(57)【要約】【課題】導電性を有する樹脂を含む双極型電池用集電体において、双極型電極内の正極活物質層と負極活物質層との間の液絡を防ぐと同時に、集電体の面直方向の抵抗の増大を抑制しうる手段を提供する。【解決手段】導電性を有する樹脂層と、導電性を有し、面直方向へのイオンの透過を抑制する、少なくとも１層のイオン遮断層と、を含む双極型電池用集電体であって、前記樹脂層と前記イオン遮断層とが、集電体の面直方向の導電性が平面方向の導電性よりも高くなるように電気的に接合されている、双極型電池用集電体である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する樹脂層と、
導電性を有し、面直方向へのイオンの透過を抑制する、少なくとも１層のイオン遮断層と、を含む双極型電池用集電体であって、
前記樹脂層と前記イオン遮断層とが、集電体の面直方向の導電性が平面方向の導電性よりも高くなるように電気的に接合されている、双極型電池用集電体。
【請求項２】
前記樹脂層が、高分子材料と導電性材料とを含み、前記導電性材料の少なくとも一部が前記樹脂層と前記イオン遮断層との界面に露出している、請求項１に記載の双極型電池用集電体。
【請求項３】
前記導電性材料の少なくとも一部が前記樹脂層を貫通している、請求項２に記載の双極型電池用集電体。
【請求項４】
前記導電性材料がファイバー形状である、請求項２または３に記載の双極型電池用集電体。
【請求項５】
前記樹脂層が、前記導電性材料を５体積％以上含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載の双極型電池用集電体。
【請求項６】
前記樹脂層が、面直方向に貫通孔を有する高分子材料と、前記貫通孔内に配置された導電性材料とを含む、請求項２〜５のいずれか１項に記載の双極型電池用集電体。
【請求項７】
前記樹脂層と前記イオン遮断層との少なくとも１つの界面が、導電性材料を含む導電性接着層によって電気的に接合されている、請求項１に記載の双極型電池用集電体。
【請求項８】
前記導電性接着層は、粒子状の導電性材料と接着剤とを含む、請求項７に記載の双極型電池用集電体。
【請求項９】
前記導電性材料はウィスカー形状を有する粒子である、請求項７に記載の双極型電池用集電体。
【請求項１０】
前記ウィスカー形状を有する粒子に、さらに導電性粒子が付加されている、請求項９に記載の双極型電池用集電体。
【請求項１１】
前記樹脂層の両表面に前記イオン遮断層が配置されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の双極型電池用集電体。
【請求項１２】
前記導電性材料が、金属、合金、炭素材料、セラミックス、金属炭化物、金属窒化物、および金属酸化物からなる群から選択される１以上である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の双極型電池用集電体。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の双極型電池用集電体を含む、双極電極。
【請求項１４】
請求項１３に記載の双極電極を含む、双極型電池。
【請求項１５】
請求項１４に記載の双極型電池が複数個接続された組電池。
【請求項１６】
請求項１４に記載の双極型電池、または請求項１５に記載の組電池をモータ駆動用電源として搭載する車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双極型電池用集電体に関する。
【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電池の開発が鋭意行われている。自動車用途の電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できるリチウムイオン二次電池に注目が集まっている。特に双極型電池の場合は、集電体を介して縦方向（電極の積層方向）に電流が流れるため、電子の伝導パスを短くでき、高出力になる。これにより、電池電圧の高い電池が構成できる。
【０００３】
双極型電池は、正極活物質層および負極活物質層が各面に形成される集電体を構成部材として含む。集電体としては一般に金属箔が用いられてきたが、この集電体の軽量化を目的として、特許文献１では、カーボンフィラーを混合した導電性を有する樹脂を含む集電体が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９０６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されているような集電体は、金属箔集電体に比べて電解液の遮断性が低い。そのため、双極型リチウムイオン二次電池に適用した場合には、双極型電極の集電体内を通じてイオン透過し、双極型電極内の正極活物質層と負極活物質層との間で液絡が生じてしまう場合があることがわかった。
【０００６】
この問題を解決するために、樹脂集電体の表面に電解液やリチウムイオンの透過を抑制するためのイオン遮断層を積層する方法が考えられる。しかしながら、このような方法では、積層によって接続抵抗が生じるため、厚さ方向（面直方向）の抵抗が大きくなってしまう。その結果、集電体の集電効率が低下し、電池性能が低下しうる。
【０００７】
そこで本発明は、導電性を有する樹脂を含む双極型電池用集電体において、双極型電極内の正極活物質層と負極活物質層との間の液絡を防ぐと同時に、集電体の厚さ方向（面直方向）の抵抗を低減しうる手段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】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意研究を積み重ねた。その結果、樹脂層および面直方向へのイオンの透過を抑制するイオン遮断層を含み、これらの層が面直方向の導電性が平面方向の導電性よりも高くなるように電気的に接合されている集電体を用いることによって、上記目的が達成されることを見出した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、樹脂層とイオン遮断層とを含む集電体において、これらの層を電気的に接続することによって、リチウムイオンの透過を抑制しつつ、集電体の面直方向の導電性を確保することができる。そのため、導電性を有する樹脂を含む双極型電池用集電体において、双極型電極内の正極活物質層と負極活物質層との間の液絡を防ぐと同時に、集電体の厚さ方向（面直方向）の抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】双極型リチウムイオン二次電池の構造を示す断面概略図である。
【図２】第１実施形態の集電体を模式的に表した断面概略図である。
【図３】第１実施形態の集電体をさらに拡大して模式的に表した断面概略図である。
【図４】第２実施形態の集電体を模式的に表した断面概略図である。
【図５】第３実施形態の集電体を模式的に表した断面概略図である。
【図６】第４実施形態の集電体を模式的に表した断面概略図である。
【図７】第５実施形態の集電体を模式的に表した断面概略図であり、（ａ）は、表面に針状構造の粒子を有する金属箔をイオン遮断層して用いた集電体を表し、（ｂ）は、上記金属箔を表す。
【図８】第６実施形態の集電体を模式的に表した断面概略図である。
【図９】双極型リチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
【図１０】組電池の外観図である。
