(57)【要約】【課題】外装材が膨張しても電池内が所定温度以上であれば電流を抑制することができる双極型二次電池を提供する。【解決手段】本発明の双極型二次電池１００は、発電要素４０と、集電板１０１，１０２と、調節機構５０と、外装材１０３とを有する。発電要素は、集電体の一方の面に正極活物質層２３が形成され、他方の面に負極活物質層２４が形成される双極型電極２１が電解質層２５を介して積層される。集電板は、発電要素の双極型電極の積層方向両端に互いに対向して配置される。調節機構５０は、発電要素の温度に応じて双極型電極と集電板との接触面積を調節する。外装材１０３は、発電要素、集電板、および調節部材を封入する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体の一方の面に正極活物質層が形成され、他方の面に負極活物質層が形成される双極型電極が電解質層を介して積層された発電要素と、
前記発電要素の前記双極型電極の積層方向両端に互いに対向して配置される集電板と、
前記発電要素の温度に応じて前記双極型電極と前記集電板との接触面積を調節する調節手段と、
前記発電要素、前記集電板、および前記調節手段を封入する外装材と、
を有することを特徴とする双極型二次電池。
【請求項２】
前記調節手段は、対向する前記集電板の間に配置されて当該集電板を前記双極型電極に対して離間させる応力を生成する応力生成部を有することを特徴とする請求項１に記載の双極型二次電池。
【請求項３】
前記集電板の積層方向から見た面積は、前記双極型電極の積層方向両端面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の双極型二次電池。
【請求項４】
前記調節手段により生成された応力と前記外装材の内側の気圧との和が、外気圧を上回ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の双極型二次電池。
【請求項５】
前記外装材と前記発電要素との間の空間には、沸点が３００℃以下である電解質が少なくとも数％含まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の双極型二次電池。
【請求項６】
前記調節手段は、前記発電要素の温度が所定の温度以上のとき、前記集電板を変形させて前記双極型電極と前記集電板との接触面積を減少させる変形部材を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の双極型二次電池。
【請求項７】
前記変形部材は、熱膨張係数が前記集電板と異なる材料を含むことを特徴とする請求項６に記載の双極型二次電池。
【請求項８】
前記変形部材は、前記集電板に積層されることを特徴とする請求項６または７に記載の双極型二次電池。
【請求項９】
前記変形部材の熱膨張係数は、前記集電板の熱膨張係数より小さいことを特徴とする請求項７または８に記載の双極型二次電池。
【請求項１０】
前記調節手段は、前記発電要素の前記双極型電極の積層方向両端に配置される集電板の双方に設置されることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の双極型二次電池。
【請求項１１】
前記調節手段は、前記変形部材によって前記双極型電極との接触面積が減少した前記集電板の接触面に絶縁材料を有することを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の双極型二次電池。
【請求項１２】
前記変形部材は、前記集電板の中心部に比べて周縁部に厚く形成されることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の双極型二次電池。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の双極型二次電池を、複数直列、並列、または直列と並列とを組み合わせて接続したことを特徴とする組電池。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の双極型二次電池または請求項１３に記載の組電池を駆動用電源として搭載したことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双極型二次電池、その双極型二次電池を用いた組電池および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）および電気自動車（ＥＶ）などの電動車両の需要の増加に伴い、これら電動車両の駆動源である二次電池の生産量が増加している。二次電池の構造には様々なものがあり、そのなかでも、発電要素が外装材により密閉された構造の双極型二次電池が良く知られている。
【０００３】
双極型二次電池は、予期し得ない過充電、過放電、短絡などに起因する発電要素の発熱に備えて電流を遮断する保護機構を有する。保護機構としては、たとえば下記の特許文献１に示す破砕型圧力検知デバイスが知られている。特許文献１に示す破砕型圧力検知デバイスでは、外装材により密閉された電池内の温度上昇に伴い電池内圧が上昇し、導電路を有する破砕板が所定の圧力で破砕することにより、電池に流れる電流が遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７４３５４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、上記保護機構では、電池内の温度上昇に伴い電池内圧が上昇して大気圧以上となる場合、電池の外装材が膨張することにより、電池内圧の上昇が妨げられることは考慮されていない。したがって、上記保護機構では、適切なタイミングで電流が遮断されない可能性、たとえば電流を遮断するタイミングが遅れる可能性がある。その結果、電池の劣化が進み、機能が停止してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、外装材が膨張しても電池内が所定温度以上であれば電流を抑制することができる双極型二次電池を提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、上記双極型二次電池を用いた組電池を提供することである。
【０００８】
また、本発明のさらに他の目的は、上記双極型二次電池および組電池を用いた車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１０】
本発明の双極型二次電池は、発電要素と、集電板と、調節手段と、外装材とを有する。発電要素は、集電体の一方の面に正極活物質層が形成され、他方の面に負極活物質層が形成される双極型電極が電解質層を介して積層されるものである。集電板は、発電要素の双極型電極の積層方向両端に互いに対向して配置される。調節手段は、発電要素の温度に応じて双極型電極と集電板との接触面積を調節する。外装材は、発電要素、集電板、および調節手段を封入する。
【００１１】
本発明の組電池は、上記双極型二次電池を、複数直列、並列、または直列と並列とを組み合わせて接続している。
【００１２】
本発明の車両は、上記双極型二次電池または上記組電池を駆動用電源として搭載している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の双極型二次電池によれば、発電要素の温度に応じて双極型電極と集電板との接触面積を調節する調節手段を有するので、電池内の温度が所定温度以上であれば、双極型電極と集電板との接触抵抗が高くなり、電池に流れる電流を抑制することができる。その結果、電池の温度上昇が抑制されるため、電池の機能が停止してしまうことを防止することができる。
