(57)【要約】【課題】双極型二次電池において内部短絡に起因して集電板に生じる局所的な電流集中を抑制または遮断する。【解決手段】集電体２２の一方の面に正極活物質層２３が形成されかつ他方の面に負極活物質層２４が形成されてなる双極型電極２１が電解質層２５を介して積層されてなる発電要素４０と、発電要素４０の積層方向両端にそれぞれ接続された集電板１０１，１０２と有し、集電板１０１，１０２は、集電板１０１，１０２を面方向に区画する整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを備えている。【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かつ他方の面に負極活物質層が形成されてなる双極型電極が電解質層を介して積層されてなる発電要素と、
前記発電要素の前記積層方向の両端にそれぞれ接続された集電板と、を有し、
前記集電板に、内部短絡を起因とした電流集中を抑制または遮断する手段を有することを特徴とする双極型二次電池。
【請求項２】
前記電流集中を抑制または遮断する手段は、
前記集電板を面方向に区画する電流制限手段または電流遮断手段であ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】
前記発電要素を構成する少なくとも一つ以上の集電体が、当該集電体を面方向に区画する絶縁手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載の双極型二次電池。
【請求項４】
前記集電板が備えている前記電流制限手段または前記電流遮断手段の位置と前記集電体が備えている前記絶縁手段の位置は、前記双極型二次電池の積層方向に同一の位置であることを特徴とする請求項２に記載の双極型二次電池。
【請求項５】
前記電流制限手段は外部に制御手段を備えた可変抵抗器であり、当該可変抵抗器の抵抗値は前記制御手段によって制御することを特徴とする請求項２または４に記載の双極型二次電池。
【請求項６】
前記電流制限手段は整流素子であることを特徴とする請求項２または４に記載の双極型二次電池。
【請求項７】
前記電流遮断手段は外部に制御手段を備えたＯＮ／ＯＦＦ回路であり、当該ＯＮ／ＯＦＦ回路のＯＮ、ＯＦＦは前記制御手段によって制御することを特徴とする請求項２または４に記載の双極型二次電池。
【請求項８】
前記電流遮断手段はヒューズであることを特徴とする請求項２または４に記載の双極型二次電池。
【請求項９】
前記電流集中を抑制または遮断する手段は、
網目構造を有する前記集電板であ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１０】
前記網目構造は、複数の線材を編み込んだ編み物構造または複数の線材を織り込んだ織物構造であることを特徴とする請求項９に記載の双極型二次電池。
【請求項１１】
前記線材の断面が楕円形状であることを特徴とする請求項９または１０に記載の双極型二次電池。
【請求項１２】
前記編み物構造または織物構造内部に、絶縁性樹脂が含浸されていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一つに記載の双極型二次電池。
【請求項１３】
前記編み物構造または織物構造の集電板の前記発電要素と接続される側に、さらに金属箔が配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の双極型二次電池。
【請求項１４】
前記網目構造は、金属メッシュ構造であることを特徴とする請求項９に記載の双極型二次電池。
【請求項１５】
前記電流集中を抑制または遮断する手段は、
引っ張り強度が前記集電体よりも低い前記集電板であ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１６】
前記集電板の引っ張り強度は、１０Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１５に記載の双極型二次電池。
【請求項１７】
前記集電板は樹脂と導電材からなることを特徴とする請求項１５または１６に記載の双極型二次電池。
【請求項１８】
前記集電板は押し出し加工または圧延加工により形成され、延伸を行っていないことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか一つに記載の双極型二次電池。
【請求項１９】
前記集電板は、前記集電板の全量に対して前記導電材が３〜９０ｗｔ％配合されていることを特徴とする請求項１７または１８に記載の双極型二次電池。
【請求項２０】
前記集電板は、少なくとも一面にスクラッチが入っていることを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか一つに記載の双極型二次電池。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか一つに記載の双極型二次電池が直列および／または並列に複数接続されていることを特徴とする組電池。
【請求項２２】
請求項１〜２０のいずれか一つに記載の双極型二次電池または請求項２１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、組電池およびそれらの電池を搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車およびハイブリッド電気自動車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、その実用化の鍵を握るモータ駆動用電源として、双極型二次電池に注目が集まっている（双極型二次電池については、たとえば特許文献２参照）。
【０００３】
一般的に、双極型二次電池が過充電されてしまった場合や、双極型二次電池に外部から機械的な衝撃が加えられたりした場合には、双極型二次電池の内部に内部短絡が生じることがある。現在使用されている双極型二次電池はエネルギー密度が大きいことから、双極型二次電池の内部に内部短絡が生じた場合には、その内部短絡が生じた部分で局所的に発熱する。双極型二次電池は正極活物質層、集電体、負極活物質層、電解質層が密に積層された状態で形成されているため、局所的に発生した熱が逃げ難く、内部短絡が生じた部分に熱がこもり易い。
【０００４】
ところで、このような内部短絡による温度上昇の問題を解決するために、従来の単層型のリチウムイオン二次電池において、アルミニウムの非常に薄い膜を正極集電体に用いた技術がある。この技術では、短絡電流が正極集電体に流れた場合にアルミニウム薄膜がその電流によって発熱して、飛散することによって短絡部位の絶縁を回復させて、電池の温度上昇を防止している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２４３０３８号公報
【特許文献２】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】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術は双極型二次電池に対応したものではない。双極型二次電池では１枚の集電体の一方の面に正極活物質層、他方の面に負極活物質層が形成された双曲型電極を、電解質層を介して複数積層した構造となっている。つまり、電解質層を介在した正極活物質層と負極活物質層から単電池が構成され、それが複数直列に積層されて発電要素となっている。そして、単電池の積層方向の両方の終端に、複数の単電池（すなわち発電要素）からの電力を外部へ取り出すために集電板が配置されている。
【０００７】
このような双極型二次電池では、発電要素終端にある集電板に至る短絡が発生した場合、内部の集電体が飛散したとしても集電板を通して短絡電流による電流集中は止まらずに流れ続ける。このため電池全体の温度が上昇し続けてしまうおそれがある。したがって、特許文献１のような従来の単層電池の技術を双極型二次電池に採用しても内部短絡による短絡電流による電池全体の温度上昇を防止することはできない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、双極型二次電池の内部短絡に起因して生じる集電板内の電流集中を防止することのできる双極型二次電池を提供することである。また本発明の他の目的は、双極型二次電池の内部短絡に起因して生じる集電板内の電流集中を防止することのできる双極型二次電池を用いた組電池を提供することである。さらに本発明の他の目的は、内部短絡に起因した電流集中を防止した双極型二次電池または組電池を搭載し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】
上記目的を達成するための本発明に係る双極型二次電池は次のように構成される。
【００１０】
集電体の一方の面に正極活物質層が形成されかつ他方の面に負極活物質層が形成されてなる双極型電極が電解質層を介して積層されて発電要素が構成されている。発電要素の積層方向における両端にはそれぞれ集電板が接続されている。そして、集電板は内部短絡を起因とした電流集中を抑制または遮断する手段を有する。
【００１１】
本発明に係る組電池は、上記の双極型二次電池が直列にまたは並列にまたは直列と並列を交えて複数接続されて構成される。
【００１２】
本発明に係る車両は、上記の双極型二次電池または上記の組電池を駆動用電源として搭載する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、集電板に電流集中を抑制または遮断する手段を設けたことで、集電板に生じた電流集中を抑制または遮断することができる。このため集電板に至る内部短絡が発生するような事態が起きても集電板に発生する局所的な電流集中を抑制または防止することができる。したがって、内部短絡に起因した電池の温度上昇を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】双極型二次電池の外観図である。
【図２】第１〜第３実施形態における双極型二次電池を説明する図面であって、図１に示した双極型二次電池のＡ−Ａ断面図である。
【図３】（Ａ）は図２に示した正極集電板および負極集電板が備える整流素子またはヒューズの配置状態を積層方向から見た図である。（Ｂ）は図２に示した発電要素が備える絶縁部材の配置状態を積層方向から見た図である。
【図４】絶縁部材を備えた集電体の作成手順の一例を示す図である。
【図５】（Ａ）は、図２に示した正極集電板および負極集電板が備える整流素子またはヒューズの実施形態１とは異なる配置状態を積層方向から見た図である。（Ｂ）は図２に示した発電要素が備える絶縁部材の実施形態１とは異なる配置状態を積層方向から見た図である。
【図６】（Ａ）は、図２に示した正極集電板および負極集電板が備える整流素子またはヒューズの実施形態１とは異なる配置状態を積層方向から見た図である。（Ｂ）は図２に示した発電要素が備える絶縁部材の実施形態１とは異なる配置状態を積層方向から見た図である。
【図７】（Ａ）は、図２に示した正極集電板および負極集電板が備える整流素子またはヒューズの配置状態を積層方向から見た図であり、整流素子またはヒューズが３つに区画された領域の一部に設けられている態様を示す図である。（Ｂ）は、整流素子またはヒューズが四角形状に３つに区画された領域の一部に設けられている態様を示す図である。（Ｃ）は、整流素子またはヒューズが網目状に９つに区画された領域の一部に設けられている態様を示す図である。
【図８】（Ａ）は、図２に示した正極集電板および負極集電板が備える整流素子またはヒューズ、電流取り出し位置の配置状態を積層方向から見た図であり、整流素子またはヒューズが３つに区画された領域の一部に設けられている態様を示す図である。（Ｂ）は、整流素子またはヒューズが四角形状に３つに区画された領域の一部に設けられている態様を示す図である。（Ｃ）は、整流素子またはヒューズが網目状に９つに区画された領域の一部に設けられている態様を示す図である。
【図９】発電要素の制御系の概略構成ブロック図である。
【図１０】図９に示した制御手段の動作を示すフローチャートである。
【図１１】双極型二次電池を複数接続することによって構成した組電池の平面図（図Ａ）、正面図（図Ｂ）、側面図（図Ｃ）である。
【図１２】双極型二次電池または組電池を搭載する車両を示す図である。
【図１３】第４実施形態および第５実施形態における双極型二次電池を説明する図面であって、図１に示した双極型二次電池のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】第４実施形態および第５実施形態における双極型電極を説明する断面図である。
【図１５】第４実施形態における網目構造の集電板を説明する平面図である。
【図１６】第４実施形態における他の網目構造の集電板を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図１７】第４実施形態における網目構造の集電板の変形例１を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）は線材の断面図である。
【図１８】第４実施形態における網目構造の集電板の変形例２を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図１９】第４実施形態における網目構造の集電板の変形例３を説明する断面図である。
【図２０】第４実施形態における網目構造の集電板の変形例４を説明する断面図である。
【図２１】第５実施形態における導電性樹脂の集電板を説明する断面図である。
【図２２】第５実施形態における導電性樹脂の集電板の内部短絡防止作用を説明する図である。
【図２３】第５実施形態の変形例の集電板表面を示す平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面において同一の機能を有する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発明の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。
【００１６】
本発明は、リチウムイオン電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、固体高分子型燃料電池、固体酸化物燃料電池などの双極型二次電池の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は可能である。
【００１７】