【図１１】組電池を搭載した車両の概念図である。
【図１２】実施例１で用いた導電性フィルムの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した写真である。
【図１３】実施例３および比較例１で得られた集電体の面直方向の接触抵抗を表すグラフである。
【図１４】実施例４および比較例２で得られた集電体の面直方向の接触抵抗を表すグラフである。
【図１５】実施例５および実施例６で得られた集電体の面直方向の接触抵抗を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、好ましい実施形態である双極型リチウムイオン二次電池について説明するが、以下の実施形態のみには制限されない。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、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１２】
双極型電池の構造・形態で区別した場合には、積層型（扁平型）電池、巻回型（円筒型）電池など特に制限されず、従来公知のいずれの構造にも適用されうる。
【００１３】
同様に双極型電池の電解質の形態で区別した場合にも、特に制限はない。例えば、非水電解液をセパレータに含浸させた液体電解質型電池、ポリマー電池とも称される高分子ゲル電解質型電池および固体高分子電解質（全固体電解質）型電池のいずれにも適用されうる。高分子ゲル電解質および固体高分子電解質に関しては、これらを単独で使用することもできるし、これら高分子ゲル電解質や固体高分子電解質をセパレータに含浸させて使用することもできる。
【００１４】
また、電池の電極材料または電極間を移動する金属イオンで見た場合にも、特に制限されず、公知のいずれの電極材料等にも適用されうる。例えば、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、カリウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素電池などが挙げられ、好ましくは、リチウムイオン二次電池である。これは、リチウムイオン二次電池では、セル（単電池層）の電圧が大きく、高エネルギー密度、高出力密度が達成でき、車両の駆動電源用や補助電源用として優れているためである。
【００１５】
図１は、双極型リチウムイオン二次電池１０の全体構造を模式的に表した断面概略図である。図１に示す双極型リチウムイオン二次電池１０は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素２１が、電池外装材２９の内部に封止された構造を有する。
【００１６】
図１に示すように、双極型リチウムイオン二次電池１０の発電要素２１は、集電体１１の一方の面に電気的に結合した正極活物質層１３が形成され、集電体１１の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層１５が形成された複数の双極型電極２３を有する。各双極型電極２３は、電解質層１７を介して積層されて発電要素２１を形成する。なお、電解質層１７は、基材としてのセパレータの面方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極２３の正極活物質層１３と前記一の双極型電極２３に隣接する他の双極型電極２３の負極活物質層１５とが電解質層１７を介して向き合うように、各双極型電極２３および電解質層１７が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極２３の正極活物質層１３と前記一の双極型電極２３に隣接する他の双極型電極２３の負極活物質層１５との間に電解質層１７が挟まれて配置されている。
【００１７】
隣接する正極活物質層１３、電解質層１７、および負極活物質層１５は、一つの単電池層１９を構成する。したがって、双極型リチウムイオン二次電池１０は、単電池層１９が積層されてなる構成を有するともいえる。また、電解質層１７からの電解液の漏れによる液絡を防止する目的で、単電池層１９の外周部には絶縁部３１が配置されている。なお、発電要素２１の最外層に位置する正極側の最外層集電体１１ａには、片面のみに正極活物質層１３が形成されている。また、発電要素２１の最外層に位置する負極側の最外層集電体１１ｂには、片面のみに負極活物質層１５が形成されている。ただし、正極側の最外層集電体１１ａの両面に正極活物質層１３が形成されてもよい。同様に、負極側の最外層集電体１１ｂの両面に負極活物質層１５が形成されてもよい。
【００１８】
さらに、図１に示す双極型二次電池１０では、正極側の最外層集電体１１ａに隣接するように正極集電板２５が配置され、これが延長されて電池外装材２９から導出している。一方、負極側の最外層集電体１１ｂに隣接するように負極集電板２７が配置され、同様にこれが延長されて電池外装材２９から導出している。
【００１９】
図１に示す双極型リチウムイオン二次電池１０においては、通常、各単電池層１９の周囲に絶縁部３１が設けられる。この絶縁部３１は、電池内で隣り合う集電体１１どうしが接触したり、発電要素２１における単電池層１９の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。かような絶縁部３１の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の双極型リチウムイオン二次電池１０が提供されうる。
【００２０】
なお、単電池層１９の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、双極型二次電池１０では、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層１９の積層回数を少なくしてもよい。双極型リチウムイオン二次電池１０でも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素２１を電池外装材２９に減圧封入し、正極集電板２５および負極集電板２７を電池外装材２９の外部に取り出した構造とするのがよい。以下、本形態の双極型二次電池の主な構成要素について説明する。
【００２１】
図２は、双極型リチウムイオン二次電池１０の集電体１１（第１実施形態）を模式的に表した断面概略図である。図２に示すように、集電体１１は、導電性を有する樹脂層２と導電性を有するイオン遮断層３（３ａ、３ｂ）とを含む。ここで、樹脂層２とイオン遮断層３（３ａ、３ｂ）とは、集電体１１の面直方向の導電性が平面方向の導電性よりも高くなるように、電気的に接触され、接合されている。このような構成とすることで、イオンを遮断し、かつ面直方向の導電性が確保されるので、双極型電池の電池性能を向上させることができる。
【００２２】
双極型リチウムイオン二次電池における集電体に要求される機能としては、隔壁（バリア性）機能、面直方向の導通の機能、および面内方向の導通を抑制する機能、が挙げられる。
【００２３】
双極型電池においては、負極側で発生した電荷は集電体の反対側の正極に直接供給されるため、電流は積層方向に流れるが面方向の流れは必要としない。したがって、樹脂を用いた集電体において、集電体の集電効率を向上させるためには、面直方向の導電性を平面方向の導電性よりも高くすることが有効である。
【００２４】