【００１４】
本発明の組電池は、上記双極型二次電池を、複数直列、並列、または直列と並列とを組み合わせて接続している。
【００１５】
本発明の車両は、上記双極型二次電池または上記組電池を駆動用電源として搭載している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における双極型二次電池の外観図である。
【図２】図１に示す双極型二次電池のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図２に示す断面図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】図２に示す双極型二次電池における弾性体の配置を説明するための断面図である。
【図５】図２に示す双極型二次電池における弾性体の適用例を説明するための図である。
【図６】図２に示す双極型二次電池におけるスタック固定バンドについて説明するための図である。
【図７】図１に示す双極型二次電池から構成される組電池を説明するための斜視図である。
【図８】図７に示す組電池を搭載した車両を説明するための概略構成図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態における双極型二次電池を説明するための図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における双極型二次電池を説明するための図である。
【図１１】図１０に示す双極型二次電池における変形部材の形成を説明するための図である。
【図１２】図１０に示す双極型二次電池における導電膜の形成を説明するための図である。
【図１３】第３の実施の形態における双極型二次電池の変形例を説明するための図である。
【図１４】第３の実施の形態における双極型二次電池の他の変形例を説明するための図である。
【図１５】第３の実施の形態における双極型二次電池の他の変形例を説明するための図である。
【図１６】第３の実施の形態における双極型二次電池の他の変形例を説明するための図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態における双極型二次電池を説明するための図である。
【図１８】第４の実施の形態における双極型二次電池の変形例を説明するための図である。
【図１９】本発明の第５の実施の形態における双極型二次電池を説明するための図である。
【図２０】本発明の第６の実施の形態における双極型二次電池を説明するための図である。
【図２１】第６の実施の形態における双極型二次電池の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照して本発明の双極型二次電池の実施の形態を説明する。なお、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。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。以下の各実施の形態では双極型リチウムイオン二次電池を例示して説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における双極型二次電池の外観図である。本実施の形態の双極型二次電池は、電池内が所定温度以上であれば電池に流れる電流を抑制するものである。なお、本明細書をとおして所定温度とは、双極型二次電池の機能が停止しない程度の温度であり、設計条件（たとえば、電極活物質、電解液、セパレータなどの材料）に応じて適宜変更され得る温度を意味する。
【００１９】
図１に示すとおり、本実施の形態の双極型二次電池１００は扁平形状を有し、対向する両辺側からは、正極集電板１０１、負極集電板１０２が引き出されている。双極型二次電池１００は、外装材１０３の周囲を熱融着することによって、外装材１０３内をほぼ真空状態にして密封し、外気の導入を防止している。
【００２０】
＜外装材＞
外装材１０３は、内部と外部との圧力差により破壊されることなく、容易に変形し得る可撓性を有するシート状素材により形成される。シート状素材は、電解液や気体を透過させず、電気絶縁性を有し、電解液などの材料に対して化学的に安定であることが望ましい。シート状素材としては、ラミネートフィルム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネートなどが好適に用いられる。ラミネートフィルムは、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属（合金を含む）からなる金属箔を、ポリプロピレンフィルムなどの絶縁性の合成樹脂膜で被覆したものである。
【００２１】
本実施の形態では、シート状素材としてラミネートフィルムが用いられる。ラミネートフィルム製の外装材１０３が大気圧により容易に変形するため、外装材１０３の内側は大気圧よりも低い圧力で維持される。
【００２２】
図２は、図１に示す双極型二次電池のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２に示すとおり、本実施の形態の双極型二次電池１００は、外装材１０３内に発電要素４０および調節機構５０を有する。以下、発電要素４０および調節機構（調節手段）５０について詳細に説明する。
【００２３】
＜発電要素＞
発電要素４０は、集電体２２の一方の面に正極活物質層２３が形成され、他方の面に負極活物質層２４が形成されて成る複数の双極型電極２１を、電解質層２５を交互に複数介在させて積層して形成する。正極活物質層２３、電解質層２５、負極活物質層２４の積層方向両端面に集電体２２を含めることで単電池２６が形成される。それぞれの単電池２６の周囲には、正極活物質層２３、電解質層２５、負極活物質層２４と外気との接触を遮断するシール部３０が形成される。図２に示される発電要素４０は３個の単電池２６が設けられている。単電池２６の数は、要求される電圧や容量に応じて任意に選択できる。
【００２４】
発電要素４０の積層方向の一方の最外層には、正極活物質層２３のみを片方の面に備えた集電体２２ａが位置され、また、他方の最外層には、負極活物質層２４のみを片方の面に備えた集電体２２ｂが位置される。
【００２５】
なお、本実施の形態では、発電要素４０の積層方向の両端に、正極活物質層２３または負極活物質層２４のみを備えた集電体２２ａ，２２ｂを用いたものを例示した。しかしながら、発電要素４０の両端以外に用いられている、正極活物質層２３および負極活物質層２４を備えた双極型電極２１をそのまま発電要素４０の積層方向の両端の最外層に用いるようにしても良い。
【００２６】
＜正極活物質層＞
正極は、正極活物質を含む。このほかにも、導電助剤、バインダーなどが含まれ得る。化学架橋または物理架橋によりゲル電解質として正極および負極内に十分に浸透させている。
【００２７】
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などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などが挙げられる。この他、ＬｉＦｅＰＯ４など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などの遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨなどが挙げられる。