以下の各実施形態では双極型リチウムイオン二次電池（単に双極型二次電池と云う）を例示して説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
＜双極型二次電池の基本構成＞
図１は本発明に係る双極型二次電池の外観図である。図２は図１に示した双極型二次電池のＡ−Ａ断面図である。図３（Ａ）は図２に示した正極集電板および負極集電板が備える整流素子またはヒューズの配置状態を積層方向から見た図である。図３（Ｂ）は図２に示した発電要素が備える絶縁部材の配置状態を積層方向から見た図である。
【００１９】
図１に示すように、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、外装部材１０３の周囲を熱融着することによって、外装部材１０３内に収納されている図２に示した構成の発電要素４０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】
発電要素４０は、図２に示すように、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６個の単電池２６が設けられているが、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。
【００２１】
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１２ａ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１２ｂが位置される。
【００２２】
なお、本実施形態では、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１２ａ、１２ｂを用いたものを例示した。しかし、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。
【００２３】
集電体１２ａには発電要素４０から電流を取り出すための正極集電板１０１が接続され、また、集電体１２ｂには発電要素４０から電流を取り出すための負極集電板１０２が接続されている。集電体１２ａと正極集電板１０１、集電体１２ｂと負極集電板１０２は溶接などの接合方法を用いて特定の箇所で電気的および機械的に堅固に取り付けられている。接合する特定の箇所は、集電体１２ａと正極集電板１０１、集電体１２ｂと負極集電板１０２が接触する中心位置でも良いし、正極集電板１０１または負極集電板１０２が引き出されている方に中心からずらした位置であってもよい。集電体１２ａと正極集電板１０１、集電体１２ｂと負極集電板１０２が接合されている位置を、本明細書では電流取り出し位置と称している。
【００２４】
正極集電板１０１と集電体１２ａとが重なる正極集電板１０１の部分および負極集電板１０２と集電体１２ｂとが重なる負極集電板１０２の部分は、図３（Ａ）に示すように、これらの集電板を３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃに区画する整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを備えている。３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの境界は整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを介して電気的に線接続される。
【００２５】
整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂは、発電要素４０に内部短絡が生じたときに、区画された部分を跨いで集電体の面方向に流れる電流の大きさを制限または区画された部分を跨いで集電体の面方向に流れる電流を遮断する。たとえば、領域Ａで内部短絡が生じたときに、領域Ｂから領域Ａに向かって集電体の面方向に流れる電流の大きさを制限したり遮断したりする。
【００２６】
本実施形態では、正極集電板１０１と負極集電板１０２の両方に整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを設けている態様を例示したが、整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂは、正極集電板１０１または負極集電板１０２のいずれかに設けるようにしても良い。
【００２７】
また、双極型電極２１を形成する集電体２２は、図３（Ｂ）に示すように、集電体２１を面方向に３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃに区画する絶縁部材６２Ａ、６２Ｂ（絶縁手段）を備えている。
【００２８】
絶縁部材６２Ａ、６２Ｂは、区画された部分を跨いで集電体に流れる電流を遮断する。したがって、単電池２６は、絶縁部材６２Ａ、６２Ｂの作用によって、Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの領域から構成される単電池２６を６個並列に接続したものと等価になる。
【００２９】
正極集電板１０１または負極集電板１０２が備えている整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂの位置と双極型電極２１の集電体２２が備えている絶縁部材６２Ａ、６２Ｂの位置は、発電要素４０の積層方向に同一の位置にある。このように、整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂと絶縁部材６２Ａ、６２Ｂを同一の位置に設定すると、内部短絡が発生した領域を、正常に機能している他の領域から切り離すことができる。このため、電流が局部的に流れ続けることを回避し、局所的な発熱を抑制することができる。
【００３０】
なお、内部短絡が発生する確率が、双極型二次電池１００の形状や配置に関連性がない場合には、Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの領域の面積は等しく設定されていることが好ましい。また、たとえば、内部短絡が発生する確率が双極型二次電池の１００の端部側で大きければ、Ｂの領域の面積をＡとＣの領域の面積に比較して大きくなるように設定する。内部短絡の発生する確率の高い領域の面積を他の領域の面積よりも小さくしておけば、内部短絡が発生したときに流れる電流を小さくでき、また、そのときの発熱量も小さくすることができるからである。
【００３１】
本実施形態では、双極型電極２１を構成する集電体２２に絶縁部材６２Ａ、６２Ｂを設けている態様を例示したが、絶縁部材６２Ａ、６２Ｂは、すべての集電体２２に設けなくとも良い。たとえば、集電体２２の積層方向に１つおきに設けるようにしても良い。
【００３２】
次に、本実施形態に係る発電要素４０の各構成要素について説明する。
【００３３】
＜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、バインダー等が含まれ得る。化学架橋または物理架橋によりゲル電解質として正極および負極内に十分に浸透させている。
【００３４】
正極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される、遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用できる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２等のＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２等のＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４等のＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２等のＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物等が挙げられる。この他、ＬｉＦｅＰＯ４等の遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＭｏＯ３等の遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨ等が挙げられる。
【００３５】
正極活物質の粒径は、製法上、正極材料をペースト化してスプレーコート等により製膜し得るものであればよい。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０．１〜１０μｍであるとよい。
【００３６】
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。
【００３７】
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。たとえば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも１種類のリチウム塩（電解質塩）を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類；ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類；テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジブトキシエタン等のエーテル類；γ−ブチロラクトン等のラクトン類；アセトニトリル等のニトリル類；プロピオン酸メチル等のエステル類；ジメチルホルムアミド等のアミド類；酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくとも１種類または２種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒（可塑剤）を用いたもの等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００３８】
イオン伝導性を有する高分子としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体等が挙げられる。
【００３９】
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、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、ＰＡＮ、ＰＭＭＡ等は、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン伝導性を持たない高分子として例示したものである。
【００４０】
上記リチウム塩としては、たとえば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０等の無機酸陰イオン塩、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等の有機酸陰イオン塩、またはこれらの混合物等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００４１】
導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００４２】
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。
【００４３】
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、エネルギー重視等）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。たとえば、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。
【００４４】
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、エネルギー重視等）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。一般的な正極活物質層の厚さは１０〜５００μｍ程度である。
【００４５】
＜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、バインダー等が含まれ得る。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。
【００４６】
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。たとえば、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物金属、カーボン等が好ましい。より好ましくは、カーボン、遷移金属酸化物、リチウム−遷移金属複合酸化物である。さらに好ましくは、チタン酸化物、リチウム−チタン複合酸化物、カーボンである。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００４７】
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。
【００４８】
＜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。
【００４９】
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。
【００５０】
このような高分子ゲル電解質は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等のイオン導伝性を有する全固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液が含んだものである。さらに、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のリチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも高分子ゲル電解質に含まれる。これらについては、正極に含まれる電解質の１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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