導電性を有する樹脂層を含む集電体は平面方向の抵抗が大きい。このため、双極型電池を構成する単電池で内部短絡が発生した場合、導電性を有する樹脂層を含む集電体が短絡電流を抑制することにより、双極型電池の発熱を防止できる。また、熱伝導性が高い集電体は放熱性が高いため、導電性を有する樹脂層を含む集電体の平面方向の熱分布が均一化され、平面方向の熱膨張を均一にできる。その結果、双極型電池の劣化を更に抑制することができる。
【００２５】
しかしながら、双極型二次電池において、導電性樹脂を含む集電体を用いた場合、電解液およびリチウムイオンが透過し、液絡する場合がある。そこで、隔壁（バリア性）機能を有する、例えば金属箔などのイオン遮断層を積層する必要がある。しかし、これらを積層すると接続抵抗が生じ、面直方向の抵抗が大きくなってしまう。例えば導電性樹脂と金属箔との間に絶縁性の接着剤を用いると、接着剤の絶縁性によって面直方向の接触抵抗が増大しうる。また、金属と樹脂とを熱圧着のみで接着すると、接着強度が不十分な場合があり、さらに面直方向の抵抗が増大しうる。一方、導電性を有する樹脂層の導電性を高めたとしても、イオン遮断層の平面方向の導電性を含めて、集電体の平面方向の抵抗も低下してしまい、上記のような発熱を防止する効果を得ることが困難になる場合がある。そこで、導電性を有する樹脂層と導電性を有するイオン遮断層とを電気的に接合させ、面直方向の導電性が平面方向の導電性よりも高い集電体を作製することで、電解液およびリチウムイオンの透過を抑えると同時に集電効率を向上させることができる。そして、このような集電体を用いることによって、双極型電池の電池性能が向上しうる。
【００２６】
樹脂層とイオン遮断層とを電気的に接合させる形態は特に制限されない。例えば、樹脂層中に導電性材料を導入し、前記導電性材料がイオン遮断層に接触するように配置する。または、樹脂層とイオン遮断層との間に導電性材料を含む導電性接着層を配置してもよい。さらに、これらを組み合わせた形態も採用されうる。
【００２７】
図３は、図２に示す第１実施形態の集電体をさらに拡大して模式的に表した断面概略図である。図３の集電体１１において、樹脂層２は、高分子材料５と導電性材料４を含む。そして、導電性材料４の少なくとも一部が、樹脂層２とイオン遮断層３との界面６に露出している。このような形態とすることで、樹脂層２とイオン遮断層３が電気的に接続され、面直方向の抵抗が低減されうる。好ましくは、導電性材料４の少なくとも一部が、樹脂層２を貫通する。樹脂層を貫通する導電性材料が存在することによって、集電体の面直方向の抵抗がより一層低減されうる。
【００２８】
以下、本実施形態の集電体を構成する樹脂層およびイオン遮断層について説明する。
【００２９】
（樹脂層）
樹脂層は、高分子材料を含む層であって、導電性を有し、イオン遮断層との電気的な接合が可能な材料を含む層であれば特に制限されない。好ましくは、前記樹脂層は、面直方向において平面方向よりも高い導電性を有する。
【００３０】
樹脂層の具体的な形態として、１）樹脂を構成する高分子材料が導電性高分子である形態、２）樹脂を構成する高分子材料が導電性のない高分子である形態が挙げられる。導電性のない高分子を用いる場合、導電性材料を添加することで樹脂層に導電性を付与することができる。
【００３１】
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。
【００３２】
導電性のない高分子の例としては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンなどのオレフィン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、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）、シリコーン、エポキシ樹脂、またはこれらの混合物が挙げられる。これらの材料はイオン伝導性が低いため、リチウムイオンの透過を抑えることができる。
【００３３】
上述したように、前記樹脂層は、好ましくは、高分子材料に加えて導電性材料を含む。導電性材料は、導電性を有し、イオン遮断層と樹脂層とを電気的に接続することで集電体の面直方向の抵抗を低減しうるものであれば特に制限されない。用いられる導電性材料としては、例えば、金属、合金、ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン、黒鉛などの炭素材料、セラミックス、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物などが挙げられる。または、導電性ビーズなどを用いてもよい。上記の材料を用いることで集電体の面直方向の導電性がより向上しうる。これらの導電性材料は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。
【００３４】
前記導電性材料の形態は特に制限されず、粒子状であってもよく、ファイバー形状などの形態であってもよい。粒子の形状も特に制限されず、球状、楕円球状、円柱状などのものが用いられうる。例えば、ファイバー形状の材料を用いる場合、その平均長さが樹脂層の厚さより長いものを用いると、導電性材料がイオン遮断層に接触する確率が高くなり、集電体の面直方向の導電性の向上に寄与しうるため好ましい。また、後述の第２実施形態で示すような粒子状の導電性材料を用いる場合、その平均粒子径が樹脂層の厚さより大きいものを用いると、導電性材料がイオン遮断層に接触する確率が高くなり、集電体の面直方向の導電性の向上に寄与しうるため好ましい。
【００３５】
導電性材料の平均粒子径または平均長さは、特に限定されるものではないが、０．０１〜６０μｍ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」または「長さ」とは、粒子状またはファイバー状の材料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」または「平均長さ」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またはファイバーの長さ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。
【００３６】
本実施形態のように導電性材料がファイバー状の場合、図３のように、樹脂層中で集電体の面直方向に配向させることが好ましい。導電性材料を面直方向に配向させることによって、面直方向の導電性がより一層向上し、平面方向の導通が抑制されうる。さらに、導電性材料の一部材が樹脂層を貫通する形態の場合、導電性材料のうち樹脂層と接する部分のみが絶縁被膜でコーティングされたもの（図示せず）を用いると、集電体の平面方向の導通を抑制することができ、電池性能が向上しうるため好ましい。
【００３７】
また、樹脂層として、市販されているニッケルファイバー整列フィルムのような異方導電性フィルムを用いてもよい。
【００３８】
なお、本実施形態のように、導電性材料の一部材が樹脂層を貫通する形態の場合、導電性材料のうち樹脂層と接する部分のみが絶縁被膜でコーティングされたもの（図示せず）を用いると、集電体の平面方向の導通を抑制することができ、電池性能が向上しうる。
【００３９】
樹脂層における導電性材料の使用量は、特に限定されないが、好ましくは、樹脂層に対して５体積％以上であることが好ましく、より好ましくは５〜９０体積％である。導電性材料の含有量が５体積％以上であれば、樹脂層における導電性を十分に確保できる。
【００４０】
上記樹脂層には、高分子材料および導電性材料の他、他の添加剤を含んでいてもよい。
【００４１】