【００２８】
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などにより製膜し得るものであればよい。さらに発電要素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。
【００２９】
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、リチウムイオン伝導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。
【００３０】
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い。例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０などの無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎなど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など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など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−ジブトキシエタンなどのエーテル類；γ−ブチロラクトンなどのラクトン類；アセトニトリルなどのニトリル類；プロピオン酸メチルなどのエステル類；ジメチルホルムアミドなどのアミド類；酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくとも１種類または２種以上を混合した、非プロトン性溶媒などの有機溶媒（可塑剤）を用いたものなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００３１】
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）、これらの共重合体などが挙げられる。
【００３２】
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）などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、ＰＡＮ、ＰＭＭＡなどは、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伝導性を持たない高分子として例示したものである。
【００３３】
上記リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０などの無機酸陰イオン塩、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎなどの有機酸陰イオン塩、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００３４】
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、グラファイトなどが挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００３５】
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、正極および負極に含浸させている。
【００３６】
正極における、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、エネルギー重視など）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。例えば、正極内における電解質、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。
【００３７】
正極の厚さは、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、エネルギー重視など）、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の厚さは１０〜５００μｍ程度である。
【００３８】
＜負極活物質層＞
負極は、負極活物質を含む。このほかにも、導電助剤、バインダーなどが含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極」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。
【００３９】
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、カーボンなどが好ましい。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。
【００４０】
特に、本実施形態にあっては、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を用い、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を用いることによって、容量、出力特性に優れた電池を構成できる。
【００４１】
＜電解質層＞
電解質層は、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。
【００４２】
本実施形態の電解質は、高分子ゲル電解質であり、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。
【００４３】
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）など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が含んだものである。さらに、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）など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。また、セラミックなどのイオン伝導性を持つ無機固体型電解質も全固体型電解質にあたる。
【００４４】
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または負極にも含まれ得る。電池を構成する高分子電解質、正極、負極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。
【００４５】
ここで、上記、高分子ゲル電解質、固体高分子型電解質、無機固体型電解質すべてを含めて固体電解質とする。
【００４６】
電池を構成する電解質の厚さは、特に限定されるものではない。しかしながら、コンパクトな双極型二次電池を得るためには、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（正極または負極）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。
【００４７】
