様に、単電池内部におけるセパレータの局部的な圧迫をなくして内部短絡を防止することができる。また、本実施形態３においても、実施形態１同様に集電体１１を基準として対向する正極層１２および負極層１３の凸部１２ａおよび１３ａが異なるので、集電体１１が局所的に圧迫されることをなくし、内部短絡を防止することができる。
【０１０９】
なお、本実施形態３の双極型二次電池の製造方法は、用意する双極型電極３０の形態とその積層配置が異なるのみで、製造方法自体は実施形態１と同じである。また、ラミネートシート５２による封止や電極タブの引き出しなども実施形態１と同じである。本実施形態３において使用される各部の材料は、既に説明した実施形態１と同じでよい。また、本実施形態３の双極型二次電池においても、実施形態１同様に、組電池としたり、またその組電池を搭載した車両とすることができる。そして、この組電池および車両は、実施形態１と同様に耐久性に優れたものとなる。
【０１１０】
（実施形態４）
図１２は本実施形態４の双極型二次電池に用いられている双極型電極の説明図で、積層方向に隣接する２つの双極型電極を示した側面図である。また、図１３は本実施形態４における双極型二次電池の要部を説明するための斜視図である。ここで、図１３は双極型電極のみ示し、その他の構成要素は省略したが、双極型二次電池としての全体構成は図１に示したとおりである。
【０１１１】
本実施形態４では、一つの双極型電極４０における正極層１２と負極層１３の塗布開始位置で生じた凸部１２ａおよび１３ａは同じ位置である。
【０１１２】
そして、図１３に示すように、この双極型電極４０を、セパレータ１４を介して正極層１２と負極層１３が向き合うように積層する段階で、双極型電極４０の水平方向の向きを、積層方向で隣接する双極型電極同士で互いに異なる方向となるようにしている。
【０１１３】
これにより双極型二次電池としては、セパレータ１４を介して対向する正極層１２および負極層１３の凸部１２ａおよび１３ａが同じ位置にならならないようにしているのである。
【０１１４】
このような本実施形態４における双極型二次電池の製造方法は、用意する双極型電極１０として、まず、正極層１２、負極層１３ともに同じ塗布開始位置から塗布形成された双極型電極４０を用意する。そして、用意した双極型電極１０を、水平方向の向きを互い違いに変えてセパレータ１４を挟み積層してゆく。
【０１１５】
その後は、実施形態１と同様にシール部材５１を入れて、電極タブを引き出しつつラミネートシート５２により封止する。
【０１１６】
このように形成した本実施形態４においても、正極層１２および負極層１３の塗布開始位置である端部で生じた凸部１２ａおよび１３ａは、セパレータ１４を介して向い合ったときに同じ位置とならない。このため、実施形態１同様に凸部１２ａおよび１３ａがセパレータ１４を局部的に圧迫することがなくて内部短絡を防止できる。
【０１１７】
なお、本実施形態４において使用される各部の材料は、既に説明した実施形態１と同じでよい。また、本実施形態４の双極型二次電池においても、実施形態１同様に、組電池としたり、またその組電池を搭載した車両とすることができる。そして、この組電池および車両は、実施形態１と同様に耐久性に優れたものとなる。
【０１１８】
なお、図１３においては、長方形の双極型電極４０を示したが、これに代えて、正方形であってもよい。正方形の双極型電極４０にした場合は、図１４に示すように、正極層１２および負極層１３の塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａが互いに９０度回転した位置となるように積層してもよい。このようにした場合でも、塗布開始位置である凸部１２ａおよび１３ａは、セパレータ１４を介して向かい合ったときに同じ位置とならないので、塗布開始位置である端部の盛り上がりによる内部短絡を防止できる。
【実施例】
【０１１９】
以下のとおりに、上述した実施形態に従い実際に双極型二次電池を製作して、充放電サイクル試験および振動試験による評価を行った。
【０１２０】
［基本構成］
＜双極型電極の製作＞
（負極層）
以下の材料を所定の比で混合して負極スラリーを作製