導電性を有する樹脂層の厚さは特に制限されないが、好ましくは０．１〜２００μｍであり、より好ましくは０．１〜１００μｍである。樹脂層の厚さが０．１μｍ以上であれば、集電効率の高い集電体が得られうる。樹脂層の厚さが２００μｍ以下であれば、単位体積あたりの電池容量の高い電池が得られうる。
【００４２】
（イオン遮断層）
イオン遮断層は、導電性を有するとともに、集電体内のイオン透過を防止し、双極型電極内の正極活物質層と負極活物質層との液絡を防ぐ機能（隔壁(バリア性)機能）を有する。そのため、イオン遮断層を設けることによって電極の劣化を防ぎ、電池の耐久性を向上させることができる。
【００４３】
前記イオン遮断層は、１層であってもよく、２層以上であってもよい。前記イオン遮断層を配置する位置も特に制限されず、例えば樹脂層と正極活物質層との間に設けられてもよく（正極側イオン遮断層）、樹脂層と負極活物質層との間に設けられてもよい（負極側イオン遮断層）。さらに、２層からなる樹脂層を形成し、これらの間にイオン遮断層を配置してもよく（樹脂層内部に設けられるイオン遮断層）、上記の組み合わせであってもよい。好ましくは、樹脂層の一方の表面に正極側イオン遮断層を、他方の表面に負極側イオン遮断層を設ける。このような構成にすることで、リチウムイオンや電解液の透過をより効果的に抑制できる。
【００４４】
前記正極側イオン遮断層に用いられる材料の例としては、アルミニウム、鉄、クロム、ニッケル、チタン、バナジウム、モリブデン、ニオブ、金、銀、白金、およびこれら金属の合金、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物、ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン、およびセラミックスからなる群より選択される少なくとも１種が好ましく挙げられる。これらの中でも、正極電位に対する安定性、軽量、低コストなどの観点から、アルミニウムが特に好ましい。
【００４５】
また、前記負極側イオン遮断層に用いられる材料の例としては、アルミニウム、銅、鉄、クロム、ニッケル、チタン、バナジウム、モリブデン、ニオブ、金、銀、白金、およびこれら金属の合金、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物、ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン、およびセラミックスからなる群より選択される少なくとも１種が好ましく挙げられる。これらの中でも、負極電位に対する安定性、軽量、低コストなどの観点から、銅、ニッケルが特に好ましい。
【００４６】
樹脂層内部に設けられるイオン遮断層に用いられる材料の例としては、前記正極側イオン遮断層に用いられる材料および前記負極側イオン遮断層に用いられる材料からなる群より選択される少なくとも１種が好ましく挙げられる。
【００４７】
また、前記正極側イオン遮断層に用いられる材料と前記負極側イオン遮断層に用いられる材料とは、同一でも良いし異なっていても良い。しかしながら、電極の耐腐食性を考慮した場合、前記正極側イオン遮断層に用いられる材料と前記負極側イオン遮断層に用いられる材料とは異なっているほうが好ましい。
【００４８】
イオン遮断層の厚さとしては、集電体内のイオン透過を防止し、双極型電極内の正極活物質層と負極活物質層との液絡を防ぐ機能を発現しうるものであればよい。さらに、導電性を有する樹脂層を含む集電体の、短絡電流を抑制する効果を発現しうる厚さであることが好ましい。具体的には、イオン遮断層の厚さは、０．００１〜５０μｍであることが好ましい。複数のイオン遮断層が存在する場合、少なくとも１つの厚さが上記範囲であることが好ましく、すべてのイオン遮断層の厚さが上記範囲であることがより好ましい。
【００４９】
なお、集電体は必要に応じてその他の材料を含んでいてもよい。
【００５０】
集電体全体の厚さは、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。双極型電池においては、正極活物質層および負極活物質層の間に存在する集電体は、平面方向（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、集電体全体の厚さは、０．１〜３００μｍであることが好ましく、０．１〜２００μｍであることがより好ましい。
【００５１】
また、集電体の面直方向の抵抗は、好ましくは５ｍΩ／ｃｍ２以下であり、より好ましくは０．１〜１ｍΩ／ｃｍ２である。また、集電体の平面方向の抵抗は、１０ｍΩ／ｃｍ２以上であり、より好ましくは１００〜２０００ｍΩ／ｃｍ２である。
【００５２】
導電性を有する樹脂層とイオン遮断層とを貼り合わせる方法としては、既存の樹脂薄膜や金属薄膜の成膜技術や積層、貼合わせ技術などを適宜組み合わせて利用することができる。
【００５３】
すなわち、導電性を有する樹脂層とイオン遮断層とを、熱圧着によって貼り合わせる手法や、イオン遮断層の表面に導電性材料が添加された高分子材料や導電性高分子材料などを含むスラリーを塗布して乾燥させ樹脂層を形成する方法を用いてもよい。あるいは、イオン遮断層の表面に導電性材料が添加された高分子材料や導電性高分子材料などを含むスラリーを塗布して乾燥させた後、熱圧着する手法によっても形成されうる。さらに、樹脂層の上に金属層を蒸着、スパッタ法などを用いて被覆し、イオン遮断層を形成してもよい。３層以上の積層構造の集電体もこれらの手法を繰り返すことで、イオン遮断層と樹脂層とが交互に積層された集電体を作製することができる。しかしながら、これら製造方法以外の製造方法であってもよい。
【００５４】
以上説明した第１実施形態は、以下の効果を有する。すなわち、導電性を有する樹脂層と導電性を有するイオン遮断層とを、樹脂層を貫通する導電性材料を用いて電気的に接合させることで、面直方向の導電性が平面方向の導電性よりも高い集電体が得られうる。これによって、電解液およびリチウムイオンの透過を抑えると同時に集電効率を向上させることができる。そして、このような集電体を用いることによって、双極型電池の電池性能が向上しうる。
【００５５】
図４は、樹脂層に含まれる導電性材料が球状である集電体の実施形態（第２実施形態）を模式的に表した断面概略図である。粒子状の導電性材料を用いる場合、その平均粒子径が樹脂層の厚さより大きいものを用いると、導電性材料がイオン遮断層に接触する確率が高くなり、集電体の面直方向の導電性の向上に寄与しうるため好ましい。
【００５６】
図５は、第３実施形態の集電体１１３を模式的に表した断面概略図である。集電体１１３の樹脂層は、複数の貫通孔７を有し、この貫通孔７に導電性材料４’が充填されて配置されている。かような形態であれば、集電体の面直方向に配向した導電経路を形成することができる。そのため、集電体の平面方向の導電性を抑制し、面直方向の導電性を高くすることができる。各貫通孔に充填される導電性材料は、１つの部材から構成されてもよく、複数の部材を含むものであってもよい。
【００５７】
前記第３実施形態の集電体１１３を作製する方法は特に制限されない。例えば、イオン遮断層３ｂの上に、膜厚方向に貫通孔７を有する樹脂層２を配置し、貫通孔７の中に導電性材料４’を含むバインダ溶液を流し込む。その後、樹脂層２にイオン遮断層３ｂを重ね、バインダ溶液の溶剤を乾燥させることで、貫通孔に導電パスを有する集電体１１３を得る。
【００５８】