双極型二次電池の電解質層として固体電解質を用いることにより漏液を防止することが可能となり、双極型二次電池特有の問題である液絡を防ぎ、信頼性の高い双極型二次電池を提供できる。また、漏液がないため、シール部３０の構成を簡易にすることもできる。よって、双極型二次電池を容易に作成することが可能になる。さらに、双極型二次電池の信頼性を高めることができる。
【００４８】
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などが使用できる。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など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。
【００４９】
＜シール部＞
シール部は、単電池の外周部に設けられ、電解質のイオン伝導度を下げないために、発電要素と外気との接触が遮断されている。電解質として、液体または半固体のゲル状の電解質だけではなく、固体状の電解質を使用している。シール部を設けることで、空気あるいは空気中に含まれる水分と活物質とが反応することを防止している。また、液体または半固体のゲル状の電解質を使用する場合に生じ得る、液漏れによる液絡も防止している。
【００５０】
シール前駆体として、例えば、加圧変形させることによって集電体２２に密着するゴム系樹脂、または加熱加圧して熱融着させることによって集電体２２に密着するオレフィン系樹脂などの熱融着可能な樹脂を好適に利用することができる。
【００５１】
ゴム系樹脂としては、特に制限されるものではないが、好ましくは、シリコン系ゴム、フッ素系ゴム、オレフィン系ゴム、ニトリル系ゴムよりなる群から選択されるゴム系樹脂である。これらのゴム系樹脂は、シール性、耐アルカリ性、耐薬品性、耐久性・耐候性、耐熱性などに優れ、使用環境下でもこれらの優れた性能、品質を劣化させずに長期間維持することができる。熱融着可能な樹脂としては、シール部として発電要素４０のあらゆる使用環境下にて、優れたシール効果を発揮することができるものであれば特に制限されるものではない。好ましくは、シリコン、エポキシ、ウレタン、ポリブタジエン、オレフィン系樹脂（ポリプロピレン、ポリエチレンなど）、パラフィンワックスよりなる群から選択される樹脂である。これらの熱融着可能な樹脂は、シール性、耐アルカリ性、耐薬品性、耐久性・耐候性、耐熱性などに優れ、使用環境下でもこれらの優れた性能、品質を劣化させずに長期間維持することができる。
【００５２】
＜正極集電板および負極集電板＞
本実施の形態では、集電板および集電体の材料は、特に制限されるものではなく、公知のものが使用され得る。例えば、集電板および集電体の材料としてアルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）などが好適に使用される。正極集電板１０１および負極集電板１０２（以下、単に集電板１０１，１０２と称する）は、上記の材料をインクジェット方式により基材へ吹き付けるか、あるいは、めっき、被覆、複数の金属材料の張り合わせによって形成される。また、集電体は、樹脂を含むこともできる。
【００５３】
集電板１０１，１０２の積層方向から見た面積は、発電要素４０の双極型電極２１の積層方向両端面の面積よりも大きい。したがって、集電板１０１，１０２に応力を均等にかけることができる。
【００５４】
正極集電板１０１は、端部集電体２２ａと機械的に締結されておらず、外装材１０３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、端部集電体２２ａと電気的に連結されている。正極集電板１０１と端部集電体２２ａとの間には、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。
【００５５】
＜調節機構＞
次に、図２および図３を参照して、本実施の形態の調節機構５０について説明する。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図３は、図２に示す断面図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００５６】
調節機構５０は、発電要素４０の温度に応じて双極型電極２１と正極集電板１０１との接触面積を調節する弾性体（応力生成部）５１を有する。より具体的には、調節機構５０は、対向する正極集電板１０１と負極集電板１０２との間に配置されて正極集電板１０１を双極型電極２１に対して離間させる応力を生成する弾性体５１を有する。したがって、正極集電板１０１が発電要素４０の温度上昇による外装材の膨張に追従して双極型電極２１に対して離間する。そして、正極集電板１０１が双極型電極２１に対して離間され、双極型電極２１と正極集電板１０１とが絶縁されることにより、双極型二次電池１００に流れる電流が遮断される。なお、弾性体５１は、高分子、セラミクスなどの絶縁性の材料、あるいは導電性の材料に絶縁性の材料を被膜したものが用いられる。
【００５７】
図２および図３に示すとおり、本実施の形態では、弾性体５１は、正極集電板１０１と負極集電板１０２との間の四隅にその一端を正極集電板１０１と接し、他端を負極集電板１０２と接するように配置される。しかしながら、弾性体５１の個数および配置は、集電板１０１，１０２に均等な応力をかけることができれば、図３の形態に限定されない。たとえば、図３の集電板１０１，１０２の外縁に沿って隣接する各弾性体５１の中間の位置にさらに１つずつ弾性体５１を追加して、合計８個の弾性体５１を配置することもできる。弾性体５１の個数を増やすことにより、応力が集電板１０１，１０２に対してさらに均等にかけられる。その結果、正極集電板１０１が双極型電極２１に対して離間される際の揺らぎが減少する。
【００５８】
一方、図４に示すとおり、発電要素４０の中央部に発電要素４０を正極集電板１０１から負極集電板１０２に向けて貫通する開口部を設け、１個の弾性体５１を配置することもできる。さらに、発電要素４０を２つの領域に分断するように発電要素４０の開口部を拡大して、複数の弾性体５１が配置され得る。
【００５９】
弾性体５１は、図２に示すとおり、所定のバネ定数ｋを有するコイルバネである。弾性体５１は、コイルバネ、皿バネ、板バネなどのバネのほか、金属多孔体、セラミックス多孔体、ポリマー多孔体などの多孔体材料を用いても形成され得る。
【００６０】
図５は、弾性体５１としてセラミックス多孔体またはポリマー多孔体を用いた例を説明するための図である。図５（Ａ）は、外装材１０３の内側を示す部分断面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図５に示すとおり、弾性体５１としてのセラミックス多孔体またはポリマー多孔体が、集電体１０１，１０２の周縁部に沿って配置される。そして、セラミックス多孔体またはポリマー多孔体材料は、集電体１０１，１０２の周縁部に沿って均一に充填されるため、応力が集電板１０１，１０２に対して均等にかけられる。
【００６１】
バネ定数ｋは、双極型二次電池１００の動作開始時に弾性体５１により生成される応力Ｔと外装材１０３の内側の気圧Ｐｉとの和が、外気圧Ｐｅを上回るように設定される。すなわち、弾性体５１による応力をＴ（Ｎ）、集電板１０１，１０２の面積をＡ（ｍ２）、電流が遮断され始める外装材１０３の内側の圧力をＰｉ（Ｐａ）、外気圧をＰｅ（Ｐａ）とすると、（Ｔ／Ａ＋Ｐｉ）＞Ｐｅを満足するように設定される。したがって、気圧Ｐｉが外気圧Ｐｅより低い状態において、応力Ｔで正極集電板１０１を双極型電極２１に対して離間することができる。
【００６２】