負極活物質として、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、８５ｗｔ％
導電助剤として、アセチレンブラック、５ｗｔ％
バインダーとして、ＰＶＤＦ、１０ｗｔ％
スラリー粘度調整溶媒として、ＮＭＰ。
【０１２１】
集電体としてＳＵＳ箔（厚さ２０μｍ）の片面に上記負極スラリーを塗布し乾燥させて負極層を形成した。塗布、乾燥後の負極層を確認したところ、スラリーの塗布開始位置で盛り上がりが確認された。
【０１２２】
（正極層）
以下の材料を所定の比で混合して正極スラリーを作製
正極活物質として、ＬｉＭｎ２Ｏ４、８５ｗｔ％
導電助剤として、アセチレンブラック、５ｗｔ％
バインダーとして、ＰＶＤＦ、１０ｗｔ％
スラリー粘度調整溶媒として、ＮＭＰ
負極層を形成したＳＵＳ箔の反対面に、上記正極スラリーを塗布し乾燥させて正極層を形成した。塗布、乾燥後の電極を確認したところ、スラリーの塗布開始位置で盛り上がりが確認された。
【０１２３】
これにより、集電体であるＳＵＳ箔の両面に正極層と負極層がそれぞれ形成された双極型電極が形成された。なお、ここでは、双極型電極の形状を正方形にした。
【０１２４】
＜セパレータ＞
ここでは電解質を含むセパレータとして、ここではゲル電解質を用いた。
【０１２５】
セパレータとなるゲル電解質は、ポリプロピレン製の不織布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）５重量％、電解液としてＥＣ＋ＤＭＣ（１：３）９５重量％、１．０Ｍ 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、ゲルポリマー電解質層を得た。
【０１２６】
＜積層工程＞
上記双極型電極の負極上に電解質保持不織布をのせ、その周りに三層構造のホットメルトをおきシール部材とした。これらを積層して、５層積層しにシール部を上下から熱と圧力をかけ融着し各層をシールした。
【０１２７】
そしてこれらの積層体をラミネートパックで封止し、双極型二次電池を形成した。
【０１２８】
［実施例１］
上記双極型電極において、正極層塗布の際に、裏面に塗布してある負極層と比して、縦方向、横方向共に、２．５ｍｍずつ塗布寸法を縮めて塗布した。
【０１２９】
［実施例２］
上記双極型電極において、正極層および負極層の塗布開始質を同じ位置として製作し、その双極型電極極を、一枚積層する毎に１８０°回転させながら積層した。
【０１３０】
［実施例３］
上記双極型電極の正極層塗布後、負極層塗布の際に、正極層の塗布終了位置側に負極層の塗布開始位置が来るように塗布した。
【０１３１】
［比較例１］
上記双極型電極の正極層塗布の際に、負極層塗布と同じ位置に塗布開始位置が来るようにして、なおかつ、正極層と負極層の塗布開始位置端部がセパレータを挟んで同じ位置に向い合うように積層した。
【０１３２】
＜評価＞
（充放電サイクル試験）
以上の実施例１〜３、および比較例１をそれぞれ２０個ずつ製作した。そして比較例１、実施例１〜３、それぞれの電池で充放電サイクル試験を行った。実験は０．５Ｃの電流で１３．５Ｖまで定電流充電（ＣＣ）し、その後定電圧で充電（ＣＶ）し、あわせて５時間充電した後、０．５Ｃの電流で７．５Ｖまで放電を行い、このサイクルを一サイクルとして充放電サイクル実験を行った（充放電試験の条件）。
【０１３３】
（結果）
実施例１〜３の双極型電池、すなわち、セパレータを介して電極端部（塗布エッジ部分）での盛り上がり位置が対向していないすべての電池は、短絡が起こらず５０サイクルを超えても電圧を維持し、良好なサイクル特性を示した。
【０１３４】
比較例１の電池は、２０個の電池の内６個が、初回、あるいは数回の充電を行っている途中に電極層の端部（塗布エッジ部分）で短絡が起こり、電池電圧が著しく低下した。
【０１３５】
（振動試験）
次に短絡を起こしていない実施例１〜３の双極型電池を５個づつ抜き取り、０．５Ｃの電流で１３．５Ｖまで定電流充電（ＣＣ）し、その後定電圧で充電（ＣＶ）し、あわせて５時間充電した後、振動を長時間加えその後の電圧測定により電圧維持率の測定を行った。
【０１３６】