以上、導電性材料の少なくとも一部を樹脂層とイオン遮断層との界面に露出させて集電体の面直方向の導電性が平面方向の導電性よりも高くなるように、電気的に接触され、接合されている実施形態を説明した。この他に、樹脂層とイオン遮断層との少なくとも１つの界面の少なくとも一部に、導電性材料を含む導電性接着層が存在する形態もまた好ましい。
【００５９】
図６は、第４実施形態による集電体を模式的に示す断面概略図である。図６に示す第４実施形態によれば、樹脂層２とイオン遮断層３との少なくとも１つの界面の少なくとも一部に、導電性材料９を含む導電性接着層８が存在する。このような導電性接着層８によって、樹脂層２とイオン遮断層３が電気的に接続され、面直方向の抵抗が低減されうる。
【００６０】
通常の電池用電極の製造に用いられる接着剤は、導電性が乏しいものが多く、樹脂層と金属箔などのイオン遮断層とを接着すると接続抵抗が高くなる。接着導電性材料を含む接着剤であっても、導電性材料が樹脂層を構成する導電性高分子と電気的に接続されずパーコレーションパスがつながらない場合、界面の接触抵抗が大きくなる。本実施形態によれば、導電性材料を含む導電性接着層を介してイオン遮断層と前記導電性樹脂層とを接合することで接続抵抗を低減するため、集電体の面直方向の抵抗を低下させることができる。
【００６１】
具体的には、例えば、図６に示すように、樹脂層２とイオン遮断層３との間に、粒子状の導電性材料９と接着剤８ａとを含む導電性接着層８を配置する。導電性材料を含む導電性接着層を樹脂層とイオン遮断層との界面に配置することで、集電体の面直方向の導電性を確保し、集電効率を向上させることができる。好ましくは、前記導電性材料は、前記導電性接着層に分散されて存在する。
【００６２】
ここで、導電性接着層に含まれる導電性材料の平均粒子径は、導電性接着層の厚みと同等またはそれ以上であることが好ましい。導電性接着層に含まれる導電性材料の平均粒子径が導電性接着層の厚みと同等かそれ以上である場合、導電性樹脂と導電性接着層の導電パスが点接触となってパーコレーションパスが繋がりにくくなることを防ぐことができるため、界面の接触抵抗をより低下させることができる。導電性材料が、導電性接着層からはみ出してもなんら問題はなく、積層時にイオン遮断層と接触する面積が増加することで、むしろ接触抵抗を低減することができる。しかしながら、導電性接着層に含まれる導電性材料の粒子径が導電性接着層より非常に大きい場合、接着力が弱くなり、振動等により金属層が前記導電性樹脂から剥がれてしまう。このため、導電性接着層に含まれる導電性粒子の平均粒子径は、好ましくは、導電性接着層の厚さに対して０．５〜１．５倍であり、より好ましくは０．８〜１．２倍である。上記範囲であれば十分な導電パスを確保することができ、また接着力も保たれる。さらに、導電性接着層内で導電性材料がその形状を保持していることが好ましい。なお、導電性接着層の厚さは、好ましくは０．１〜３０μｍである。
【００６３】
さらに、好ましくは、前記導電性材料が、イオン遮断層−導電性接着層−樹脂層を貫通する。このような形態とすることで、集電体の面直方向の導電性をより向上させることができる。
【００６４】
導電性接着層に含まれる導電性材料の材質や形状について特に制限はない。導電性接着層に含まれる導電性材料の例としては、アルミニウム粒子、ＳＵＳ粒子、カーボン粒子、銀粒子、金粒子、銅粒子、チタン粒子などが挙げられるが、これらに限られるわけではない。合金粒子が用いられてもよい。導電性材料は、粒子状のものの他、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ものを用いることができる。
【００６５】
前記導電性接着層に含まれる前記導電性材料の含有量は、導電性接着層の全質量に対して、好ましくは１０〜８０質量％であり、より好ましくは２０〜８０質量％であり、さらに好ましくは４０〜８０質量％である。
【００６６】
導電性接着層に用いる接着剤の例としては、ゴム系、シリコーン系、オレフィン系、アクリル系の接着剤などが挙げられるが、これらに限られるわけではない。
【００６７】
図６のような導電性接着層を積層する方法としては、例えば接着剤と導電性材料とを混合したスラリーを、樹脂層またはイオン遮断層の表面にアプリケータなどを用いて所望の厚さに塗布し、乾燥する。その後、樹脂層またはイオン遮断層を積層して熱圧着することによって作製されうる。または、例えば、ファイバー形状の導電性材料が表面から突出したイオン遮断層またはファイバー形状の導電性材料が表面から突出した樹脂層を準備し、この表面に接着剤を塗布して樹脂層またはイオン遮断層を貼り合わせてもよい。
【００６８】
前記導電性接着層としては、図６のような導電性材料を含む接着剤から形成される場合の他に、図７のようにウィスカー形状の導電性材料を用いて形成することもできる（第５実施形態の集電体）。
【００６９】
図７では、イオン遮断層３として、表面に針状構造の粒子９ｂ（例えばウィスカー）を有する金属箔を準備する（図７（ｂ））。そして、針状構造の粒子９ｂを導電性材料として、樹脂層２とイオン遮断層３の界面に配置してこれらを電気的に接合する（図７（ａ））。これによって樹脂層とイオン遮断層との間の接触抵抗が低減されうる。ここで前記針状構造の粒子９ｂの高さは特に制限されないが、例えば、０．１〜１０μｍであり、好ましくは１〜３μｍである。
【００７０】
また、例えば、図８のように、針状構造の粒子９ｂの上に導電性粒子９ｃを付着させたイオン遮断層を用いることによって、さらに接触抵抗を低下させることもできる（第６実施形態の集電体）。針状構造の粒子の上に付着させる導電性粒子の材質や形状について特に制限はないが、カーボン粒子を用いることが取り扱いの容易性の観点から好ましい。この際、針状構造の粒子の上に付着させる導電性粒子の平均粒子径は、特に制限されないが、例えば、３０ｎｍ〜５μｍである。導電性粒子の密度も特に制限されず、所望の導電性に応じて調整されうる。例えば、前記導電性粒子は、好ましくは前記針状構造の粒子の１０〜９０質量％に付着させることができる。針状構造の粒子上に導電性粒子を付着させる方法も特に制限されないが、例えば、導電性物質を含むスラリーなどの物質を塗布し、加熱して付着させる方法が用いられうる。
【００７１】
上記で説明した双極型リチウムイオン電池は、集電体の構成に特徴を有する。以下、その他の主要な構成部材について説明する。
【００７２】
（活物質層）
［正極（正極活物質層）および負極（負極活物質層）］
活物質層１３または１５は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
【００７３】
正極活物質層１３は、正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、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、容量、出力特性の観点から、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。
【００７４】
負極活物質層１５は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば、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（例えば、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、金属材料、リチウム合金系負極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、容量、出力特性の観点から、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。