上述のとおり、集電板１０１，１０２には、応力が均等にかけられることが好ましい。一方、正極集電板１０１が双極型電極２１に対して離間される際に、正極集電板１０１の移動が揺らぐと、電流の遮断が不十分となる可能性があるため、正極集電板１０１が移動する際の揺らぎをできるかぎり減少させることも必要である。たとえば、正極集電板１０１が双極型電極２１に対して離間される際に斜めに移動したり、弾性体５１の個体差により正極集電板１０１が双極型電極２１の片側に接触したりすると、双極型電極２１と正極集電板１０１との間の電流の遮断が不十分となる可能性がある。
【００６３】
正極集電板１０１が移動する際の揺らぎを減少させるための一つの方法として、弾性体５１の中心に支持柱を通す方法が挙げられる。支持柱は、一端部が負極集電板１０２に固定されており、他端部が正極集電板１０１を貫通している棒状部材である。正極集電板１０１は、支持柱が正極集電板１０１を貫通した状態で摺動されるので、支持柱に沿って双極型電極２１の積層方向に確実に離間される。また、支持柱の正極集電板１０１側に突出した端部に正極集電板１０１の移動を止めるためのストッパを設けることにより、正極集電板１０１の支持柱に沿う移動を制限することができる。その結果、双極型電極２１が膨張して正極集電板１０１にくっ付いてしまうことが防止される。ストッパは、たとえば、支持柱の端部をＴ字状に作製することにより形成される。
【００６４】
さらに、発電要素４０の膨張に備えてスタック固定バンド６０を設置することもできる。スタック固定バンド６０は、発電要素４０の膨張を抑制する機能を果たすものである。以下、図６を参照してスタック固定バンド６０について説明する。
【００６５】
図６（Ａ）は、発電要素４０の側面を示す図であり、図６（Ｂ）は、発電要素４０の上面を示す平面図である。スタック固定バンド６０は、弾性体を有しており、応力により伸張する方向と反対方向に収縮力が働く。図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すとおり、スタック固定バンド６０は、発電要素４０を取り囲むように配置されており、発電要素４０が急激に膨張した場合、スタック固定バンド６０により膨張が抑制される方向に力が働く。なお、図６（Ｂ）に示すスタック固定バンド６０と中心点で交差するように複数のスタック固定バンドを配置してもよい。
【００６６】
以上のとおり構成される本実施の形態の双極型二次電池１００によれば、発電要素４０の温度に応じて双極型電極２１と正極集電板１０１との接触面積を調節する弾性体５１を有するので、発電要素が所定温度以上であれば、双極型電極２１と正極集電板１０１との接触抵抗が高くなり、双極型二次電池１００に流れる電流を抑制することができる。その結果、双極型二次電池１００の温度上昇が抑制されるため、双極型二次電池１００の機能が停止することを防止することができる。
【００６７】
次に、図７および図８を参照して、本実施の形態における組電池および車両について説明する。
【００６８】
＜組電池＞
以上説明してきた双極型二次電池１００は、直列または並列に複数接続されて電池モジュール２００を形成し、電池モジュール２００がさらに直列または並列に複数接続されて組電池３００を形成することができる。電池モジュール２００は、双極型二次電池１００を複数個積層してモジュールケース内に収納し、各双極型二次電池１００を並列に接続したものである。図７は、本実施の形態における組電池の斜視図である。作成された電池モジュール２００は、バスバーのような電気的な接続部材を用いて相互に接続され、複数段積層される。組電池３００に用いる双極型二次電池１００の個数および電池モジュール２００の積層数は、搭載される車両の電池容量および出力に応じて決定される。
【００６９】
＜車両＞
図８は、本実施の形態における車両として電気自動車を示す概略構成図である。上述した双極型二次電池１００、電池モジュール２００、および／または組電池３００を自動車および電車などの車両に搭載し、モータなどの電気機器の駆動用電源に使用することができる。図８に示すとおり、本実施の形態の電気自動車４００は、車体中央部の座席下に組電池３００を搭載する。組電池３００から電力が供給されるモータによって駆動輪が回転し、電気自動車４００が走行する。そして、このような構成の電気自動車４００では、双極型二次電池１００における発熱が防止されるため、電池機能は停止せず、電気自動車４００の信頼性が向上する。なお、本実施の形態の双極型二次電池１００または組電池３００は、車両に搭載する他に、定置型電池としても使用可能である。
【００７０】
以上のとおり、説明した本実施の形態は以下の効果を奏する。
【００７１】
（ａ）本実施の形態の双極型二次電池は、発電要素の温度に応じて双極型電極と正極集電板との接触面積を調節する調節機構を有するので、発電要素の温度が所定温度以上であれば、双極型電極と正極集電板との接触抵抗が高くなり、双極型二次電池に流れる電流を抑制することができる。その結果、双極型二次電池の温度上昇が抑制されるため、双極型二次電池の機能が停止することを防止することができる。
【００７２】
（ｂ）調節機構は、正極集電板を双極型電極に対して離間させるための応力を生成する弾性体を有するので、正極集電板が発電要素の温度上昇による外装材の膨張に追従して双極型電極に対して離間する。その結果、双極型電極と正極集電板との接触抵抗が高くなり、電池に流れる電流を抑制することができる。
【００７３】
（ｃ）集電板の積層方向から見た面積は、双極型電極の積層方向両端面の面積より大きいので、弾性体を集電板の外縁に沿って配置することができる。その結果、集電板に応力を均等にかけることができる。
【００７４】
（ｄ）調節機構により生成される応力と外装材の内側の気圧との和が外気圧を上回るので、外装材の内側の気圧が外気圧より低い状態において、調節機構により生成される応力で正極集電板を双極型電極に対して離間することができる。その結果、双極型電極と正極集電板との接触抵抗が高くなり電池に流れる電流を抑制することができる。
【００７５】
（ｅ）本実施の形態の組電池は、上記双極型二次電池を、複数直列、並列、または直列と並列とを組み合わせて接続している。したがって、電池要素の発熱が防止されるため、電池の機能が停止しまうことが防止される。その結果、電池の耐久性が向上する。
【００７６】
（ｆ）本実施の形態の車両は、上記双極型二次電池または上記組電池を駆動用電源として搭載している。したがって、電池の耐久性が向上するため、車両の信頼性が向上する。
【００７７】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、調節機構としてコイルバネ、セラミックス多孔体、またはポリマー多孔体が用いられる場合について述べた。本実施の形態では、調節機構として溶媒の添加により外装材の内側の蒸気圧を上昇させて、正極集電板を双極型電極から離間させる場合について述べる。
【００７８】
図９は、本発明の第２の実施の形態における双極型二次電池を説明するための図である。
【００７９】
図９に示すとおり、本実施の形態では、沸点が３００℃以下の液体溶媒（電解質）がポリマーパック７０に収容されており、ポリマーパック７０は、外装材１０３と発電要素４０との間の空間に設置される。外装材１０３と発電要素４０との間の空間の温度が所定温度に達すると、ポリマーパック７０が破裂し、ポリマーパック７０に収容された溶媒が気化して拡散する。その結果、外装材１０３と発電要素４０との間の空間の蒸気圧が上昇して正極集電板１０１を双極型電極２１から離間させる。溶媒としては、たとえばジメチルカーボネート、フルオロアルキルエーテル類などが挙げられる。なお、溶媒により電池性能および安全性に影響がない場合は、外装材１０３と発電要素４０との間の空間に溶媒を直接的に少量添加することもできる。また、図９に示すとおり、本実施の形態の弾性体５１としての溶媒の添加は、第１の実施の形態で説明した弾性体５１と併用され得る。