固体電解質としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が挙げられる。固体高分子電解質層中には、イオン伝導性を確保するために支持塩（リチウム塩）が含まれる。支持塩としては、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、またはこれらの混合物等が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。ＰＥＯ、ＰＰＯのようなポリアルキレンオキシド系高分子は、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２等のリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。
【００５６】
＜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。
【００５７】
シール前駆体として、たとえば、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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
＜正極集電板および負極集電板＞
図３（Ａ）に示すように、集電体１２ａおよび集電体１２ｂと接続される正極集電板１０１および負極集電板１０２のＡ、Ｂ、Ｃの各領域を形成する部分には集電体１２ａ、１２ｂと同一の材料が用いられる。本実施形態で用いることのできる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、従来公知のものを利用することができる。たとえば、アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）などが好ましく利用できる。正極集電板１０１または負極集電板１０２には、図３（Ａ）に示すように、整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを、集電体の途中に線状に形成しなければならない。このため、整流素子の材料としてはＮ型およびＰ型の半導体を形成することができるシリコンをベースとする材料が用いられる。ヒューズを構成する材料としては適切な温度で溶解する融点の低い金属が用いられる。
【００６１】
正極集電板１０１または負極集電板１０２は、インクジェット方式で上記の材料を基材に吹き付けることによって形成できる。たとえば、Ａ、Ｂ、Ｃの各領域では集電体を形成する材料が、整流素子５２Ａ、５２Ｂを線状に形成する部分には整流素子５２Ａ、５２Ｂを形成するためのＮ型およびＰ型の半導体材料が、それぞれ線状に吹き分けられる。また、ヒューズ５２Ａ、５２Ｂを線状に形成する場合には、ヒューズ５２Ａ、５２Ｂを構成する材料が線状に吹き付けられる。
【００６２】
以上のようにして、集電板として機能するＡ領域、整流素子またはヒューズとして機能する線状の領域、集電板として機能するＢ領域、整流素子またはヒューズとして機能する線状の領域、集電板として機能するＣ領域がそれぞれ形成できる。
【００６３】
また、正極集電板１０１または負極集電板１０２を単なる集電板として形成する場合（線状に整流素子またはヒューズを形成しない場合）には次のような材料で集電板を形成することができる。たとえば、アルミニウム箔、ステンレス箔（ＳＵＳ）、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、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利用できる。また、金属表面に、アルミニウムを被覆させた集電板であってもよい。また、場合によっては、２つ以上の金属箔を張り合わせた集電板を用いてもよい。
【００６４】
正極集電板１０１または負極集電板１０２の厚さは、特に限定されないが、１〜１００μｍ程度である。
【００６５】
＜絶縁部材を備えた集電体＞
この集電体２２を作成する場合には、母材の絶縁体として酸化アルミニウムを用い、導電体としてアセチレンブラック−ポリエチレン樹脂複合材料を用いることができる。
【００６６】
以下に一例としてこの集電体２２の作成方法を図４に基づいて説明するが、作成に使用される材料や作成方法は、ここで例示したものに限られないことはいうまでもない。
【００６７】
本実施形態においては、絶縁性多孔質材料を作成するにあたり、アルミニウム材料を陽極酸化法により金属酸化物としたものを用いる。
【００６８】
図４に示すように、まず、母材にＪＩＳＡ１０５０材を用いてアルミニウム板材を作成する（ステップＳ１０１）。次に、成型されたアルミニウム板材を４ｗｔ％シュウ酸溶液である電解液に浸漬し、アルミニウム板材を陽極として、同じく、電解液に浸漬したＳＵＳ３０４材を陰極として、電源装置に接続する。電流調節装置としてガルバノスタットを用いて、電流密度５０Ａ／ｍ２条件の一定直流電流において陽極酸化法により、アルミニウム板材を酸化させ酸化アルミニウムを得る（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２で得られた酸化アルミニウムを８０℃の水に浸漬させ、酸化アルミニウムの水和処理により酸化アルミニウム水和物とする。このとき、多孔質材料の密度はヒータを備えた水タンクを用意し、水タンク中の８０℃の水と接触させる時間を調節することにより制御する。絶縁材料を高密度にしたい場合は水との接触時間を長くし、低密度にしたい場合は水との接触時間を短くする（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３で得られた酸化アルミニウム水和物を電気炉内、５００℃の空気雰囲気中で１時間焼成処理する。焼成処理後に得られた脱水された酸化アルミニウム水和物は、結晶化酸化アルミニウムとなる（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４で作成した結晶化酸化アルミニウムに、押し出し成型により作製したアセチレンブラック−ポリエチレン樹脂複合材料製板を合わせ、１７０℃でホットプレスする。これにより、多孔質絶縁体に導電性樹脂複合材料を含漬させ、絶縁部材６２Ａ、６２Ｂを備えた集電体を作成する（ステップＳ１０５）。
【００６９】
本実施形態で用いた陽極酸化法は、電解液との接触時間、電流密度を制御することにより、任意の密度の絶縁性金属酸化物を形成することが可能である。また、導電性樹脂複合材料に例としてアセチレンブラック−ポリエチレン複合材料を用いたが、アセチレンブラックとポリエチレンの配合比を制御することによっても、電気伝導性を制御することは可能である。
【００７０】
また、本実施形態においては絶縁性金属酸化物の金属材料としてアルミニウムを用いたが、陽極酸化法にて酸化物が形成される金属であればこの限りではない。また、電解液にシュウ酸を用いたが、他に、リン酸、硫酸等の一般的に陽極酸化に用いられる電解液であればどのようなものを用いても良い。
【００７１】
また、あらかじめ押し出し法、プレス法、切削法などでメッシュ上に形成した、樹脂、セラミックス、などの絶縁材料に上記と同様にして導電性材料を含浸形成させることも可能である。
【００７２】
次に、発電要素４０の動作について説明する。
【００７３】
以上のように構成された本実施形態の発電要素４０に内部短絡が発生した場合には、次のような原理によって、電流が局部的に流れ続けることを回避し、局所的な発熱を抑制する。なお、この場合、正極集電板１０１または負極集電板１０２が電流取り出し位置５１で、集電体１２ａまたは集電体１２ｂとＢ領域の電流取り出し位置６１（図示せず）で接続されているものとする。
【００７４】
たとえば、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すＡ領域に位置する単電池において、内部短絡が発生した場合には、その内部短絡が発生したＡ領域の電位が、Ｂ領域およびＣ領域の電位とは異なる電位となり、Ａ領域とＢ領域との間に電位差が生じる。この電位差は、Ｂ領域の方が高い電位になりＡ領域の方が低い電位となる。この電位差の発生と同時にその内部短絡が発生した部分が局部的に流れる電流によって発熱し、局所的な温度上昇が生じる。
【００７５】
正極集電板１０１または負極集電板１０２が集電体１２ａおよび集電体１２ｂと接触している場所において、正極集電板１０１または負極集電板１０２のＡ領域とＢ領域との間に整流素子５２Ａが設けられている場合には、Ｂ領域からＡ領域に流れ込む電流が整流素子５２Ａの作用で阻止される。このため、電流が局部的に流れ続けることが回避され、局所的な発熱が抑制される。
【００７６】
また、Ａ領域とＢ領域との間にヒューズ５２Ａが設けられている場合には、局所的な温度上昇により、ヒューズ５２Ａが溶断し、Ａ領域とＢ領域との電気的な導通を遮断する。このため、Ｂ領域からＡ領域に流れ込む電流がヒューズ５２Ａの作用で完全に遮断される。このため、電流が局部的に流れ続けることが回避され、局所的な発熱が抑制される。
【００７７】
電流制限手段として整流素子を用いる場合には、電流取り出し位置５１（６１）がＢ領域に設けられているため、正極集電板１０１では、通常はＢ領域からＡ領域に電流が流れるように整流素子の極性を設定し、Ｃ領域からＢ領域に電流が流れるように整流素子の極性を設定する。これにより電流取り出し方向にのみ電流が流れるようにすることができる。したがって、内部短絡のような通常ではない方向に電流が流れようとする場合にそのような逆方向の電流の流れを防止できる。
【００７８】
なお、本実施形態では電流制限手段としてダイオードなどの整流素子を例示したが、温度が上昇したときに急激に抵抗を増加させるＰＴＣ素子を使用しても良い。
【００７９】
以上、第１実施形態の発電要素４０によれば、正極集電板１０１または負極集電板１０２を面方向に区画する整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを備えている。このため、発電要素４０に内部短絡が生じたときに、区画された部分を跨いで集電体２２の面方向に流れる電流を制限または遮断することができる。また、集電体２２にも、集電体２２を面方向に区画する絶縁部材６２Ａ、６２Ｂを備えている。このため、発電要素４０をＡ，Ｂ，Ｃの３分割された双極型二次電池が並列接続された電池と等価なものとすることができる。したがって、単電池２６を構成する集電体２２にも、区画された部分を跨いで集電体２２の面方向に流れる電流を遮断する機能を持たせることができる。さらに、整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂの位置と絶縁部材６２Ａ、６２Ｂの位置は発電要素４０の積層方向に同一の位置としてある。このため、発電要素４０に内部短絡が生じたときに、電流が局部的に流れてしまうことを最も効果的に阻止することができる。
【００８０】
つまり、第１実施形態のように、発電要素４０を３つの領域に区分しておくと、１つの領域で内部短絡が発生した場合に、その内部短絡が発生した領域を正常に動作している領域から切り離し、局部的に流れる電流の阻止や発熱を最小限に抑えることができる。また、正常に動作している領域のみでそのまま使用することも可能になる。
【００８１】
なお、上記の実施形態では、正極集電板１０１および負極集電板１０２に整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを設け、単電池２６を形成する集電体２２に絶縁部材を設けた場合を例示して、内部短絡による発熱を防止する場合について説明した。しかしながら、本発明は、正極集電板１０１または負極集電板１０２のいずれかに整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを設けるだけでも、内部短絡による発熱をある程度防止することが可能である。
【００８２】
（第１実施形態の変形例１）
図５（Ａ）は、図２に示した正極集電板１０１および負極集電板１０２が備える整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂの実施形態１とは異なる配置状態を積層方向から見た図である。図５（Ｂ）は図２に示した単電池２６を形成する集電体２２が備える絶縁部材の実施形態１とは異なる配置状態を積層方向から見た図である。
【００８３】
なお、発電要素４０の基本構成や発電要素４０の各構成要素の構成は、実施形態１で説明したものと同一であるので、ここでのこれらの説明は省略する。
【００８４】
この変形例１で唯一異なるのは、正極集電板１０１および負極集電板１０２が備える整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂの配置状態と発電要素４０が備える絶縁部材の配置状態のみである。
【００８５】
変形例１においては、図５（Ａ）に示すように、正極集電板１０１および負極集電板１０２に、整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを、正極集電板１０１および負極集電板１０２の形状と相似する大きさの異なる四角形を同心状に設けている。整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂは、これらの集電板を四角形状に３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃに区画する。
【００８６】
３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの境界は整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂによって線接続される。整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂの動作は第１実施形態で説明したとおりであるので、ここでの詳しい説明は省略する。
【００８７】
変形例１の場合も、正極集電板１０１および負極集電板１０２の両方に整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを設けている態様を例示したが、整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂは、正極集電板１０１および負極集電板１０２のいずれかに設けるようにしても良い。
【００８８】
発電要素４０を構成する単電池２６は、図５（Ｂ）に示すように、正極集電板１０１および負極集電板１０２に設けた整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂと積層方向に対応する位置に絶縁部材６２Ａ、６２Ｂを備えている。したがって、絶縁部材６２Ａ、６２Ｂの形状も整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂのように四角形状になる。