振動試験はしっかり固定した電池に対して垂直の方向に振幅が３ｍｍで５０Ｈｚの単調な振動を２００時間加えることにより行った。これらそれぞれ５個ずつの電池の電圧を測定し振動試験後の電圧維持率の測定した。
【０１３７】
実施例１の電池の５つの試験前の電圧の平均は１３．４７Ｖであり、試験後の平均は１３．３３Ｖであった。したがって平均電圧維持率は９８．９６％であった。
【０１３８】
実施例２の電池の５つの試験前の電圧の平均は１３．４８Ｖであり、試験後の平均は１３．２１Ｖであった。したがって平均電圧維持率は９８．００％であった。
【０１３９】
実施例３の電池の５つの試験前の電圧の平均は１３．４６Ｖであり、試験後の平均は１３．１８Ｖであった。したがって平均電圧維持率は９７．９２％であった。
【０１４０】
比較例１の電池の５つの試験前の電圧の平均は１３．４６Ｖであり、試験後の平均は１２．２３Ｖであった。したがって平均電圧維持率は９０．８６％であった。
【０１４１】
（結果）
これらの結果から実施例１〜３の電池は振動にも強く、優れた耐久性のあることが分かる。
【０１４２】
以上の結果を表１にまとめて示す。
【０１４３】
【表１】
【０１４４】
以上の実施例および比較例の結果から、本発明を適用することで、充放電サイクル特性もよく、また、振動耐性も高くなることがわかる。
【０１４５】
以上説明した実施形態および実施例によれば、下記の効果を奏する。
【０１４６】
セパレータ１４を介して向い合う正極層１２と負極層１３の端部、特に、電極活物質が塗布開始された部分が同じ位置とならないようにしたので、この端部において盛り上がり（凸部）があっても、盛り上がり部分でセパレータ１４を圧迫して内部短絡に至るようなことがなくなり、耐久性が向上する。
【０１４７】
また、一枚の集電体１１に対して正極層１２と負極層１３のそれぞれの塗布開始位置をずらすことで電池製造時に、双極型電極１０の向きを考慮する必要がない。また、このときのずれ量を２ｍｍ以上とすることで、確実に端部における盛り上がり部分が対向しないようにすることがでいる。
【０１４８】
また、一枚の集電体１１に対する正極層１２と負極層１３のそれぞれの塗布開始位置を互いに反対の方から開始することとしたので、正極層１２と負極層１３の塗布開始位置端部において盛り上がりがあっても、盛り上がり部分でセパレータ１４を圧迫して内部短絡に至るようなことがなくなり、耐久性が向上する。
【０１４９】
また、一枚の集電体１１に対する正極層１２と負極層１３のそれぞれの塗布開始位置を互いに直交する方向に配置したことで、正極層１２と負極層１３の塗布開始位置端部において盛り上がりがあっても、盛り上がり部分でセパレータ１４を圧迫して内部短絡に至るようなことがなくなり、耐久性が向上する。特に、双極型電極１０を正方形にすることで、電池製造時に、双極型電極１０の向きを考慮する必要がない。
【０１５０】
また、双極型電極１０において正極層１２および負極層１３は同じ位置に形成するが、この双極型電極１０において正極層１２および負極層１３の塗布開始位置のある部分が、積層したときに互いに異なる位置となるように双極型電極１０の向きを違えることとしたので、双極型電極１０としては、すべて同じように正極層１２および負極層１３を塗布すればよく、製造が容易となる。
【０１５１】
また、負極層１３の面積を正極層１２の面積より大きくしたので、充放電を繰り返したときにリチウムデンドライトが形成されるのを抑えることができる。
【０１５２】
さらに、双極型電極１０自体においてもその両面に設けらている正極層１２および負極層１３の端部位置を異ならせることで、端部における盛り上がり（凸部）によって集電体１１が圧迫されることがない。このため、盛り上がり部分で集電体１１が圧迫されて内部短絡に至るようなことがなくなり、耐久性が向上する。
【０１５３】
以上、本発明を適用した実施形態および実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、全ての双極型電極において、正極層と負極層の端部位置をずらすのではなく、互い違いに正極層と負極層の置き差が異なるようにして、セパレータを介して向かい合う正極層と負極層の端部が異なる位置となるようにしてもよい。
【０１５４】