【００８０】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００８１】
（ｇ）外装材と発電要素との間の空間には、沸点が３００℃以下である溶媒が少なくとも数％含まれるので、外装材の内側の気圧を高めることができる。
【００８２】
（第３の実施の形態）
第１の実施の形態では、集電板間に弾性体が配置され、弾性体の応力により正極集電板が双極型電極に対して離間される場合について述べた。本実施の形態では、調節機構が変形部材を有し、変形部材が正極集電板を変形させて双極型電極と正極集電板との接触面積を減少させる場合について述べる。
【００８３】
一般的に導体は、長さ、印加電圧などの他の条件が同じであれば、断面積が大きいほど電気抵抗が小さく、電流は流れやすい。したがって、双極型電極２１と正極集電板１０１との接触面積を減少させることにより、双極型電極２１と正極集電板１０１との間の電気抵抗を増大させて双極型二次電池１００に流れる電流を小さくすることができる。
【００８４】
図１０は、本発明の第３の実施の形態における双極型二次電池を説明するための図である。図１０（Ａ）は、温度上昇前の双極型二次電池１００の内部を示す断面図であり、図１０（Ｂ）は、温度が所定温度に達した後の双極型二次電池１００の内部を示す断面図である。
【００８５】
図１０（Ａ）に示すとおり、本実施の形態では、熱膨張係数が正極集電板１０１よりも低い変形部材５２が、正極集電板１０１上の一部に複数個に分かれて形成される。すなわち、正極集電板１０１と変形部材５２とが密着して張り合わせられることによりバイメタル部１１０が形成されている。そして、図１０（Ｂ）に示すとおり、正極集電板１０１および変形部材５２の温度が所定温度に達すると、両者の熱膨張係数の違いにより、正極集電板１０１上のバイメタル部１１０が形成されていない部分が浮き上がり、正極集電板１０１は波状に変形する。その結果、双極型電極２１と正極集電板１０１との接触面積が著しく減少して接触抵抗が高くなり、双極型二次電池１００に流れる電流を抑制することができる。また、変形部材５２が複数個に分かれて形成されることにより、正極集電板１０１の変形に伴う持ち上がり代が小さくなるため、温度上昇に対する応答性が良い。さらに、バイメタル部１１０が複数個配置されることにより、バイメタル部１１０一つ一つを駆動するために必要な熱容量が低減するため、大きいバイメタル部を一つ駆動するときに比べて温度上昇に対する応答性が良い。しかしながら、変形部材５２が複数個に分かれて形成されずに正極集電板１０１上に積層されてもよい。
【００８６】
図１１は、本実施の形態において、熱膨張係数が正極集電板１０１よりも低い変形部材５２が正極集電板１０１上の全面に積層されて形成される場合を説明するための図である。図１１（Ａ）は、温度上昇前の双極型二次電池１００の内部を示す断面図であり、図１１（Ｂ）は、温度が所定温度に達した後の双極型二次電池１００の内部を示す断面図である。
【００８７】
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示すとおり、正極集電板１０１および変形部材５２の温度が所定温度に達すると、両者の熱膨張係数の違いにより、正極集電板１０１はＶ時形に変形する。その結果、双極型電極２１と正極集電板１０１との接触面積が著しく減少して接触抵抗が高くなり、双極型二次電池１００に流れる電流を抑制することができる。
【００８８】
なお、図１２に示すとおり、正極集電板１０１上に導電膜２７を塗布して、正極集電板１０１を発電要素４０の最外層の集電体２２ａとして用いることもできる。図１２（Ａ）は、温度上昇前の双極型二次電池１００の内部を示す断面図であり、図１２（Ｂ）は、温度が所定温度に達した後の双極型二次電池１００の内部を示す断面図である。
【００８９】
図１２（Ａ）に示すとおり、正極集電体１０１の一面に変形部材５２が形成され、他面に導電膜２７が形成される。導電膜２７と正極活物質層２３は電気的に連結されているため、正極集電体１０１が集電体２２ａとして機能することができる。そして、図１２（Ｂ）に示すとおり、正極集電板１０１および変形部材５２の温度が所定温度に達すると、両者の熱膨張係数の違いにより、正極集電板１０１はＶ時形に変形する。その結果、正極活物質層２３と正極集電板１０１に塗布された導電膜２７との接触面積が著しく減少して接触抵抗が高くなり、双極型二次電池１００に流れる電流を抑制することができる。また、正極集電板１０１を集電体２２ａとして用いることによりエネルギー密度が増加する。さらに、正極集電板１０１と正極活物質層２３とが密着されるため、正極集電板１０１の熱膨張係数が増大して応答速度が向上する。
【００９０】
（変形例）
図１３は、本発明の第３の実施の形態における双極型二次電池の変形例を説明するための図である。本変形例では、正極集電板１０１と変形部材５２とが張り合わされて形成されたバイメタル部１１０が、複数個に分かれて２枚の金属板の間に形成される。
【００９１】
図１３（Ａ）は、温度上昇前の双極型二次電池１００の内部を示す断面図であり、図１３（Ｂ）は、温度が所定温度に達した後の双極型二次電池１００の内部を示す断面図である。図１３（Ａ）に示すとおり、絶縁性の支柱１０４により支持された上側および下側の２枚の金属板１２１，１２２の間に複数個に分かれて形成されたバイメタル部１１０の上端部は、上側の金属板１２１に連結されており、バイメタル部１１０の下端部は、下側の金属板１２２と接触している。そして、図１３（Ｂ）に示すとおり、正極集電板１０１および変形部材５２の温度が所定温度に達すると、両者の熱膨張係数の違いにより、バイメタル部１１０の下端部が浮き上がり、下側の金属板と離隔される。その結果、双極型電極２１と正極集電板１０１との接触抵抗が高くなり、双極型二次電池１００に流れる電流を抑制することができる。本変形例では、２枚の金属板１２１，１２２と支柱１０４とにより外圧が遮断されるため、温度上昇に対するバイメタル部１１０の応答性が良い。
【００９２】
図１４は、本発明の第３の実施の形態における双極型二次電池の他の変形例を説明するための図である。本変形例では、正極集電板１０１と変形部材５２とが張り合わされて形成された１つのバイメタル部１１０が、２枚の金属板１２１，１２２の間に形成される。
【００９３】
図１４（Ａ）は、温度上昇前の双極型二次電池１００の内部を示す断面図であり、図１４（Ｂ）は、温度が所定温度に達した後の双極型二次電池１００の内部を示す断面図である。図１４（Ａ）に示すとおり、２枚の金属板１２１、１２２の間に形成されたバイメタル部１１０の上端部は、上側の金属板１２１に連結されており、バイメタル部１１０の下端部は、下側の金属板１２２と接触している。そして、図１４（Ｂ）に示すとおり、正極集電板１０１および変形部材５２の温度が所定温度に達すると、両者の熱膨張係数の違いにより、バイメタル部１１０の下端部が浮き上がり、下側の金属板１２２と離隔される。その結果、双極型電極２１と正極集電板１０１との接触抵抗が高くなり、双極型二次電池１００に流れる電流を抑制することができる。
【００９４】