【００８９】
絶縁部材６２Ａ、６２Ｂは、区画された部分を跨いで集電体に流れる電流を遮断する。したがって、正極集電板１０１および負極集電板１０２によって挟まれている単電池２６は、絶縁部材６２Ａ、６２Ｂの作用によって、Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの領域から構成される単電池２６を６個並列に接続したものと等価になる。
【００９０】
このように、整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂの位置と絶縁部材６２Ａ、６２Ｂの位置とを発電要素４０の積層方向に同一の位置とすることによって、内部短絡が発生した際に、内部短絡が発生した領域を正常に機能している領域から切り離し、電流が局部的に流れ続けることを回避し、局所的な発熱を抑制することができる。
【００９１】
変形例１の場合も、第１実施形態と同様に、内部短絡が発生する確率が、双極型二次電池の１００の形状や配置に関連性がない場合には、Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの領域の面積は等しく設定されていることが好ましい。また、たとえば、内部短絡が発生する確率が双極型二次電池の１００の外周側から中心に向かって高ければ、それぞれの領域の面積は、Ａ＞Ｂ＞Ｃの関係にあるのが好ましい。逆に、内部短絡が発生する確率が双極型二次電池１００の中心から外周側に向かって高ければ、それぞれの領域の面積は、Ａ＜Ｂ＜Ｃの関係にあるのが好ましい。
【００９２】
変形例１の場合も、発電要素４０を構成するすべての集電体２２に絶縁部材６２Ａ、６２Ｂを設けている態様を例示したが、絶縁部材６２Ａ、６２Ｂは、すべての集電体２２に設けなくとも良く、たとえば、集電体２２の積層方向に１つおきに設けるようにしても良い。
【００９３】
（第１実施形態の変形例２）
図６（Ａ）は、図２に示した正極集電板１０１および負極集電板１０２が備える整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂの実施形態１とは異なる配置状態を積層方向から見た図である。図６（Ｂ）は図２に示した発電要素４０が備える絶縁部材の実施形態１とは異なる配置状態を積層方向から見た図である。
【００９４】
なお、発電要素４０の基本構成や発電要素４０の各構成要素の構成は、実施形態１で説明したものと同一であるので、ここでのこれらの説明は省略する。
【００９５】
この変形例１で唯一異なるのは、正極集電板１０１および負極集電板１０２が備える整流素子またはヒューズの配置状態と発電要素４０が備える絶縁部材の配置状態のみである。
【００９６】
変形例２においては、図６（Ａ）に示すように、正極集電板１０１および負極集電板１０２に、整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄを網目状に設け、正極集電板１０１および負極集電板１０２を、Ａ領域とＢ１−Ｂ８領域の９つの領域に区画する。
【００９７】
９つの領域ＡとＢ１−Ｂ８のそれぞれの境界は整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄによって線接続される。整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄの動作は第１実施形態で説明したものと同一であるので、ここでの詳しい説明は省略する。
【００９８】
変形例２の場合も、正極集電板１０１および負極集電板１０２の両方に整流素子またはヒューズを設けている態様を例示したが、整流素子またはヒューズは、正極集電板１０１または負極集電板１０２のいずれかに設けるようにしても良い。
【００９９】
発電要素４０が備える双極型電極２１は、図６（Ｂ）に示すように、正極集電板１０１および負極集電板１０２に設けた整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄと積層方向に対応する位置に絶縁部材６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄを備えている。
【０１００】
絶縁部材６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄは、区画された部分を跨いで集電体に流れる電流を遮断する。したがって、正極集電板１０１および負極集電板１０２によって挟まれている単電池２６は、絶縁部材６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄの作用によって、Ａ、Ｂ１−Ｂ８の９つの領域から構成される単電池２６を９個並列に接続したものと等価になる。
【０１０１】
このように、整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄの位置と絶縁部材６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄの位置とを発電要素４０の積層方向に同一の位置とすることによって、内部短絡が発生した際に、内部短絡が発生した領域を正常に機能している領域から切り離し、電流が局部的に流れ続けることを回避し、局所的な発熱を抑制することができる。
【０１０２】
変形例２の場合も、第１実施形態と同様に、内部短絡が発生する確率が、双極型二次電池１００の形状や配置に関連性がない場合には、ＡとＢ１−Ｂ８それぞれの領域の面積は等しく設定されていることが好ましい。また、たとえば、内部短絡が発生する確率が双極型二次電池の１００の外周側から中心に向かって高ければ、それぞれの領域の面積は、Ａ＞Ｂ１−Ｂ８の関係にあるのが好ましい。逆に、内部短絡が発生する確率が双極型二次電池の１００の中心から外周側に向かって高ければ、それぞれの領域の面積は、Ａ＜Ｂ１−Ｂ８の関係にあるのが好ましい。
【０１０３】
変形例２の場合も、発電要素４０を構成するすべての集電体２２に絶縁部材６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄを設けている態様を例示したが、絶縁部材６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄは、発電要素４０を構成するすべての集電体２２に設けなくとも良く、たとえば、集電体２２の積層方向に１つおきに設けるようにしても良い。
【０１０４】
第１実施形態の変形例１と変形例２も、第１実施形態と同一の効果を奏する。
【０１０５】
（組電池）
以上の説明した本実施形態およびその変形例における双極型二次電池１００は、これを複数個、直列および／または並列に電気的に接続することで、高容量、高出力の組電池とすることができる。
【０１０６】
図１１は組電池の一例を説明するための図面である。
【０１０７】
この組電池は、まず、複数の双極型二次電池１００を直列および／または並列に接続して組電池モジュール２５０（図１１参照）を形成する。さらに、この組電池モジュール２５０を複数、直列および／または並列に接続して組電池３００を形成する。なお、組電池モジュール２５０も一つの組電池であるが、ここでは組電池３００と分別するために組電池モジュールという名称にした。
【０１０８】
組電池モジュール２５０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。正極側または負極側のバスバーは、それぞれ接続穴内に導電バーを介して接続されている。図１１は、組電池３００の平面図（図Ａ）、正面図（図Ｂ）、側面図（図Ｃ）を示しているが、作成した組電池モジュール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、組電池モジュール２５０は接続治具３１０を用いて複数段積層される。何個の双極型二次電池１００を接続して組電池モジュール２５０を作成するか、また、何段の組電池モジュール２５０を積層して組電池３００を作成するかは、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。
【０１０９】
このように、双極型二次電池１００を直列、並列、または直並列に接続して組電池化したことにより、容量および出力を自由に調整できる電池を製作することができる。しかも、発電要素４０を用いた双極型二次電池１００のそれぞれは、発電要素内においては積層方向に電流が流れるという発電要素４０の利点を生かした構造を有している。そして、組電池モジュール２５０は、双極型二次電池１００に内部短絡が生じたときに、集電体の面方向に流れる電流を制限または遮断する機能を有する複数の双極型二次電池から構成されているので、双極型二次電池１００は高寿命で信頼性が高くなる。組電池３００も高寿命で高い信頼性を有する。また一部の組電池モジュール２５０が故障しても、その故障部分を交換するだけで修理が可能になる。
【０１１０】
（車両）
以上のような、双極型二次電池１００、組電池モジュール２５０、または組電池３００を動力用電源として車両に搭載することができる。
【０１１１】
図１２は、上述した組電池３００を搭載した車両４００を示す図面である。
【０１１２】
組電池３００を、車両４００に搭載するには、図１２に示すように、車両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良いし、車両前方のエンジンルームでも良い。
【０１１３】
この車両４００は、双極型二次電池に内部短絡が生じたときに、集電体の面方向に流れる電流を制限または遮断する機能を有する双極型二次電池またはその双極型二次電池を複数備えた組電池を搭載している。したがって、車両の安全性および信頼性を高めることができる。
【０１１４】
なお、本発明では、組電池３００だけではなく、使用用途によっては、図１１に示した組電池モジュール２５０、図１に示した双極型二次電池１００のみを搭載するようにしても良いし、これら組電池３００、組電池モジュール２５０と双極型二次電池１００を組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明の組電池または組電池モジュールを搭載することのできる車両としては、上記のハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車が好ましいが、これらの自動車に制限されるものではない。
【０１１５】
さらに、本実施形態の双極型二次電池１００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。
【０１１６】
（第２実施形態）
第１実施形態では、正極集電板１０１および負極集電板１０２を線状に区画する整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを、区画する領域の境界の全体にわたって設けた。本実施形態では、整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを、区画する領域の一部に設け、残りの境界部分は絶縁部材を配置して絶縁している。
【０１１７】
図７（Ａ）は、図２に示した正極集電板１０１および負極集電板１０２が備える整流素子またはヒューズの配置状態を積層方向から見た図であり、整流素子またはヒューズが３つに区画された領域の一部に設けられている態様を示す図である。図７（Ｂ）は、整流素子またはヒューズが四角形状に３つに区画された領域の一部に設けられている態様を示す図である。図７（Ｃ）は、整流素子またはヒューズが網目状に９つに区画された領域の一部に設けられている態様を示す図である。
【０１１８】
なお、発電要素４０の基本構成や発電要素４０の各構成要素の構成は、実施形態１で説明したものと同一であるので、ここでのこれらの説明は省略する。
【０１１９】
また、本実施形態では、双極型電極２１が備える絶縁部材については説明を省略するが、第１実施形態、第１実施形態の変形例１、第１実施形態の変形例２で説明したものと全く同一である。つまり、双極型電極２１が備える絶縁部材の形状や位置は、正極集電板１０１および負極集電板１０２に設けられる整流素子またはヒューズの配置状態と整合するように設けてある。
【０１２０】
本実施形態では、正極集電板１０１および負極集電板１０２と集電体１２ａおよび集電体１２ｂとが接続されている位置である、電流取り出し位置を発電要素４０の中央に設けている。
【０１２１】
図７（Ａ）に示す態様の場合には、正極集電板１０１および負極集電板１０２は、これらの集電板を３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃに区画する領域の一部に整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを１つずつ備えている。
【０１２２】
整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂ以外の境界部分（図の点線部分）は絶縁層である。
【０１２３】
したがって、３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの境界は整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを介して電気的に点接続される。Ａ領域からＢ領域に流れ込む電流はＡ領域とＢ領域の境界線上の１点に設けられた整流素子またはヒューズ５２Ａを介して流れる。また、Ｃ領域からＢ領域に流れ込む電流はＣ領域とＢ領域の境界線上の１点に設けられた整流素子またはヒューズ５２Ｂを介して流れる。
【０１２４】
整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂは、発電要素４０に内部短絡が生じたときに、区画された部分を跨いで集電体に流れる電流の大きさを制限または区画された部分を跨いで集電体に流れる電流を遮断する。たとえば、領域Ａで内部短絡が生じたときには、整流素子またはヒューズ５２Ａの作用によって、領域Ｂから領域Ａに向かって集電体に流れる電流の大きさを制限したり遮断したりする。
【０１２５】
図７（Ｂ）に示す態様の場合には、正極集電板１０１および負極集電板１０２は、これらの集電板を３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃに区画する領域の一部に整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを４つずつ備えている。
【０１２６】