そのほか、本願の特許請求の範囲に記載された技術的範囲においてさまざまな変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１５５】
１ 双極型二次電池、
１０、２０、３０、４０ 双極型電極、
１１ 集電体、
１２ 正極層、
１２ａ、１２ｂ 正極層の端部、
１３ 負極層、
１３ａ、１３ｂ 負極層の端部、
１４ セパレータ、
１５ 単電池、
５１ シール部材、
５２ ラミネートシート。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体の第１面に形成された第１電極層および前記集電体の前記第１面と対向する第２面に形成された第２電極層を有してなる双極型電極を有し、
前記双極型電極が複数枚、前記第１電極層と前記第２電極層との間にセパレータを介在させて向い合うように積層されており、
前記セパレータを介して向い合う前記第１電極層の端部に存在する凸部の位置と前記第２電極層の端部に存在する凸部の位置とが異なることを特徴とする双極型二次電池。
【請求項２】
前記第１電極層の端部に存在する凸部および前記第２電極層の端部に存在する凸部が前記セパレータの同じ辺側で前記セパレータを介して互いに異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の双極型二次電池。
【請求項３】
前記第１電極層の端部に存在する凸部および前記第２電極層の端部に存在する凸部が、前記集電体を介して前記集電体の同じ辺側のずれた位置にあることを特徴とする請求項２記載の双極型二次電池。
【請求項４】
前記第１電極層の端部に存在する凸部の位置と前記第２電極層の端部に存在する凸部のの位置は、２ｍｍ以上ずれていることを特徴とする請求項２または３記載の双極型二次電池。
【請求項５】
前記第１電極層の端部に存在する凸部および前記第２電極層の端部に存在する凸部が、前記集電体を介して前記集電体の対向する辺側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の双極型二次電池。
【請求項６】
前記第１電極層の端部に存在する凸部および前記第２電極層の端部に存在する凸部が前記セパレータを介して前記セパレータの直交する辺側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の双極型二次電池。
【請求項７】
前記第１電極層の端部に存在する凸部および前記第２電極層の端部に存在する凸部が、前記集電体を介して前記集電体の直交する辺側に配置されることを特徴とする請求項６記載の双極型二次電池。
【請求項８】
前記双極型電極は正方形であることを特徴とする請求項６または７記載の双極型二次電池。
【請求項９】
前記双極型電極は、一つの集電体に形成されている第１電極層および第２電極層のそれぞれの前記凸部の位置が一致していることを特徴とする請求項１記載の双極型二次電池。
【請求項１０】
前記第１電極層を正極層、前記第２電極層を負極層とした場合に、前記負極層の面積が前記正極層の面積以上あることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の双極型二次電池。
【請求項１１】
集電体の第１面に形成されており端部に凸部が存在する第１電極層、および前記集電体の前記第１面に対向する第２面に形成されており端部に凸部が存在する第２電極層を有する双極型電極を用意する段階と、
前記双極型電極を複数枚、前記第１電極層の端部に存在している凸部の位置と前記第２電極層の端部に存在している凸部の位置が異なるように、セパレータを介在させて向い合うように積層する段階と、
を有することを特徴とする双極型二次電池の製造方法。
【請求項１２】
前記双極型電極を用意する段階は、前記第１面にスラリー状の第１電極活物質を塗布することにより前記第１電極層を形成し、前記第２面に前記集電体を介して前記第１電極活物質の塗布開始位置と異なる位置からスラリー状の第２電極活物質を塗布開始することにより前記第２電極層を形成することを特徴とする請求項１１記載の双極型二次電池の製造方法。
【請求項１３】