図１５は、本発明の第３の実施の形態における双極型二次電池の他の変形例を説明するための図である。本変形例では、正極集電板１０１と変形部材５２とが張り合わされて形成された１つのバイメタル部１１０が、双極型電極２１と金属板１２１の間に形成される。
【００９５】
図１５（Ａ）は、温度上昇前の双極型二次電池１００の内部を示す断面図であり、図１５（Ｂ）は、温度が所定温度に達した後の双極型二次電池１００の内部を示す断面図である。図１５（Ａ）に示すとおり、双極型電極２１と金属板１２１の間に形成されたバイメタル部１１０の上端部は、金属板１２１に連結されており、バイメタル部１１０の下端部は、双極型電極２１と接触している。そして、図１５（Ｂ）に示すとおり、正極集電板１０１および変形部材５２の温度が所定温度に達すると、両者の熱膨張係数の違いにより、バイメタル部１１０の下端部が浮き上がり、下側の双極型電極２１と離隔される。その結果、双極型電極２１と正極集電板１０１との接触抵抗が高くなり、双極型二次電池１００に流れる電流を抑制することができる。なお、本変形例において、正極集電板１０１と変形部材５２とが張り合わされて形成されたバイメタル部１１０が、複数個に分かれて双極型電極２１と金属板１２１との間に形成されてもよい。
【００９６】
上述した本実施の形態では、変形部材５２が、双極型電極２１と反対側の正極集電体１０１上に積層されて形成される場合について説明した。しかしながら、変形部材５２は双極型電極２１側に形成されてもよい。また、変形部材５２は、正極集電体１０１と一体的に形成されていてもよい。
【００９７】
図１６は、本発明の第３の実施の形態における双極型二次電池の他の変形例を説明するための図である。本変形例では、変形部材５２は、正極集電板１０１と一体的に形成されて正極集電板として機能する。
【００９８】
図１６（Ａ）は、温度上昇前の双極型二次電池１００の内部を示す断面図であり、図１６（Ｂ）は、温度が所定温度に達した後の双極型二次電池１００の内部を示す断面図である。図１６（Ａ）に示すとおり、正極集電板１０１は、変形部材５２として形状記憶合金を含む。形状記憶合金としては、たとえばＮｉＴｉ合金であるマルテンサイトが、温度上昇によりオーステナイトに結晶層転移することが利用され得る。図１０（Ｂ）に示すとおり、正極集電板１０１が所定温度に達すると、正極集電板１０１の形状が元のＶ字形に復元される。その結果、双極型電極２１と正極集電板１０１との接触面積が著しく減少して接触抵抗が高くなり、双極型二次電池１００に流れる電流を抑制することができる。また、正極集電板１０１は、変形部材５２として温度屈曲ポリマーを含んでもよい。
【００９９】
また、本実施の形態の他の変形例として、集電板１０１，１０２の間に所定温度で高抵抗となるＰＴＣ素子を配置するか、あるいは所定温度で溶断して絶縁される温度ヒューズを配置してもよい。
【０１００】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１および第２の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【０１０１】
（ｈ）調節機構は、外装材の内側の温度が所定の温度以上のとき、正極集電板を変形させて双極型電極と正極集電板との接触面積を減少させる変形部材を有するので、双極型電極と正極集電板との接触抵抗が高くなり電池に流れる電流を抑制することができる。
【０１０２】
（ｉ）変形部材は、熱膨張係数が正極集電板と異なる材料を含むので、外装材の内側の温度が所定の温度以上のとき、正極集電板を変形させて双極型電極と正極集電板との接触面積を減少させることができる。その結果、双極型電極と正極集電板との接触抵抗が高くなり電池に流れる電流を抑制することができる。
【０１０３】
（ｊ）変形部材は、正極集電板に積層されるので、外装材の内側の温度が所定の温度以上のとき、正極集電板を効果的に変形させて双極型電極と正極集電板との接触面積を減少させることができる。その結果、双極型電極と正極集電板との接触抵抗が高くなり電池に流れる電流を抑制することができる。
【０１０４】
（ｋ）変形部材の熱膨張係数は、正極集電板の熱膨張係数より小さいので、外装材の内側の温度が所定の温度以上のとき、正極集電板を効果的に変形させて双極型電極と正極集電板との接触面積を減少させることができる。その結果、双極型電極と正極集電板との接触抵抗が高くなり電池に流れる電流を抑制することができる。
【０１０５】
（第４の実施の形態）
第３の実施の形態では、変形部材により正極集電板を変形させて双極型電極と正極集電板との接触面積を減少させる場合について述べた。本実施の形態では、発電要素の双極型電極の積層方向両端に配置される集電板の双方に変形部材が設置される場合について述べる。
【０１０６】
図１７は、本発明の第４の実施の形態における双極型二次電池を説明するための図である。図１７（Ａ）は、温度上昇前の双極型二次電池１００の内部を示す断面図であり、図１７（Ｂ）は、温度が所定温度に達した後の双極型二次電池１００の内部を示す断面図である。
【０１０７】
図１７（Ａ）に示すとおり、本実施の形態では、熱膨張係数が正極集電板１０１よりも低い変形部材５２が、正極集電板１０１および負極集電板１０２上の全面に積層されて形成される。また、正極集電板１０１および負極集電板１０２の変形部材５２が形成された面と反対側の面には、導電膜２７が塗布されており、正極集電板１０１および負極集電板１０２が最外層の集電体２２ａ，２２ｂとして用いられる。本実施の形態では、集電板１０１，１０２は、端部集電体２２ａ，２２ｂと機械的に締結されておらず、外装材１０３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、端部集電体２２ａ，２２ｂと電気的に連結されている。
【０１０８】
図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）に示すとおり、正極集電板１０１、負極集電板１０２、および変形部材５２の温度が所定温度に達すると、熱膨張係数の違いにより、正極集電板１０１はＶ字形に、負極集電板１０２は逆Ｖ字形に変形する。その結果、正極活物質層２３と正極集電板１０１に塗布された導電膜２７との接触面積と、負極活物質層２４と負極集電板１０２に塗布された導電膜２７との接触面積とが著しく減少して接触抵抗が高くなり、双極型二次電池１００に流れる電流を抑制することができる。
【０１０９】
（変形例）
図１８は、本発明の第４の実施の形態における双極型二次電池の変形例を説明するための図である。本変形例では、変形部材５２が、発電要素４０の双極型電極２１の積層方向両端に配置される集電板１０１，１０２上の双極型電極２１側に設置される。
【０１１０】
図１８（Ａ）は、温度上昇前の双極型二次電池１００の内部を示す断面図であり、図１８（Ｂ）は、温度が所定温度に達した後の双極型二次電池１００の内部を示す断面図である。図１８（Ａ）に示すとおり、双極型電極２１側の正極集電板１０１および負極集電板１０２上に変形部材５２ａ，５２ｂが形成される。そして、図１８（Ｂ）に示すとおり、正極集電板１０１、負極集電板１０２、および変形部材５２の温度が所定温度に達すると、熱膨張係数の違いにより、正極集電板１０１は逆Ｖ字形に、負極集電板１０２はＶ字形に変形する。その結果、最上層の双極型電極２１と変形部材５２ａとの接触面積と、最下層の双極型電極２１と変形部材５２ｂとの接触面積とが著しく減少して接触抵抗が高くなり、双極型二次電池１００に流れる電流を抑制することができる。