整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂ以外の境界部分（図の点線部分）は絶縁層である。
【０１２７】
したがって、３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの境界は４つずつ設けた整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを介して電気的に点接続される。Ｂ領域からＡ領域に流れ込む電流はＢ領域とＡ領域の境界線上の４点に設けられた整流素子またはヒューズ５２Ａを介して流れる。また、Ｃ領域からＢ領域に流れ込む電流はＣ領域とＢ領域の境界線上の４点に設けられた整流素子またはヒューズ５２Ｂを介して流れる。
【０１２８】
整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂは、発電要素４０に内部短絡が生じたときに、区画された部分を跨いで集電体に流れる電流の大きさを制限または区画された部分を跨いで集電体に流れる電流を遮断する。たとえば、領域Ｂで内部短絡が生じたときには、４つの整流素子またはヒューズ５２Ａの作用によって、領域ＡおよびＣ領域から領域Ｂに向かって集電体に流れる電流の大きさを制限したり遮断したりする。
【０１２９】
図７（Ｃ）に示す態様の場合には、正極集電板１０１および負極集電板１０２は、これらの集電板を９つの領域に区画する各領域の境界の一部に整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを１つずつ設け、合計１２個備えたものである。
【０１３０】
整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂ以外の境界部分（図の点線部分）は絶縁層である。
【０１３１】
したがって、９つの領域Ａ、Ｂ１−Ｂ８のそれぞれの境界は１つずつ設けた整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを介して電気的に点接続される。Ｂ１−Ｂ８のそれぞれの領域からＡ領域に流れ込む電流はＢ１−Ｂ８のそれぞれの領域とＡ領域の境界線上の１２点に設けられた整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを介して流れる。
【０１３２】
整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂは、発電要素４０に内部短絡が生じたときに、区画された部分を跨いで集電体に流れる電流の大きさを制限または区画された部分を跨いで集電体に流れる電流を遮断する。たとえば、領域Ｂ１で内部短絡が生じたときには、２つの整流素子またはヒューズ５２Ｂの作用によって、領域Ｂ１以外の領域から領域Ｂ１に向かって集電体に流れる電流の大きさを制限したり遮断したりする。
【０１３３】
本実施形態では、正極集電板１０１および負極集電板１０２の両方に整流素子またはヒューズを設けている態様を例示したが、整流素子またはヒューズは、正極集電板１０１および負極集電板１０２のいずれかに設けるようにしても良い。
【０１３４】
（第２実施形態の変形例）
第２実施形態では、電流取り出し位置５１、６１を発電要素４０の中央に設けたものを例示して説明したが、この変形例では、電流取り出し位置５１、６１を発電要素４０の端部に設けている。
【０１３５】
図８（Ａ）は、図２に示した発電要素４０が備える整流素子またはヒューズ、電流取り出し位置の配置状態を積層方向から見た図であり、整流素子またはヒューズが３つに区画された領域の一部に設けられている態様を示す図である。図８（Ｂ）は、整流素子またはヒューズが四角形状に３つに区画された領域の一部に設けられている態様を示す図である。図８（Ｃ）は、整流素子またはヒューズが網目状に９つに区画された領域の一部に設けられている態様を示す図である。
【０１３６】
なお、発電要素４０の基本構成や発電要素４０の各構成要素の構成は、実施形態１で説明したものと同一であるので、ここでのこれらの説明は省略する。
【０１３７】
また、本実施形態では、双極型電極２１が備える絶縁部材については説明を省略するが、第１実施形態、第１実施形態の変形例１、第１実施形態の変形例２で説明したものと全く同一である。つまり、双極型電極２１が備える絶縁部材の形状や位置は、正極集電板１０１および負極集電板１０２に設けられる整流素子またはヒューズの配置状態と整合するように設けてある。
【０１３８】
本実施形態では、電流取り出し位置を発電要素４０の端部に設けている。
【０１３９】
図８（Ａ）に示す態様の場合には、正極集電板１０１および負極集電板１０２は、これらの集電板を３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃに区画する領域の一部に設けている。電流取り出し位置５１から遠いＡ領域とＢ領域の境界には２つの整流素子またはヒューズ５２Ａが備えられ、電流取り出し位置５１から近いＢ領域とＣ領域の境界には１つの整流素子またはヒューズ５２Ｂが備えられる。
【０１４０】
整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂ以外の境界部分（図の点線部分）は絶縁層である。
【０１４１】
したがって、３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの境界は整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを介して電気的に点接続される。Ａ領域からＢ領域に流れ込む電流はＡ領域とＢ領域の境界線上の２点に設けられた整流素子またはヒューズ５２Ａを介して流れる。また、Ｂ領域からＣ領域に流れ込む電流はＢ領域とＣ領域の境界線上の１点に設けられた整流素子またはヒューズ５２Ｂを介して流れる。
【０１４２】
このように、電流取り出し位置５１から遠い位置にある境界に、近い位置にある境界よりも多くの整流素子またはヒューズを設けるのは、集電体の面方向の抵抗が電流取り出し位置５１から離れるほど大きくなるからであり、電流取り出し位置５１から離れている境界部分に電流が流れ易くなるようにするためである。
【０１４３】
整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂは、発電要素４０に内部短絡が生じたときに、区画された部分を跨いで集電体の面方向に流れる電流の大きさを制限または区画された部分を跨いで集電体の面方向に流れる電流を遮断する。たとえば、領域Ａで内部短絡が生じたときには、整流素子またはヒューズ５２Ａの作用によって、領域Ｂから領域Ａに向かって集電体に流れる電流の大きさを制限したり遮断したりする。
【０１４４】
図８（Ｂ）に示す態様の場合には、正極集電板１０１および負極集電板１０２は、これらの電極を構成する集電体を３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃに区画する領域の一部に設けている。電流取り出し位置５１から離れている境界には、より多くの整流素子またはヒューズを設ける。Ａ領域とＢ領域の境界であっても、電流取り出し位置５１から離れている方の境界には、３つの整流素子またはヒューズ５２Ａを設け、電流取り出し位置５１から近い方の境界には、１つの整流素子またはヒューズ５２Ａを設ける。また、Ｂ領域とＣ領域の境界であっても、電流取り出し位置５１から離れている方の境界には、３つの整流素子またはヒューズ５２Ｂを設け、電流取り出し位置５１から近い方の境界には、１つの整流素子またはヒューズ５２Ｂを設ける。
【０１４５】
整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂ以外の境界部分（図の点線部分）は絶縁層である。
【０１４６】
したがって、３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの境界は整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを介して電気的に点接続される。Ａ領域からＢ領域に流れ込む電流はＡ領域とＢ領域の境界線上の４点に設けられた整流素子またはヒューズ５２Ａを介して流れる。また、Ｂ領域からＣ領域に流れ込む電流はＢ領域とＣ領域の境界線上の４点に設けられた整流素子またはヒューズ５２Ｂを介して流れる。
【０１４７】
このように、電流取り出し位置５１から遠い位置にある境界に、近い位置にある境界よりも多くの整流素子またはヒューズを設けるのは、集電体の面方向の抵抗が電流取り出し位置５１から離れるほど大きくなるからであり、電流取り出し位置５１から離れている境界に電流が流れ易くなるようにするためである。
【０１４８】
整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂは、発電要素４０に内部短絡が生じたときに、区画された部分を跨いで集電体に流れる電流の大きさを制限または区画された部分を跨いで集電体に流れる電流を遮断する。たとえば、領域Ｃで内部短絡が生じたときには、整流素子またはヒューズ５２Ｂの作用によって、領域Ｂから領域Ｃに向かって集電体に流れる電流の大きさを制限したり遮断したりする。
【０１４９】
図８（Ｃ）に示す態様の場合には、正極集電板１０１および負極集電板１０２は、これらの集電板を９つの領域に区画する各領域の境界の一部に設けている。電流取り出し位置５１から離れている境界には、より多くの整流素子またはヒューズを設ける。図８（Ｃ）に示す態様の場合には、整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを合計１７個備えたものである。
【０１５０】
整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂ以外の境界部分（図の点線部分）は絶縁層である。
【０１５１】
したがって、９つの領域Ａ、Ｂ１−Ｂ８のそれぞれの境界は整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを介して電気的に点接続される。電流取り出し位置５１のあるＢ７領域に流れ込む電流はＡ領域とＢ１−Ｂ５、Ｂ６、Ｂ８領域の境界線上の１７点に設けられた整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを介して流れる。
【０１５２】
このように、電流取り出し位置５１から遠い位置にある境界に、近い位置にある境界よりも多くの整流素子またはヒューズを設けるのは、集電体の面方向の抵抗が電流取り出し位置５１から離れるほど大きくなるからであり、電流取り出し位置５１から離れている境界に電流が流れ易くなるようにするためである。
【０１５３】
整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂは、発電要素４０に内部短絡が生じたときに、区画された部分を跨いで集電体に流れる電流の大きさを制限または区画された部分を跨いで集電体に流れる電流を遮断する。たとえば、領域Ｂ１で内部短絡が生じたときには、整流素子またはヒューズ５２Ｂの作用によって、他の領域から領域Ｂ１からに向かって集電体に流れる電流の大きさを制限したり遮断したりする。
【０１５４】
この変形例では、正極集電板１０１および負極集電板１０２の両方に整流素子またはヒューズを設けている態様を例示したが、整流素子またはヒューズは、第一の電極５０または第二の電極６０のいずれかに設けるようにしても良い。
【０１５５】
以上説明した第２実施形態およびその変形例による双極型二次電池も、前述した第１実施形態と同様に組電池として提供することが可能である。また同様に、この双極型二次電池または組電池を車両に搭載することもできる。そして、これら組電池や車両は、本第２実施形態の双極型二次電池を使用しているので、内部短絡による発熱が抑制または防止されているため、電池起因による熱的な損傷を未然に防ぐことができる。
【０１５６】
（第３実施形態）
以上に説明した第１および第２実施形態は、それぞれの領域を区画する境界部分に整流素子またはヒューズ５２Ａ、５２Ｂを設け、領域間の電位差や境界部分の熱を自立的に感知して正極集電板１０１および負極集電板１０２に流れる電流を制限または遮断する。
【０１５７】
本実施形態では、それぞれの領域を区画する境界部分に電流計として機能する電流検出手段および電圧計として機能する電圧検出手段を設け、電流検出手段および電圧検出手段で検出した電流と電圧の関係に基づいて、発電要素４０の内部短絡を検知して正極集電板１０１および負極集電板１０２に流れる電流を制限または遮断する。正極集電板１０１および負極集電板１０２に流れる電流を制限または遮断するのは外部に設けたＥＣＵなどの制御手段の指令による。
【０１５８】
本実施形態で例示する電流制限手段は外部に制御手段を備えた可変抵抗器であり、可変抵抗器の抵抗値はこの制御手段によって制御する。また、本実施形態で例示する電流遮断手段は外部に制御手段を備えたＯＮ／ＯＦＦ回路であり、このＯＮ／ＯＦＦ回路のＯＮ、ＯＦＦは制御手段によって制御する。
【０１５９】
本実施形態で例示する可変抵抗器としては、制御手段によって抵抗値が制御される文字通りの抵抗器であっても良いし、擬似的に可変抵抗器と同様に作用するサイリスタやトランジスタなどの半導体素子であっても良い。また、本実施形態で例示するＯＮ／ＯＦＦ回路は、機械的な接点を備えた超小型のリレーであっても良いし、擬似的にスイッチとして機能するサイリスタやトランジスタなどの半導体素子であっても良い。
【０１６０】
本実施形態では、制御手段として車両が搭載している電子制御装置（ＥＣＵ）の使用を想定しているが、発電要素４０の制御用として専用に設けた制御装置であっても良い。
【０１６１】
本実施形態は第１実施形態および第２実施形態のように配置した整流素子またはヒューズに対して適用することができるのはもちろんである。
【０１６２】
以下に、図面を参照しながら第３実施形態について説明する。
【０１６３】
図９は発電要素４０の制御系の概略構成ブロック図である。図１０は図９に示したＥＣＵなどの制御手段の動作を示すフローチャートである。
【０１６４】
発電要素の制御系は、発電要素４０、発電要素４０が備えている可変抵抗器またはＯＮ／ＯＦＦ回路などの電流制御手段７０、電流制御手段７０に流れる電流を検出する電流検出手段８０、電流制御手段７０に印加される電圧を検出する電圧検出手段８５、ＥＣＵなどの制御手段９０によって構成される。
【０１６５】
電流制御手段７０は、第１実施形態および第２実施形態で説明した正極集電板１０１および負極集電板１０２を区画する境界部分に設けられている。電流検出手段８０は、その境界部分に流れる電流を検出し、電圧検出手段８５はその境界部分の電圧を検出する。ＥＣＵなどの制御手段９０は、電流検出手段８０および電圧検出手段８５の検出結果に基づいて電流制御手段を動作させる。