前記双極型電極を用意する段階は、前記第１面にスラリー状の第１電極活物質を塗布することにより前記第１電極層を形成し、前記第２面に前記集電体を介して前記第１電極活物質の塗布開始位置と同じ位置からスラリー状の第２電極活物質を塗布開始することにより前記第２電極層を形成することを特徴とする請求項１１記載の双極型二次電池の製造方法。
【請求項１４】
一枚の集電体の第１面に形成されている第１電極層の端部に存在する凸部の位置と、前記集電体の前記第１面に対向する第２面に形成された第２電極層の端部に存在する凸部の位置とが異なることを特徴とする双極型電極。
【請求項１５】
前記第１電極層の端部に存在する凸部および前記第２電極層の端部に存在する凸部が、前記集電体の同じ辺側のずれた位置にあることを特徴とする請求項１４記載の双極型電極。
【請求項１６】
前記第１電極層の端部に存在する凸部の位置と前記第２電極層の端部に存在する凸部のの位置は、２ｍｍ以上ずれていることを特徴とする請求項１４または１５記載の双極型電極。
【請求項１７】
前記第１電極層の端部に存在する凸部および前記第２電極層の端部に存在する凸部が、前記集電体の対向する辺側に配置されていることを特徴とする請求項１４記載の双極型電極。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれか一つに記載の双極型電極が複数枚、第１電極層と第２電極層との間にセパレータを介在させて向かい合うように積層されていることを特徴とする双極型二次電池。
【請求項１９】
集電体の第１面にスラリー状の第１電極活物質を塗布することにより第１電極層を形成し、集電体の第１面に対向する第２面に前記第１電極活物質の塗布開始位置と異なる位置からスラリー状の第２電極活物質を塗布開始することにより第２電極層を形成することを特徴とする双極型電極の製造方法。
【請求項２０】
請求項１〜１０および請求項１８のうちいずれか１項に記載の双極型二次電池を複数個直列および／または並列に接続したことを特徴とする組電池。
【請求項１】
集電体の第１面に形成された第１電極層および前記集電体の前記第１面と対向する第２面に形成された第２電極層を有してなる双極型電極を有し、
前記双極型電極が複数枚、前記第１電極層と前記第２電極層との間にセパレータを介在させて向い合うように積層されており、
前記セパレータを介して向い合う前記第１電極層の端部に存在する凸部の位置と前記第２電極層の端部に存在する凸部の位置とが異なることを特徴とする双極型二次電池。
【請求項２】
前記第１電極層の端部に存在する凸部および前記第２電極層の端部に存在する凸部が前記セパレータの同じ辺側で前記セパレータを介して互いに異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の双極型二次電池。
【請求項３】
前記第１電極層の端部に存在する凸部および前記第２電極層の端部に存在する凸部が、前記集電体を介して前記集電体の同じ辺側のずれた位置にあることを特徴とする請求項２記載の双極型二次電池。
【請求項４】
前記第１電極層の端部に存在する凸部の位置と前記第２電極層の端部に存在する凸部のの位置は、２ｍｍ以上ずれていることを特徴とする請求項２または３記載の双極型二次電池。
【請求項５】
前記第１電極層の端部に存在する凸部および前記第２電極層の端部に存在する凸部が、前記集電体を介して前記集電体の対向する辺側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の双極型二次電池。
【請求項６】
前記第１電極層の端部に存在する凸部および前記第２電極層の端部に存在する凸部が前記セパレータを介して前記セパレータの直交する辺側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の双極型二次電池。
【請求項７】
前記第１電極層の端部に存在する凸部および前記第２電極層の端部に存在する凸部が、前記集電体を介して前記集電体の直交する辺側に配置されることを特徴とする請求項６記載の双極型二次電池。
【請求項８】
前記双極型電極は正方形であることを特徴とする請求項６または７記載の双極型二次電池。
【請求項９】
前記双極型電極は、一つの集電体に形成されている第１電極層および第２電極層のそれぞれの前記凸部の位置が一致していることを特徴とする請求項１記載の双極型二次電池。