【００７５】
各活物質層１３、１５に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは１〜２０μｍである。
【００７６】
正極活物質層１３および負極活物質層１５は、バインダを含む。
【００７７】
活物質層に用いられるバインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、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）、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＭＶＥ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＣＴＦＥ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く正極電位、負極電位双方に安定であり活物質層に使用が可能となる。これらのバインダは、１種単独で用いてもよいし、２種併用してもよい。
【００７８】
活物質層中に含まれるバインダ量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質層に対して、０．５〜１５質量％であり、より好ましくは１〜１０質量％である。
【００７９】
活物質層に含まれうるその他の添加剤としては、例えば、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。
【００８０】
導電助剤とは、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をいう。導電助剤としては、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。
【００８１】
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。
【００８２】
イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、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。
【００８３】
正極活物質層および負極活物質層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。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。一例を挙げると、各活物質層の厚さは、２〜１００μｍ程度である。
【００８４】
（電解質層）
電解質層１３を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。
【００８５】
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、例えば、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。
【００８６】
一方、ポリマー電解質は、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。
【００８７】
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、例えば、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。
【００８８】
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を用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、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。
【００８９】
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。
【００９０】
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（例えば、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。
【００９１】
（最外層集電体）
最外層集電体の材質としては、例えば、金属や導電性高分子が採用されうる。電気の取り出しやすさの観点からは、好適には金属材料が用いられる。具体的には、例えば、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。
【００９２】
（タブおよびリード）
電池外部に電流を取り出す目的で、タブを用いてもよい。タブは最外層集電体や集電板に電気的に接続され、電池外装材であるラミネートシートの外部に取り出される。
【００９３】
タブを構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用のタブとして従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが好ましい。なお、正極タブと負極タブとでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。
【００９４】
正極端子リードおよび負極端子リードに関しても、必要に応じて使用する。正極端子リードおよび負極端子リードの材料は、公知のリチウムイオン二次電池で用いられる端子リードを用いることができる。なお、電池外装材２９から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品（例えば、自動車部品、特に電子機器等）に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。
【００９５】
（電池外装材）
電池外装材２９としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素（電池要素）を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、ＰＰ、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる３層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、ＥＶ、ＨＥＶ用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。
【００９６】
（絶縁部）
絶縁部３１は、電解質層１７からの電解液の漏れによる液絡を防止する。また、絶縁部３１は、電池内で隣り合う集電体どうしが接触したり、発電要素２１における単電池層１９の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。
【００９７】
絶縁部３１を構成する材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性（密封性）、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよい。例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ（製膜性）、経済性などの観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が、絶縁部３１の構成材料として好ましく用いられる。