【０１６６】
以上のように構成された発電要素の制御系は、図９に示したフローチャートに基づいて次のように動作する。
【０１６７】
電流検出手段８０および電圧検出手段８５は、整流素子またはヒューズなどの電流制御手段７０に流れる電流の大きさ、電流制御手段７０に印加される電圧の大きさを監視する。たとえば、第１実施形態において本実施形態を適用した場合には、図３（Ａ）のＡ領域からＢ領域に整流素子またはヒューズ５２Ａを介して流れ込む電流の大きさ、Ｃ領域からＢ領域に整流素子またはヒューズ５２Ｂを介して流れ込む電流の大きさ、Ａ領域とＢ領域の電位差（電圧）、Ｃ領域とＢ領域の電位差（電圧）を検出する（Ｓ１０）。ＥＣＵなどの制御手段９０は、検出されている電流制御手段７０に流れる電流の大きさ、電流制御手段７０に印加される電圧の大きさが、設定されている値に比較して大きくなっているか否かを判断（Ｓ２０）する。
【０１６８】
電流制御手段７０に流れる電流の大きさ、電流制御手段７０に印加される電圧の大きさが、設定されている値に比較して大きくなっていなければ（Ｓ２０：ＮＯ）、ＥＣＵなどの制御手段９０は発電要素４０に内部短絡が発生していないと判断して、ステップＳ１０に戻り、電流制御手段７０に流れる電流の大きさ、電流制御手段７０に印加される電圧の大きさを監視する。
【０１６９】
一方、電流制御手段７０に流れる電流の大きさ、電流制御手段７０に印加される電圧の大きさが、設定されている値に比較して大きくなっていれば（Ｓ２０：ＹＥＳ）、ＥＣＵなどの制御手段９０は発電要素４０に内部短絡が発生したと判断して、電流制御手段７０に動作指令を出力し、電流制御手段７０は内部短絡が生じた領域を切り離すために可変抵抗器の抵抗値を大きくして境界部分を越えて流れる電流の大きさを小さくしたり、またはＯＮ／ＯＦＦ回路をＯＦＦさせて境界部分を越えて流れる電流を遮断したりする（Ｓ３０）。
【０１７０】
このように、ＥＣＵなどの制御手段９０が動作することによって、双極型二次電池に内部短絡が生じたときに、外部の制御手段によって、区画された部分を跨いで正極集電板１０１および負極集電板１０２の面方向に流れる電流を制御することができる。また、区画された部分を跨いで正極集電板１０１および負極集電板１０２の面方向に流れる電流を遮断することができる。
【０１７１】
以上説明した第３実施形態における双極型二次電池も、前述した第１実施形態や第２実施形態と同様に組電池として提供することが可能である。また同様に、この双極型二次電池または組電池を車両に搭載することもできる。そして、これら組電池や車両は、内部短絡による発熱が抑制または防止されている双極型二次電池を使用しているので、電池起因による熱的な損傷を未然に防ぐことができる。
【０１７２】
（第４実施形態）
＜双極型二次電池の基本構成＞
図１３は本第４実施形態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）である。
【０１７３】
ここで本第４実施形態に係る双極型二次電池の基本構成はこれまで説明した第１〜３実施形態と同様に、双極型電極を用いた双極型二次電池である。
【０１７４】
すなわち、本第４実施形態における双極型二次電池１０は、図１３に示すように、発電要素４０に、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が形成されて成る双極型電極２１を用いている。そして、この双極型電極２１の正極活物質層２３と負極活物質層２４が電解質層２５を介在して向かい合うように配置して複数積層している。
【０１７５】
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１２ａが配置され、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１２ｂが配置される。
【０１７６】
そして、積層方向の両端では発電要素４０から電流を取り出すための正極集電板１０１および負極集電板１０２が接続されている。つまり集電体１２ａに正極集電板１０１が接続され、集電体１２ｂに負極集電板１０２が接続されている。正極集電板１０１および負極集電板１０２の端部が外装部材１０３から引き出されて双極型二次電池のタブ１０１ａおよび１０２ｂ（電池の端子）となっている。
【０１７７】
なお、外観構成については、図１に示したものと同様であるので図示省略する。
【０１７８】
ここで第１〜３実施形態と異なるのは、集電体１２、１２ａ、１２ｂ、正極集電板１０１、および負極集電板１０２の構成である。なお、これらについては、双極型二次電池としての基本機能が第１〜３実施形態と同様であるので同じ符号を付した。また、そのほかの部材や構成は第１〜３実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１７９】
まず、本第４実施形態における集電体１２、１２ａ、１２ｂについて説明する（以下集電体１２として説明するが最外層の集電体１２ａおよび１２ｂについても同様である）。
【０１８０】
本第４実施形態における集電体１２は、導電性樹脂による集電体である。
【０１８１】
導電性樹脂による集電体１２としては、たとえば、集電体１２が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。
【０１８２】
（高分子材料が導電性高分子である形態）
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。この場合、集電体１２全体が導電性樹脂からなることになる。
【０１８３】
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。
【０１８４】
（樹脂および導電材（導電性フィラー）を含む形態）
次に、好適な形態である樹脂層が非導電性樹脂に導電材を含む形態について詳細に説明する。この場合、集電体１２全体または一部に、樹脂に導電材を含むことで全体として導電性を有する樹脂層が用いられた構成となる。
【０１８５】
まず、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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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、双極型二次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。
【０１９１】
非導電性の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、双極型二次電池の高出力密度化が可能となる。
【０１９２】
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（非導電性の樹脂）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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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号公報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。
【０１９５】
集電体１２の厚さは、特に限定されるものではないが、双極型二次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。具体的は集電体の厚さは、たとえば１０〜３００μｍ、好ましくは２０〜６０μｍ、さらに好ましくは２０〜５０μｍである。かかる範囲であれば、集電体の少なくとも膜厚方向の電子伝導性を確保した上で、軽量化による双極型二次電池の出力密度を高めることができる。
【０１９６】
このような集電体１２は、導電性樹脂を用いたことによる特性として、膜厚方向（すなわち単電池の積層方向）に抵抗が低く、平面方向には抵抗が高くなる。ここで双極型二次電池用の集電体に求められる特性は、膜厚方向（積層方向）の電子伝導性が十分に確保できればよい。
【０１９７】
そして、このような膜厚方向と平面方向での抵抗の違いは、内部短絡発生時における電流集中を抑制または防止する効果がある。つまり、平面方向の抵抗値が高ければ、内部短絡が発生した場合に、その部分へ集電体１２の平面方向を通じた電流の流れが抑制または防止されることになる。このため樹脂集電体を用いるだけで、内部短絡による電流の流れ自体が抑制または防止されて、それによる温度上昇も抑制または防止できることになる。
【０１９８】
かかる観点から、厚さ方向（膜厚方向）の抵抗は、膜厚方向の体積抵抗率として１０２Ω・ｃｍ以下のものであれば、少なくとも膜厚方向に電子伝導性があるといえる。好ましくは、膜厚方向の体積抵抗率が、１０２〜１０−５Ω・ｃｍの範囲である。
【０１９９】
一方、面方向の抵抗を示す表面抵抗率は、電子伝導性が十分に確保されていなくともよので電気を流さないような値となっていてもよい。しかし、実際には導電性樹脂の表面抵抗率となるので、たとえば１０１６〜１０１０Ω／□程度もあれば、内部短絡発生時における電流集中を回避させる効果が得られる。もちろんこれより高くてもよい。逆に低くてもよい。
【０２００】
また、導電材を配合することで導電性を持たせた樹脂層を有する集電体は、厚さ方向の抵抗と面方向の抵抗に差をつけることも可能である。たとえば、樹脂層として、膜厚方向に多数の連通する空孔を有する構造のものを用いて、この空孔の中に導電材が充填した構成が挙げられる。
【０２０１】
具体的には図１４に示すように、膜厚方向に多数の連通した空孔を有する多孔質の有機構造体１と、多孔質の有機構造体１の空孔部分に充填された導電材２とから構成されている。この多孔質の有機構造体１の空孔部分に充填された導電材２は、金属粉のような導電材２ａと、導電材２ａ同士を結着したり、導電材２ａを有機構造体１に結着固定するための結着高分子（バインダー）２ｂとからなる。そして、導電材２ａ同士が少なくとも膜厚方向に接触した状態となるように、高密度で充填している（図２の部分拡大図を参照のこと）。
【０２０２】
なお、導電材２ａを十分に高密度に充填し、空孔内から漏れでないようであれば結着高分子（バインダー）２ｂは不要である。また、導電材２ａ自身が決着性を有する場合（例えば磁性の場合）は自らが空孔内で決着するため、この場合も結着高分子（バインダー）２ｂは不要である。
【０２０３】
この集電体２２を形成する場合、有機構造体１の空孔率（すなわち導電材が導入部分の率）は１０〜９０％であることが好ましく、３０〜９０％がより好ましい。ここであまり空孔率が低く１０％未満であると、導電性の主体となる導電材が少なくて、膜厚方向に対する十分な導電性を確保することが難しくなる。一方、９０％を超えて多くしてしまうと、面方向に接触する空孔が多くなり、そこに充填された導電体によって結果的に面方向への電流の流れ易くなる。こうなると膜厚方向と面方向で抵抗を違えるという趣旨に合わなくなるので好ましくない。
【０２０４】
このような構造とすることで膜厚方向には高い導電性を持たせる一方、空孔が連通していない面方向には、ほとんど導電性がない状態の集電体１２を作成することが可能となる。これにより、内部短絡発生時には、集電体単独でも、集電体平面方向での電流の流れを防止して、内部短絡に起因する電流集中を抑制または防止する効果がある。
【０２０５】
なお、膜厚方向と面方向で抵抗を違えるための手法はその他にも、たとえば樹脂内に配合する導電材の大きさを膜厚方向に大きく、面方向には小さくして、面方向には導電材が接触しづらくすることでも、膜圧方向にのみ導電性を高くすることができる。そのほか、膜厚方向と面方向で抵抗を違えるための手法は何ら制限されるものではない。
【０２０６】
次に、本第４実施形態における集電板について説明する。
【０２０７】
本第４実施形態の集電板は、網目構造を持つ。具体的な網目構造としては、たとえば、図１５に示す複数の線材を編み込んだ編み物構造。図１６に示す複数の線材を織り込んだ織物構造である。またその変形例として、図１７に示すように、織物構造（網目構造）の繊維断面を楕円形にした構造。また、図１８に示す織物構造（網目構造）に絶縁性熱樹脂を含浸させた構造。図１９に示すように絶縁性樹脂を含浸させた織物構造（網目構造）にさらに金属薄膜を設けた構造である。
【０２０８】
本第４実施形態では、これら網目構造を持つ集電板が電流集中を抑制または遮断する手段となる。
【０２０９】
以下これらの構造についてさらに詳しく説明する。
【０２１０】
（網目構造の集電板）
まず、網目構造の集電板の一例としては、図１５に示したように、網目を構成する線材として導電性の繊維５１０（単線を含む。以下同様）をニット編みにした編み物構造の集電板５０１である。また、他の例としては、図１６に示すように、繊維５１０（線材）を単純に縦横に織り込んだ構造の集電板５０２である。図１６（ａ）は平面図であり、図１６（ｂ）は断面図である。
【０２１１】
なお、本第４実施形態では説明のために集電板５０１または５０２と称するが、これは図１３において正極集電板１０１および負極集電板１０２となるものである。以下の説明で出てくる集電板５０３、５０４、５０５、５０６において同様である。
【０２１２】
これら編み物構造または織物構造の集電板５０１および５０２では、電流が流れるのは主に一本いっぽんの繊維５１０である。もちろん繊維同士が接触した部分でも電流は流れるが、接触抵抗があるため繊維自身を流れる電流よりも少ない。
【０２１３】
そして、この編み物構造または繊維構造の集電板５０１および５０２が仮に内部の集電体１２と接触した場合（もともと接触している最外層集電体１２ａおよび１２ｂを除く）、内部短絡が生じる。このため内部短絡部位では電流集中が起き、その部分で発熱する。この発熱よって、繊維部分は溶断する。このため溶断した部分ではそれ以上電流が流れなくなるので、内部短絡による双極型二次電池の発熱も防止することができる。
【０２１４】
線材となる導電繊維としては、たとえばアルミニウムや銅などの単線、導電性樹脂による単線や繊維などで、所定温度により溶断するものであればよい。溶断する所定温度（溶断温度と云う）については後述する。
【０２１５】