【０１１１】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１〜第３の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【０１１２】
（ｌ）調節機構は、発電要素の双極型電極の積層方向両端に配置される集電板の双方に設置されるので、双極型電極と集電板との接触抵抗が確実に高くなり、双極型二次電池に流れる電流を抑制することができる。
【０１１３】
（第５の実施の形態）
第３の実施の形態では、変形部材が集電板上に積層されて形成される場合について述べた。本実施の形態では、調節機構が、双極型電極との接触面積が減少した正極集電板の接触面に絶縁材料を有する場合について述べる。
【０１１４】
図１９は、本発明の第５の実施の形態における双極型二次電池を説明するための図である。図１９（Ａ）は、温度上昇前の双極型二次電池１００の内部を示す断面図であり、図１９（Ｂ）は、温度が所定温度に達した後の双極型二次電池１００の内部を示す断面図である。
【０１１５】
図１９（Ａ）に示すとおり、本実施の形態では、熱膨張係数が正極集電板１０１よりも低い変形部材５２が、複数個に分かれて正極集電板１０１上の一部に形成される。また、双極型電極２１との接触面積が減少した正極集電板１０１の接触面には、変形部材５２と対応する位置に絶縁材料８０が埋め込まれている。そして、図１９（Ｂ）に示すとおり、正極集電板１０１および変形部材５２の温度が所定温度に達すると、両者の熱膨張係数の違いにより、正極集電板１０１は波状に変形する。その結果、双極型電極２１と正極集電板１０１との接触面積が著しく減少することに加えて正極集電板１０１の絶縁材料８０により接触抵抗が高くなり、双極型二次電池１００に流れる電流を抑制することができる。なお、絶縁材料８０は、高分子、セラミックスなどの材料が用いられる。
【０１１６】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１〜第４の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【０１１７】
（ｍ）調節機構は、変形部材によって双極型電極との接触面積が減少した正極集電板の接触面に絶縁材料を有するので、双極型電極と正極集電板との接触抵抗が確実に高くなり、双極型二次電池に流れる電流を抑制することができる。
【０１１８】
（第６の実施の形態）
第３の実施の形態では、変形部材が集電板上に積層されて形成される場合について述べた。本実施の形態では、変形部材５２が正極集電板１０１の中心部から周縁部に近づくにつれて厚く形成される場合について述べる。
【０１１９】
図２０は、本発明の第６の実施の形態における双極型二次電池を説明するための図である。図２０（Ａ）は、温度上昇前の双極型二次電池１００の正極集電体１０１の上面図であり、図２０（Ｂ）は、温度が所定温度に達した後の双極型二次電池１００の内部を示す断面図である。
【０１２０】
図２０（Ａ）に示すとおり、本実施の形態では、熱膨張係数が正極集電板１０１よりも低い変形部材５２が、正極集電板１０１上の全面に中心部から周縁部に近づくにつれて厚く形成される。そして、図２０（Ｂ）に示すとおり、正極集電板１０１および変形部材５２の温度が所定温度に達すると、両者の熱膨張係数の違いにより、正極集電板１０１はＶ字形に変形する。その結果、双極型電極２１と正極集電板１０１との接触面積が著しく減少することにより接触抵抗が高くなり、双極型二次電池１００に流れる電流を抑制することができる。
【０１２１】
（変形例）
図２１は、本発明の第６の実施の形態における双極型二次電池の変形例を説明するための図である。本変形例では、変形部材５２が正極集電板１０１上の周縁部に沿って形成される。
【０１２２】
図２１（Ａ）は、温度上昇前の双極型二次電池１００の正極集電体１０１の上面図であり、図２１（Ｂ）は、温度が所定温度に達した後の双極型二次電池１００の内部を示す断面図である。
【０１２３】
図２１（Ａ）に示すとおり、本実施の形態では、熱膨張係数が正極集電板１０１よりも低い変形部材５２が、正極集電板１０１上の周縁部に沿って形成される。そして、図２１（Ｂ）に示すとおり、正極集電板１０１および変形部材５２の温度が所定温度に達すると、両者の熱膨張係数の違いにより、正極集電板１０１はＶ字形に変形する。その結果、双極型電極２１と正極集電板１０１との接触面積が著しく減少することにより接触抵抗が高くなり、双極型二次電池１００に流れる電流を抑制することができる。なお、変形部材５２を正極集電板１０１上の周縁部に沿って形成する代わりに、正極集電板１０１を変形部材５２で延伸して周縁部を形成してもよい。
【０１２４】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１〜第５の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。
【０１２５】
（ｎ）変形部材は、集電板の中心部に比べて周縁部に厚く形成されるので、集電板を錐状に変形させて双極型電極と集電板との接触面積を減少させることができる。その結果、双極型電極と正極集電板との接触抵抗が高くなり電池に流れる電流を抑制することができる。
【０１２６】
以上のとおり、実施の形態において、本発明の双極型二次電池を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略することができることはいうまでもない。
【０１２７】
たとえば、上述した第１および第２の実施の形態では、調節機構としてコイルバネ、セラミックス多孔体、ポリマー多孔体、および溶媒が用いられる場合について説明した。しかしながら、調節機構は上述したものに限定されず、たとえば油圧式、空圧式、メカニカル式、電磁式アクチュエータなどの応力発生装置と圧力センサとを設置することにより集電板を双極型電極から離間させてもよい。
【０１２８】
また、上述した第３および第６の実施の形態では、変形部材は集電板上に形成される場合について説明した。しかしながら、変形部材は、他の部材と張り合わされてバイメタル部を構成し、発電要素の中間部に設置され得る。
【０１２９】
また、上述の各実施の形態では双極型リチウムイオン二次電池を例示して説明した。しかしながら、本発明は双極型リチウムイオン二次電池に限定されず、可撓性を備えるシート状素材で密封された構造を有している電池であれば、どのような電池であっても適用することができる。
【符号の説明】
【０１３０】
２１  双極型電極、
２２，２２ａ，２２ｂ  集電体、
２３  正極活物質、
２４  負極活物質、
２５  電解質層、
２６  単電池、
２７  導電膜、
３０  シール部、
４０  発電要素、
５０  調節機構（調節手段）、
５１  弾性体（応力生成部）、
５２，５２ａ，５２ｂ  変形部材、
６０  スタック固定バンド、
７０  ポリマーパック、
８０  絶縁材料、
１００  双極型二次電池、
１０１  正極集電板、
１０２  負極集電板、
１０３  外装材、
１０４  支柱、
１１０  バイメタル部、
１２１，１２２  金属板、
２００  電池モジュール、
３００  組電池、
４００  車両。
【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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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