【００９８】
なお、上記の双極型電池は、従来公知の製造方法により製造することができる。
【００９９】
＜双極型電池の外観構成＞
図９は、双極型電池の代表的な形態である積層型の扁平な双極型のリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
【０１００】
図９に示すように、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池５０では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ５８、負極タブ５９が引き出されている。発電要素（電池要素）５７は、リチウムイオン二次電池５０の電池外装材５２によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素（電池要素）５７は、正極タブ５８および負極タブ５９を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素（電池要素）５７は、先に説明した図１に示す双極型のリチウムイオン二次電池１０の発電要素（電池要素）２１に相当するものであり、正極（正極活物質層）１３、電解質層１７および負極（負極活物質層）１５で構成される単電池層（単セル）１９が複数積層されたものである。
【０１０１】
なお、上記リチウムイオン電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではなく、巻回型のリチウムイオン電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶（金属缶）を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素（電池要素）がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。
【０１０２】
また、図９に示すタブ５８、５９の取り出しに関しても、特に制限されるものではなく、正極タブ５８と負極タブ５９とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ５８と負極タブ５９をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図７に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶（金属缶）を利用して端子を形成すればよい。
【０１０３】
上記リチウムイオン電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
【０１０４】
＜組電池＞
組電池は、上記双極型電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも２つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
【０１０５】
図１０は、組電池の代表的な形態の外観図であって、図１０Ａは組電池の平面図であり、図１０Ｂは組電池の正面図であり、図１０Ｃは組電池の側面図である。
【０１０６】
図１０に示すように、組電池３００は、双極型電池が複数、直列に又は並列に接続して装脱着可能な小型の組電池２５０を形成し、この装脱着可能な小型の組電池２５０をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池３００を形成することもできる。図１０Ａは、組電池の平面図、図１０Ｂは正面図、図１０Ｃは側面図を示しているが、作成した装脱着可能な小型の組電池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、この組電池２５０は接続治具３１０を用いて複数段積層される。何個の双極型電池を接続して組電池２５０を作製するか、また、何段の組電池２５０を積層して組電池３００を作製するかは、搭載される車両（電気自動車）の電池容量や出力に応じて決めればよい。
【０１０７】
＜車両＞
上記双極型電池は、例えば上述した組電池の形態で、車両に搭載されうる。長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとＥＶ走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。言い換えれば、双極型電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池は、車両の駆動用電源として用いられうる。双極型電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車（いずれも四輪車（乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など）のほか、二輪車（バイク）や三輪車を含む）に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、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。
【０１０８】
図１１は、組電池を搭載した車両の概念図である。
【０１０９】
図１１に示したように、組電池３００を電気自動車４００のような車両に搭載するには、電気自動車４００の車体中央部の座席下に搭載する。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。以上のような組電池３００を用いた電気自動車４００は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。
【実施例】
【０１１０】
以下、本発明を、実施例を通して説明する。ただし、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【０１１１】
（実施例１）
樹脂層として、異方導電性フィルム（米国Ｂｔｅｃｈ社製  ＴＰ−２・ＡＣＦ、高分子材料：ポリアミド、導電性材料：ニッケルファイバー、フィルム厚さ：１００μｍ）を準備した。この樹脂層を負極側イオン遮断層である銅箔（厚さ：５μｍ）と正極側イオン遮断層であるアルミニウム箔（厚さ：２０μｍ）とで挟み込むようにバッチ式加熱プレス機を用いて、１５０℃、０．４ＭＰａで熱圧着することによって積層し、集電体を得た。用いた異方導電性フィルムの厚さ方向の電気抵抗は１５０μΩ以下（１．５ｃｍ２）であり、平面方向の電気抵抗は２０ＭΩ以上であった。
【０１１２】
図１２に、用いた異方導電性フィルムの断面のＳＥＭ写真を示す。ニッケルファイバーが面直方向に配向して配置され、面直方向の高い導電性に寄与していることがわかる。
【０１１３】
（実施例２）
樹脂層として、異方導電性フィルム（米国Ｂｔｅｃｈ社製  ＨＭ−２・ＡＣＦ、高分子材料：ポリアミド、導電性材料：カーボンファイバー、フィルム厚さ：１００μｍ）を用いたことを除いては、実施例１と同様にして集電体を作製した。異方導電性フィルムの厚さ方向の電気抵抗は１５ｍΩ以下（１．５ｃｍ２）であった。
【０１１４】
（実施例３）