編み物構造または織物構造の集電板５０１および５０２は、金属箔とは違って弾性体として機能する。特に、ニット編みとした構造の集電板５０１は、ニット編みとしたことでこの弾性力をより高くすることができる。このため充放電による電極の膨張収縮や、温度サイクルでの各部品の膨張収縮を吸収することが可能となる。したがって、これらの変形作用に対する耐久性も向上する。なお、ニット編み構造の場合、一本いっぽんの繊維の長さ方向が電流を取り出す方向とする。つまり、図１３において、正極集電板１０１および負極集電板１０２のタブ１０１ａおよび１０２ｂ方向である。繊維の方向をこのようにすることで、集電板１０１として電流が流れやすくなる。
【０２１６】
なお、編み物構造または織物構造を製作は、使用する繊維に導電性繊維や金属の単線を使用して、通常の編み物や織物を製造する場合と同様にして製作すればよい。
【０２１７】
（網目構造の集電板の変形例１）
次に編み物構造または織物構造（網目構造）の変形例として、図１７（ａ）〜１７（ｃ）に示すように、編み物構造または織物構造を構成する繊維５２０（線材）の断面を楕円形にした。図１７（ａ）は平面図、図１７（ｂ）は断面図、図１７（ｃ）は一本の線材の断面図である。
【０２１８】
図１７に示すように、断面楕円形の繊維５２０（線材）を用いる場合には、その扁平方向（すなわち、断面楕円の長径方向）が集電板５０３の面方向となるように配置して織り込む。このようにすることで、発電要素４０最外層の集電体１２ａおよび１２ｂとの接触面積を大きくすることができる。したがって、最外層の集電体１２ａおよび１２ｂとの接触抵抗を小さくして発電要素４０からの電力を効率よく集めて、タブ１０１ａおよび１０２ａへ流すことができる。なお、内部短絡発生時に電流集中を抑制または防止する作用、効果は、図１５または１６に示した構造の場合と同じである。
【０２１９】
（網目構造の集電板の変形例２）
次に、本第４実施形態のさらなる変形例である、図１８に示す集電板５０４は、編み物構造または織物構造（網目構造）にさらに絶縁性樹脂を含浸させた構造である。図１８ａは平面図、図１８ｂは断面図である。
【０２２０】
この構造は、上述した図１５〜１７の編み物構造または織物構造物に対して、その内部に絶縁性樹脂５３０を含浸させている。なお、図１８においては、この変形例の説明のために図１６の構造を用いて示したが、編み物構造または織物構造自体は図１５〜１７のいずれの構造であってもよい。
【０２２１】
このように、編み物または織物の内部に絶縁性樹脂５３０を含浸させることで、編み物または織物を構成する一本いっぽんの繊維をそれぞれ絶縁することができる。これにより電流は一本いっぽんの繊維のみに流れ、接触部分で電流が流れない。したがって、内部短絡によって電流集中が起きた部分はその温度上昇により溶断し、電流集中部分から他の繊維へ電流が流れるのを防止することができる。
【０２２２】
この樹脂含浸させた構造の集電板５０４は、たとえば以下のようにして製造する。
【０２２３】
含浸させる絶縁性樹脂としては、たとえば、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、双極型二次電池の高出力密度化が可能となる。
【０２２４】
これらの高分子を織物構造物に含浸させる際には、溶媒などに溶解した状態の高分子材料中に織物構造物を浸漬して織物構造物の内部にまで高分子材料をいきわたらせる。その後乾燥させて溶媒を飛ばすことで樹脂含浸させた織物構造物が出来上がる。その後、樹脂を含浸させた織物構造物の表面の導電性繊維（または金属）を露出させる。これには樹脂を含浸させた織物構造物の表面を研磨して樹脂分を削って導電性繊維（または金属）を露出させるとよい。導電性繊維（または金属）を露出させる表面は発電要素４０の最外層集電体１２ａまたは１２ｂが接触する側である。
【０２２５】
（網目構造の集電板の変形例３）
次に、本第４実施形態のさらに他の変形例は、図１９に示すように、絶縁性樹脂を含浸させた織物構造（図１８の構造）に、さらにその表面に導電性薄膜５４０を設けた集電板５０５である。ここで表面とは、発電要素４０の最外層集電体１２ａまたは１２ｂが接触する側である。なお図１９は集電板５０５の断面図である。その平面は、図１８に示した樹脂含浸させた構造と同様であるので、図示省略する。
【０２２６】
導電性薄膜５４０は、たとえば絶縁性樹脂を含浸させた織物構造物の表面に金属を蒸着やスパッタリングによって設けたものである。このように織物構造物の表面に金属を蒸着やスパッタリングによって設けることで、織物構造の各繊維表面にしっかりと金属が結びつく。そして、発電要素４０の最外層集電体１２ａまたは１２ｂとの接触面積が大きくなる。このため織物構造の集電板５０５と発電要素４０との接触抵抗を小さくすることが可能となる。
【０２２７】
用いる導電性薄膜５４０としては、たとえば、アルミニウムや銅など導電性の高い金属が好ましい。また、その厚さは、たとえば、１μｍ以下が好ましく、２００ｎｍ程度もあれば十分である。１μｍを超えた場合、繊維が温度上昇によって溶断しなくなるおそれがあるため好ましくない。厚さ下限値は蒸着やスパッタリングなどによって形成できる最小の厚さでよい。これは、導電性薄膜５４０の機能が、最外層集電体１２ａまたは１２ｂとの接触面積が大きくするためであので、ごく薄くても十分達成されるからである。言い換えると、この導電性薄膜５４０自身が集電板として電流を流す機能はなくてもよいためである。
【０２２８】
なお、導電性薄膜５４０は、蒸着やスパッタリング以外の方法で設けてもよい。
【０２２９】
これにより、内部短絡によって電流集中が起きた場合には、電流集中が起きた部分はその温度上昇により繊維が溶断するようになる。そして、通常状態では、発電要素４０からの電力を効率よく集めて、タブ１０１ａおよび１０２ａへ流すことができる。
【０２３０】
ここで溶断温度について説明する。
【０２３１】
溶断温度は双極型二次電池としての使用される温度によって異なる。たとえば自動車用途向けのリチウムイオン電池は６０℃程度で使用する。このため６５〜１５０℃程度で溶断することが好ましい。溶断温度が６５℃未満であまりに低いと、通常使用時の温度でも各繊維が溶断してしまい、そもそも電池として機能しなくなるおそれがあり好ましくない。一方、１５０℃を超えると温度が高く、局所的な温度上昇にとどまらず電池全体の温度が高くなってしまうおそれがあり好ましくない。もちろん、この溶断温度は、双極型二次電池に使用している材料や、その用途などによって適宜設定すればよく、ここで示した温度に限定されるものでない。
【０２３２】
上述した編み物構造または織物構造の集電板を製作する際の繊維は、たとえば、導電性樹脂からなる繊維、または金属単線を用いることができる。
【０２３３】
導電性樹脂からなる繊維は、上述した導電性樹脂集電体のところで説明した導電性高分子や導電材の入った樹脂を繊維状にしたものを用いればよい（これらを合わせて導電性樹脂と云う）。それらの素材は上述した導電性樹脂集電体のところで説明したとおりである。
【０２３４】
これら導電性樹脂を繊維に用いる場合には、上記溶断温度によって切れて、かつ通常状態では発電要素４０から集電した電流をタブ方向に流すために十分な導電性を有するようにする必要がある。ここで通常状態とは内部短絡による電流集中がない状態である。このため導電性樹脂による一本いっぽんの繊維の体積抵抗率は１０２Ω・ｃｍ以下、より好ましくは１０２〜１０−５Ω・ｃｍとする。この範囲であれば織り込まれた各繊維は発電要素４０から集電した電流をタブ方向に効率よく流すことができる。
【０２３５】
また、繊維は、金属を細く延ばした単線でもよい。用いる金属は、たとえば、アルミニウム、銅、ステンレスなどが使用可能である。これらの体積抵抗率は２０℃において、アルミニウムは２．８×１０−６Ω・ｃｍ、銅は１．７×１０−６Ω・ｃｍ、ステンレス（ＳＵＳ４１０）は６２．２×１０−６Ω・ｃｍである。なお、これら以外の金属素材を用いることもできる。また、通常状態ではより多く電流を流せるように金属単線を太くすることができかつ、溶断温度で即座に切れる合金を用いることも可能である。
【０２３６】
そして、これらの導電性繊維や金属単線を後述する前述した溶断温度で溶断する太さに整形して用いる。
【０２３７】
（網目構造の集電板の変形例４）
以上第４実施形態を説明したが、第４実施形態で用いられる網目構造の集電板は編み物構造または織物構造に限定されるものではない。たとえば、図２０に示すように金属の一枚板をメッシュ構造に打ち抜いた、いわゆるパンチングメッシュ５０６（金属メッシュ構造）としてもよい。このようにした場合、メッシュ線の幅を溶断温度で溶断する太さにする。これにより、内部短絡によって電流集中が起きた場合には、電流集中が起きた部分はその温度上昇によりメッシュ線が溶断して、双極型二次電池の温度上昇を抑制または防止することができる、
（第４実施形態の実施例）
この第４実施形態の構造による双極型二次電池サンプルを試作して、そのサイクル試験特性を評価した。
【０２３８】
双極型二次電池サンプルの構造は下記のとおりである。
【０２３９】
＜正極材料＞
以下の材料を所定の比で混合して正極材料を作製した。
・正極活物質として、ＬｉＭｎ２Ｏ４（８５ｗｔ％）を用いた。
・導電助剤として、アセチレンブラック（５ｗｔ％）を用いた。
・バインダーとして、ＰＶＤＦ（１０ｗｔ％）を用いた。
・スラリー粘度調整溶媒として、ＮＭＰを用い、これにより塗布のための粘度調整を実施した。
・樹脂集電体の片面に上記のスラリーを塗布し、乾燥させることで正極電極を作製した。
【０２４０】
＜負極材料＞
以下の材料を所定の比で混合して負極材料を作製した。
・正極活物質として、ハードカーボン（８５ｗｔ％）を用いた。
・導電助剤として、アセチレンブラック（５ｗｔ％）を用いた。
・バインダーとして、ＰＶＤＦ（１０ｗｔ％）を用いた。
・スラリー粘度調整溶媒として、ＮＭＰを用い、これにより塗布のための粘度調整を実施した。
・樹脂集電箔の片面に上記のスラリーを塗布し、乾燥させることで集電体の片面に正極、片側に負面が塗布された双極型電極が完成した。
【０２４１】
なお、正極および負極の形成方法は、上記方法のほかに、たとえば、あらかじめ金属箔に塗工した電極を樹脂集電体に転写して電極形成することでも作製できる。
【０２４２】
＜集電体＞
ポリエチレン、ポリイミドなどの樹脂材料を基材として、アセチレンブラック（カーボン材料）を導電材として混ぜて、押し出し成型法により薄膜化して作製した。
【０２４３】
＜電解質＞
以下の材料を所定の比で混合して電解質材料を作製した。
・電解液としてＰＣとＥＣを１：１で混合し、リチウム塩には  １ＭＬｉＰＦ６（９０ｗｔ％）を用いた。
【０２４４】
＜積層＞
上記双極型電極とシール材、セパレータを積層し、周辺部分の三辺を上下からプレス（熱と圧力）をかけ融着し各層をシールし、発電要素をとした。プレス条件は０．２ＭＰａ、２００℃、５ｓとした。
【０２４５】
シール材は、ポリエチレン系の熱可塑性樹脂を用いたが、ポロプロピレンやエポキシ系樹脂を用いてもかまわない。
【０２４６】
プレスをしていない辺より液電解質を注入し、残りの一辺をプレスし、シールをした。
【０２４７】
双極型二次電池要素の投影面全体を覆うことのできる下記実施例の集電板を製作した。そして、この集電板で積層した発電要素を挟み込みこれらを覆うように外装材としてアルミラミネートで真空密封し、双極型二次電池要素全体を大気圧で両面を押すことにより、加圧され集電板と発電要素間の接触を高め、ゲル電解質型双極型二次電池サンプルを完成させた。
【０２４８】
評価方法は下記のとおりである。
【０２４９】
（実施例１）
図１６に示した織物構造の集電板５０２を用いた。織物構造は、目標溶断温度を１００℃となるように、線径１００μｍのアルミニウムの単線を間隔１００μｍとなるように織り上げた。
【０２５０】
この集電板５０２を用いた双極型二次電池サンプルに初回の充電を行い、初期電圧を確認した。その後外装材の表面から局所的に圧力を加え、内部の集電体と集電板が接触する内部短絡を発生させた。
【０２５１】
そして、５０℃での充放電サイクルを行った結果、５０サイクルを超えても初期電圧を維持し、良好なサイクル特性を示した。また、外装材の表面温度は、充放電サイクルの環境温度である５０℃を超えることはなかった。
【０２５２】
（実施例２）
図１７に示した織物構造の集電板５０３を用いた。織物構造は、目標溶断温度を１００℃となるように、断面の短径が５０μｍ、長径が２００μｍのアルミニウムの単線を間隔１００μｍとなるように織り上げた。
【０２５３】
この集電板５０３を用いた双極型二次電池サンプルに初回の充電を行い、初期電圧を確認した。その後外装材の表面から局所的に圧力を加え、内部の集電体と集電板が接触する内部短絡を発生させた。
【０２５４】
そして、５０℃での充放電サイクルを行った結果、５０サイクルを超えても初期電圧を維持し、良好なサイクル特性を示した。また、外装材の表面温度は、充放電サイクルの環境温度である５０℃を超えることはなかった。
【０２５５】
（実施例３）
図１８に示した絶縁性樹脂含浸させた織物構造の集電板５０４を用いた。織物構造は、目標溶断温度を１００℃となるように、線径１００μｍのアルミニウムの単線を間隔１００μｍとなるように織り上げた。含浸させた樹脂は、ポリエチレン系の熱可塑性樹脂を用いた。樹脂を織物構造物に含浸させた後、発電要素と接触する面のアルミニウム線を露出させた。
【０２５６】
この集電板５０４を用いた双極型二次電池サンプルに初回の充電を行い、初期電圧を確認した。その後外装材の表面から局所的に圧力を加え、内部の集電体と集電板が接触する内部短絡を発生させた。
【０２５７】
そして、５０℃での充放電サイクルを行った結果、５０サイクルを超えても初期電圧を維持し、良好なサイクル特性を示した。また、外装材の表面温度は、充放電サイクルの環境温度である５０℃を超えることはなかった。
【０２５８】
（実施例４）
図１９に示した絶縁性樹脂含浸させた織物構造物に銅薄膜を設けた集電板５０５を用いた。織物構造は、目標溶断温度を１００℃となるように、線径１００μｍのアルミニウムの単線を間隔１００μｍとなるように織り上げた。含浸させた樹脂は、ポリエチレン系の熱可塑性樹脂を用いた。樹脂を織物構造物に含浸させた後、発電要素と接触する面のアルミニウム線を露出させた。そして、アルミニウムが露出した表面に厚み２００ｎｍの銅を真空蒸着した。
【０２５９】
この集電板５０５を用いた双極型二次電池サンプルに初回の充電を行い、初期電圧を確認した。その後外装材の表面から局所的に圧力を加え、内部の集電体と集電板が接触する内部短絡を発生させた。
【０２６０】
そして、５０℃での充放電サイクルを行った結果、５０サイクルを超えても初期電圧を維持し、良好なサイクル特性を示した。また、外装材の表面温度は、充放電サイクルの環境温度である５０℃を超えることはなかった。
【０２６１】
（比較例１）
比較例として、集電板に１枚のアルミニウム箔を用いた。この一枚の集電板を用いた双極型二次電池サンプルに初回の充電を行い、初期電圧を確認した。その後外装材の表面から局所的に圧力を加え、内部の集電体と集電板が接触する内部短絡を発生させた。