【請求項１０】
前記第１電極層を正極層、前記第２電極層を負極層とした場合に、前記負極層の面積が前記正極層の面積以上あることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の双極型二次電池。
【請求項１１】
集電体の第１面に形成されており端部に凸部が存在する第１電極層、および前記集電体の前記第１面に対向する第２面に形成されており端部に凸部が存在する第２電極層を有する双極型電極を用意する段階と、
前記双極型電極を複数枚、前記第１電極層の端部に存在している凸部の位置と前記第２電極層の端部に存在している凸部の位置が異なるように、セパレータを介在させて向い合うように積層する段階と、
を有することを特徴とする双極型二次電池の製造方法。
【請求項１２】
前記双極型電極を用意する段階は、前記第１面にスラリー状の第１電極活物質を塗布することにより前記第１電極層を形成し、前記第２面に前記集電体を介して前記第１電極活物質の塗布開始位置と異なる位置からスラリー状の第２電極活物質を塗布開始することにより前記第２電極層を形成することを特徴とする請求項１１記載の双極型二次電池の製造方法。
【請求項１３】
前記双極型電極を用意する段階は、前記第１面にスラリー状の第１電極活物質を塗布することにより前記第１電極層を形成し、前記第２面に前記集電体を介して前記第１電極活物質の塗布開始位置と同じ位置からスラリー状の第２電極活物質を塗布開始することにより前記第２電極層を形成することを特徴とする請求項１１記載の双極型二次電池の製造方法。
【請求項１４】
一枚の集電体の第１面に形成されている第１電極層の端部に存在する凸部の位置と、前記集電体の前記第１面に対向する第２面に形成された第２電極層の端部に存在する凸部の位置とが異なることを特徴とする双極型電極。
【請求項１５】
前記第１電極層の端部に存在する凸部および前記第２電極層の端部に存在する凸部が、前記集電体の同じ辺側のずれた位置にあることを特徴とする請求項１４記載の双極型電極。
【請求項１６】
前記第１電極層の端部に存在する凸部の位置と前記第２電極層の端部に存在する凸部のの位置は、２ｍｍ以上ずれていることを特徴とする請求項１４または１５記載の双極型電極。
【請求項１７】
前記第１電極層の端部に存在する凸部および前記第２電極層の端部に存在する凸部が、前記集電体の対向する辺側に配置されていることを特徴とする請求項１４記載の双極型電極。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれか一つに記載の双極型電極が複数枚、第１電極層と第２電極層との間にセパレータを介在させて向かい合うように積層されていることを特徴とする双極型二次電池。
【請求項１９】
集電体の第１面にスラリー状の第１電極活物質を塗布することにより第１電極層を形成し、集電体の第１面に対向する第２面に前記第１電極活物質の塗布開始位置と異なる位置からスラリー状の第２電極活物質を塗布開始することにより第２電極層を形成することを特徴とする双極型電極の製造方法。
【請求項２０】
請求項１〜１０および請求項１８のうちいずれか１項に記載の双極型二次電池を複数個直列および／または並列に接続したことを特徴とする組電池。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−１０３０８９（Ｐ２０１０−１０３０８９Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３３９３４（Ｐ２００９−１３３９３４）
【出願日】平成２１年６月３日（２００９．６．３）
【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２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月３日（２００９．６．３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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