樹脂層としての導電性塗料（日本黒鉛工業株式会社製  バニーハイトＵＣＣ、高分子材料：ゴム、導電性材料：黒鉛（平均粒子径１５μｍ）、カーボンブラック）を用意した。この導電性塗料を用いて、負極側イオン遮断層である銅箔（厚さ：５μｍ）と正極側イオン遮断層であるアルミニウム箔（厚さ：２０μｍ）とを接着し、積層した。具体的には、導電性材料の粒子の平均粒子径と同等のギャップのアプリケータを用いて、銅箔上に導電性接着剤を塗布し、ホットプレートを用いて１００℃で１０分間乾燥した後、バッチ式加熱プレス機を用いて、１２０℃、３ＭＰａで熱圧着した。アルミニウム箔についても同様の操作を行って、集電体を得た。
【０１１５】
（比較例１）
低密度ポリエチレンとケッチェンブラック（ライオン社製、ＥＣ−６００ＪＤ）とを二軸押し出し機にて混合、押出して樹脂層を作製した。この樹脂層を用いて、銅箔（厚さ：５μｍ）およびアルミニウム箔（厚さ：２０μｍ）を熱圧着し、積層した。具体的には、バッチ式加熱プレス機にて、１２０℃、３ＭＰａで熱圧着した。
【０１１６】
（接触抵抗測定）
実施例３および比較例１で作製した集電体の厚さ方向の抵抗を、抵抗測定装置（アルバック理工社製  ＴＥＲ−２００ＳＳ）を用いて、四端子法にて測定した。測定圧力は０．１〜３．０ＭＰａであり、測定温度は室温であった。結果を図１３に示す。比較例１で用いた樹脂層の抵抗測定の結果も併せて示す。図１３から、比較例１で作製した集電体の抵抗は、０．１ＭＰａにおいて約１５００ｍΩ・ｃｍ２であった。これに対して、実施例３で作製した集電体の抵抗は、同条件で約８００ｍΩ・ｃｍ２であった。以上の結果から、樹脂層とイオン遮断層とを貼り合わせる際、導電性接着層を介して電気的に接続することで面直方向の抵抗が大幅に低減することがわかった。
【０１１７】
上述したように、双極型リチウムイオン二次電池における集電体においては、隔壁（バリア性）機能、導電（面直方向の導通）機能、および面内方向の導通を抑制する機能、が要求される。実施例１〜３で作製した集電体は、イオン遮断層として銅箔やアルミニウム箔のような金属箔を用いるため、十分な隔壁（バリア性）機能を有する。
【０１１８】
さらに、集電体の面直方向の抵抗に関しては、図１３に示すように、実施例３の集電体の面直方向の抵抗が０．１ＭＰａにおいて約８００ｍΩ・ｃｍ２であり、問題なく利用できる範囲であることが明らかになった。通常の積層型リチウムイオン二次電池が、集電体の面内方向に導通させるのに対して、双極型リチウムイオン二次電池は、集電体の面直方向に導通させることを考慮すれば、集電体の体積抵抗率がある程度高い場合であっても問題なく利用できるといえる。実施例１、２の集電体に関しても、樹脂層の表面に導電性フィラーの金属部分がむき出しになっているため、樹脂層とイオン遮断層とを積層した場合の接続抵抗は無視できる程度に小さい。そのため、集電体の面直方向の抵抗は、樹脂層の面直方向の抵抗とほぼ同等であると考えられる。
【０１１９】
さらに、実施例１〜３の集電体は、金属材料を用いたイオン遮断層の厚みを２０μｍ程度に薄くしていること、さらに、実施例１、２では樹脂層として異方導電性材料を用いていることにより、集電体の面内方向の導通が十分に抑制されていると考えられる。
【０１２０】
（実施例４）
イオン遮断層である銅箔（厚さ：５μｍ）の表面に、ギャップ１５μｍのアプリケータを用いて導電性塗料（日本黒鉛株式会社製  バニーハイトＵＣＣ、高分子材料：ゴム、導電性材料：黒鉛（平均粒子径１５μｍ）、カーボンブラック）を塗布した。これにより、導電性接着層を形成した。この導電性接着層の上に、樹脂層である導電性樹脂（オレフィン系樹脂、厚さ：１００μｍ）を重ねて張り合わせた。その後、ホットプレートを用いて１００℃で１０分間乾燥した後、バッチ式加熱プレス機を用いて、１２０℃、３ＭＰａで１０分間加圧して熱圧着し、集電体を得た。
【０１２１】
（比較例２）
導電性接着層を形成せずに、銅箔と導電性樹脂とを、バッチ式加熱プレス機を用いて、１２０℃、３ＭＰａで１０分間加圧して熱圧着したことを除いては実施例４と同様の手法を用いて集電体を作製した。
【０１２２】
（比較例３）
実施例４の導電性接着剤に代えて、導電性を有さない接着剤を用いたことを除いては、実施例４と同様の手法を用いて集電体を作製した。
【０１２３】
（実施例５）
直径が約２０〜３０ｎｍのアルミニウムカーバイド（Ａｌ４Ｃ３）のウィスカーを表面に有するアルミニウム箔（トーヤルカーボ（登録商標）、東洋アルミニウム株式会社製）を準備した。この両面に、炭素含有粒子を含む炭素含有物質を塗布し、付着させることにより、導電性接着層を形成した。炭素含有物質の組成は、平均粒径が約３００ｎｍのカーボンブラックを溶剤（トルエン及びメチルエチルケトン）に分散させて、固形分を２０％に調製したものであった。この導電性接着層の上に樹脂層である導電性樹脂（オレフィン系樹脂、厚さ：１００μｍ）を積層し、バッチ式加熱プレス機を用いて、１２０℃、３ＭＰａで１０分間加圧して熱圧着し、集電体を得た。
【０１２４】
（実施例６）
前記炭素含有物質の固形分を３０質量％に調製したことを除いては、実施例５と同様の手法で集電体を作製した。
【０１２５】
（接触抵抗測定）
実施例４〜６、比較例２で作製した集電体の厚さ方向の抵抗を、抵抗測定装置（アルバック理工社製）を用いて測定した。測定圧力は０．１〜３．０ＭＰａであり、測定温度は室温であった。結果を図１４および図１５に示す。図１４および図１５の縦軸は、用いた導電性樹脂の０．１ＭＰａでの抵抗値を１とした相対値である。図１４の実施例４と比較例１との比較から、樹脂層とイオン遮断層とを貼り合わせる際、導電性接着層を介して電気的に接続することで面直方向の抵抗が大幅に低減することがわかった。実施例４の集電体では、導電性接着層に含まれる導電性材料の大きさが導電性接着層の厚みと同等であるため、樹脂層とイオン遮断層とが電気的に直接接合される。なお、比較例２のように導電性を有さない接着剤を用いた場合は、比較例２の集電体と比べて接触抵抗の低減はみられなかった（図示せず）。なお、平面方向の体積抵抗率は、いずれの集電体も、３．４×１０−５Ω・ｃｍ程度であった。
【０１２６】
さらに、図１５に示す実施例５、６の結果から、イオン遮断層としての金属の表面に存在するウィスカーに導電性を有するカーボン粒子を付着させて形成した層が導電性接着層として機能し、樹脂層との接触抵抗を低減できることがわかった。また、実施例５、６の比較から、ウィスカーに付着させるカーボン粒子の量を増加させると界面抵抗がより低減できることが明らかになった。
【符号の説明】
【０１２７】
２    樹脂層、
３、３ａ、３ｂ    イオン遮断層、
４、４’    導電性材料、
５    高分子材料、
６    界面、
７    貫通孔、
８    導電性接着層、
８ａ    接着剤、
９    導電性材料、
９ｂ    突起状構造、
９ｃ    導電性粒子、
１０、５０    双極型リチウムイオン二次電池、
１１、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５    集電体、
１１ａ    正極側の最外層集電体、
１１ｂ    負極側の最外層集電体、
１３    正極活物質層、
１５    負極活物質層、
１７    電解質層、
１９    単電池層、
２１、５７    発電要素、
２３    双極型電極、
２５    正極集電板、
２７    負極集電板、
２９、５２    電池外装材、
３１    絶縁部、
５８    正極タブ、
５９    負極タブ、
２５０    小型の組電池、
３００    組電池、
３１０    接続治具、
４００    電気自動車。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１２】
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