【０２６２】
その後、５０℃で充電を実施した場合、電池電圧が上昇せず充放電を繰り返すことができなかった。
【０２６３】
以上の結果から、本第４実施形態の構造によって、内部短絡発生時においても、電池全体の温度が上昇することはなく、充放電を繰り返して実施できることがわかる。
【０２６４】
以上説明した本第４実施形態によれば以下のような効果を奏する。
【０２６５】
集電板を網目構造とし、網目を構成する一本いっぽんの線材が内部短絡発生時にはその熱で切れるようにした。このため、内部短絡が発生しても、双極型二次電池全体の温度が上昇することがない。また、不要な電流集中が起きた場合にそれが遮断されるので、電流分布の均一化と温度分布の均一化をはかり、いっそう耐久性を向上させることが可能となる。ここで内部短絡の発生原因としては、たとえば、双極型二次電池全体に加わる力のほか、導電性のものが外装材を破損して内部にまで至るよう異物混入時（いわゆる釘さし）である。
【０２６６】
また、網目構造を編み物構造や織物構造、中でもニット編み構造とすることで、集電板が柔軟性に富み、充放電時における双極型二次電池全体の膨張収縮に対応して電池内部を圧迫することがない。
【０２６７】
また、網目を構成する線材の形状を、断面楕円形状とすることで、発電要素との接触面積を大きく取ることができ、集電板として発電要素からの電流を効率よく引き出すことができる。
【０２６８】
また、網目構造内部に絶縁性樹脂を含浸させたので、線材間で電気が通ることがない。内部短絡発生時に電流が他の線材を通じて流れることも防止できる。
【０２６９】
また、網目構造内部に絶縁性樹脂を含浸させ、その表面（発電要素側）に導電性薄膜を設けたので、集電板として発電要素からの電流をいっそう効率よく引き出すことができる。
【０２７０】
さらに、網目構造の集電板は、網目構造をパンチングメッシュ加工により形成した金属メッシュ構造としてもよい。金属のパンチングメッシュ加工であれば製造が容易である。
【０２７１】
なお、本第４実施形態の双極型二次電池も、前述した第１実施形態などと同様に組電池として提供することが可能である。また同様に、この双極型二次電池または組電池を車両に搭載することもできる。そして、これら組電池や車両は、内部短絡による発熱が抑制または防止されている双極型二次電池を使用しているので、電池起因による熱的な損傷を未然に防ぐことができる。
【０２７２】
（第５実施形態）
第５実施形態は、前述した第４実施形態の双極型二次電池において、集電板のみを下記に説明する構成とした双極型二次電池である。したがって、双極型二次電池における集電板以外の構成は第４実施形態と同様であるので、それらの説明は省略する。
【０２７３】
図２１は本第５実施形態の集電板を説明するための概略断面図である。
【０２７４】
本第５実施形態の集電板６０１は図１３において正極集電板１０１および負極集電板１０２となるものである。
【０２７５】
この集電板６０１は、樹脂層６０５に導電材（導電性フィラー）６１０を配合した導電性樹脂により形成された集電板である。この集電板６０１が電流集中を抑制または遮断する手段となる。
【０２７６】
そして、樹脂に対する導電材６１０の配合比率を調整することで面方向の電流の流れを良くするとともに、集電板として形成したときの引っ張り強度が集電体より低くなるようにしている。
【０２７７】
図２２は、この集電板６０１による電流集中防止作用を説明するための図面である。
【０２７８】
図２２に示すように、この集電板６０１は引っ張り強度が小さため、内部短絡が発生するような力が加わった場合に集電板６０１が壊れる。このため、電流を流すための要素（エレメント）となっていた導電性樹脂内の導電材６１０が樹脂成分と共に飛散する。図において樹脂成分と共に飛散した導電材を符号６２０で示した。したがって、その部分の電流が流れなくなって内部短絡による電流集中も防止できるのである。しかも、集電板６０１の引っ張り強度が集電体より低いため、集電板６０１に至るような内部短絡が生じる力が加わった場合は、確実に集電板６０１が壊れて電流を流すための要素である導電性樹脂内を飛散させることができる。
【０２７９】
この集電板６０１の引っ張り強度としては、集電板６０１単独として、たとえば、１０Ｎ／ｍｍ２を超えない程度とすることが好ましい。つまり、１０Ｎ／ｍｍ２を超えた力が集電板６０１に加わった場合に集電板６０１が損壊して電流伝達要素である導電材６１０が飛散するのである。これにより内部短絡の原因となる力が加わった場合に、集電板６０１内の導電材を確実に飛散させることができる。なお、下限値については、内部短絡を防止する観点からは特に限定はなく、集電板６０１としての形態が維持できればよい。この場合双極型二次電池自体が外装材に覆われるため、相当低い引っ張り強度であっても双極型二次電池の集電板としては問題ない。逆に云うと、外装材が破壊される程度の力が加わった場合には、即刻損壊する程度の低い引っ張り強度とすることが望ましいのである。
【０２８０】
このような引っ張り強度とするために、集電板６０１に用いられる導電性樹脂における導電材の配合比率は、集電板の全量に対して導電材が好ましくは３〜９０ｗｔ％、より好ましくは１０〜９０ｗｔ％である。これは導電材が３ｗｔ％以下だと必要な導電性が得られないためである。一方、９０ｗｔ％を超えると導電材を保持するための樹脂成分が少なくなりすぎて、集電板６０１としての形態を維持できなくなるおそれがあるため好ましくない。
【０２８１】
また、双極型二次電池の形態によっては、気密性の観点からより好ましくは１０〜５０ｗｔ％である。双極型二次電池の形態として最外層集電体を用いずに、直接正極活物質層または負極活物質層に集電板６０１を接触させた形態も可能である。一方で導電材が５０ｗｔ％を超えた場合、導電材同士の隙間に図示成分が入りきらずに隙間が生じるおそれがある。そのため気密性が低くなって、直接接触する正極活物質層または負極活物質層から電解液が漏れ出る可能性があるため好ましくないのである。
【０２８２】
一方、このような集電板は、体積抵抗率が好ましくは１Ωｃｍ以下、より好ましくは０．００１Ωｃｍ以下とする。また、厚さは好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上とする。これは、集電板としての機能、すなわち面方向へ電流を流れやすくする必要性からこのような体積抵抗率が望まれるのである。
【０２８３】
集電板６０１に用いる導電性樹脂は、樹脂に直接導電材を入れたものや結着剤と共に入れたものである。樹脂および導電材の素材や形状は、基本的に第４実施形態において「（樹脂および導電材（導電性フィラー）を含む形態）」として説明したものと同じでよい。ここでは重複する説明をさけるために省略する（ただし、図１４に示したような空孔に導電材を充填した形態は除く）。
【０２８４】
このような集電板６０１は、たとえば、押し出しまたは圧延により形成することが好ましい。より具体的には、樹脂と導電材を溶融混練した後、インフレーション法やＴダイ成形、カレンダー法などの押し出しまたは圧延により形成することがでいる。また延伸加工を伴わない加工法を用いることがより好ましい。未延伸工程であれば、用いた樹脂成分が形成過程で圧迫されないため結晶性を低くすることができ、脆性の高い集電板６０１として提供することができる。
【０２８５】
（第５実施形態の変形例）
図２３は、第５実施形態の変形例を説明するための集電板の表面を示す平面図である。
【０２８６】
この集電板６０２は、その表裏面に無数スクラッチ６２０を入れたものである。スクラッチ６２０が入っている以外は上述した第５実施形態と同じである。
【０２８７】
このスクラッチ６２０は、集電板６０２として形成後、その表面に無数の毛書き傷などをつけたものである。このスクラッチ６２０は表裏面の両方ではなく、いずれか一方の面だけでもよい。
【０２８８】
このようにスクラッチ６２０を入れることで、集電板６０２に強い力が加わった場合に、いっそう集電板６０２が損壊しやすくなり、電流集中防止効果が高くなる。
【０２８９】
なお、図では、スクラッチ６２０がランダムに入っているものを例示したが、スクラッチ６２０の入れ方や、その本数に制限はない。図のように縦横斜めなどにランダムに入れてもよいし、特に図示しないが、縦横斜めなどに規則正しく一定間隔で入れてもよい。さらには、縦方向のみや横方向のみ、斜め方向のみなどとしても同様に力が加わった場合に損壊しやすくなる。
【０２９０】
（第５実施形態の実施例）
集電板の構造を下記のとおりとして、その他の構成は前述した第４実施形態の実施例による双極型二次電池サンプルと同様のサンプルを試作した。
【０２９１】
（実施例５）
集電板は下記のとおり製作した。
【０２９２】
まず、ポリエステルのペレットとカーボンブラックを混ぜ、溶融混練した後、造粒機でペレットを試作した。試作したペレットを平面型のホットプレス装置を用いてプレスすることで導電性フィルムを得た。試作した導電性フィルムを集電板に成形（切り取り）して用いて、双極型二次電池サンプルを得た。
【０２９３】
（比較例２）
アルミニウム箔を集電板に用いた以外は実施例５と同じ双極型二次電池サンプルを試作した。
【０２９４】
（評価）
試作した電池サンプルを充電後、電池の中心部を径２０ｍｍの円柱を用いて内部短絡が起きるように力を加えた。
【０２９５】
電池サンプルの電圧を測定したところ、実施例５では電圧低下はほぼ見られなかったが、比較例２では大幅に低下した。また、実施例５では温度上昇はなかったが、比較例２では温度上昇が認められた。
【０２９６】
以上の結果から、本第５実施形態の構造によって、強い力が加わっても内部短絡自体が発生せず、双極型二次電池全体の温度が上昇することがなくて、双極型二次電池としての性能がそのまま得られることがわかる。
【０２９７】
以上説明した本第５実施形態によれば以下のような効果を奏する。
【０２９８】
第５実施形態の集電板は引っ張り強度を集電体よりも低くしたので、内部短絡が発生するような力が加わった場合に集電板の導電性要素が飛散する。したがって、その部分の電流が流れなくなって内部短絡による電流集中が防止される。ここで内部短絡の発生原因としては、たとえば、双極型二次電池全体に加わる力のほか、導電性のものが外装材を破損して内部にまで至るよう異物混入時（いわゆる釘さし）である。双極型二次電池全体に力が加わった場合には、その部分の集電板の導電性要素が飛散する。また、異物混入時は異物が混入する際の力によって集電板の導電性要素が飛散する。
【０２９９】
また、集電板の引っ張り強度を１０Ｎ／ｍｍ２以下とすることで、内部短絡に至るような力が外部から加わった場合に、集電体を局所的にかつ確実に損壊させて、内部短絡に起因する電流集中を防止できる。
【０３００】
また、このような集電板を樹脂と導電材を混合して製作したので、所望の引っ張り強度を得ることができるとともに、集電板としての十分な機能を得るための導電性を確保することもできる。
【０３０１】
また、この集電板は、延伸を伴わない工程で製作することで脆性の高い集電板を提供することができる。
【０３０２】
また、この集電板は、樹脂に対する導電材の量を質量比で好ましくは３〜９０ｗｔ％としたので、内部短絡が発生するような力が加わった場合に飛散しやすくすることができるとともに、集電板として十分な導電性を持たせることができる。
【０３０３】
また、集電板の少なくとも一方の面にスクラッチを入れたので、脆性を向上させて、内部短絡が発生するような力が加わった場合に飛散しやすくすることができる。
【０３０４】
なお、本第５実施形態の双極型二次電池も、前述した第１実施形態などと同様に組電池として提供することが可能である。また同様に、この双極型二次電池または組電池を車両に搭載することもできる。そして、これら組電池や車両は、内部短絡による発熱が抑制または防止されている双極型二次電池を使用しているので、電池起因による熱的な損傷を未然に防ぐことができる。
【０３０５】
以上、本発明を適用した実施形態およびそれらの変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、集電体は第１実施形態のごとく区画して各区画ごとに絶縁手段を設け、集電板は第４実施形態または第５実施形態のようにすることもできる。また逆に集電体は第４実施形態のように面方向に電流が流れづらい樹脂集電体とし、集電板が第１〜第３実施形態のいずれかを採用するようにしてもよい。そのほかさまざまな組み合わせが可能であり、内部短絡に起因した電流集中を抑制または遮断して、双極型二次電池の温度上昇を防止することができる。
【０３０６】
また、すべての実施形態について、双極型二次電池の形態としては最外層集電体を用いずに、直接正極活物質層または負極活物質層が集電板に接続させた形態も可能である。
【０３０７】
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。
【産業上の利用可能性】
【０３０８】
本発明は、双極型二次電池の信頼性を向上させる技術として利用可能である。
【符号の説明】
【０３０９】
２ｂ、６１０  導電材、
２１  双極型電極、
２２  集電体、
２３  正極活物質層、
２４  負極活物質層、
２５  電解質層、
２６  単電池、
３０  シール部、
４０  発電要素、
５０  第１の電極、
５１、６１  電流取り出し位置、
５２Ａ、５２Ｂ  整流素子またはヒューズ、
６０  第２の電極、６２Ａ、６２Ｂ  絶縁部材、
７０  電流制御手段、
８０  電流検出手段、
８５  電圧検出手段、
９０  制御手段、
１００  双極型二次電池、
１０１  正極集電板、
１０２  負極集電板、
１０３  外装材、
２５０  組電池モジュール、
３００  組電池、
４００  車両、
５０１〜５０６、６０１  集電板、
５１０  繊維（線材）、
５３０、６０５  樹脂、
５４０  導電性薄膜、
６２０  スクラッチ。
【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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【図２２】
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【図２３】
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【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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