(57)【要約】【課題】単電池層の過放電を防止することができる双極型電極を提供する。【解決手段】本発明の双極型電極２１は、一方の面に正極層２４が形成され、他方の面に負極層２５が形成された集電体２３を有する。集電体２３は、正極層２４と負極層２５との電位差が閾値電圧以上の場合には、正極層２４から負極層２５への電流の流れが許容される一方で、電位差が閾値電圧未満の場合には、電流が遮断される、遮断層を含む。【選択図】図１
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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層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなる双極型電極であって、
前記集電体は、前記正極層と前記負極層との電位差が閾値電圧以上の場合には、前記正極層から前記負極層への電流の流れが許容される一方で、前記電位差が前記閾値電圧未満の場合には、前記電流が遮断される、遮断層を含むことを特徴とする双極型電極。
【請求項２】
前記遮断層は、
半導体層よりなる第１の集電体層と、
前記第１の集電体層に積層され、前記電流を制御するためのダイオード接合を前記第１の集電体層とともに形成する第２の集電体層と、を有することを特徴とする請求項１に記載の双極型電極。
【請求項３】
前記第１の集電体層は、ｎ型半導体層であって、
前記第２の集電体層は、前記第１の集電体層と前記正極層との間に配置される金属層よりなることを特徴とする請求項１に記載の双極型電極。
【請求項４】
前記第１の集電体層は、ｐ型半導体層であって、
前記第２の集電体層は、前記第１の集電体層と前記負極層との間に配置される金属層よりなることを特徴とする請求項１に記載の双極型電極。
【請求項５】
前記遮断層は、前記第１の集電体層と前記負極層との間に設けられ、前記第１の集電体層とダイオード接合を形成する金属層よりなる第３の集電体層をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の双極型電極。
【請求項６】
前記第１の集電体層は、ｐ型半導体層であって、
前記第２の集電体層は、前記第１の集電体層と前記負極層との間に配置されるｎ型半導体層よりなることを特徴とする請求項２に記載の双極型電極。
【請求項７】
前記遮断層は、前記第１の集電体層と前記正極層との間に設けられ、前記第１の集電体層とダイオード接合を形成するｎ型半導体層よりなる第３の集電体層をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の双極型電極。
【請求項８】
前記閾値電圧は、共通電圧を基準とする前記負極層の電位と、前記正極層と負極層との電位差とが等しい場合の電位よりも大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の双極型電極。
【請求項９】
前記閾値電圧は、０Ｖであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の双極型電極。
【請求項１０】
前記半導体層は、有機半導体層であることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の双極型電極。
【請求項１１】
前記半導体層は、多結晶シリコン、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、金属酸化物、および酸化物半導体からなる群から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の双極型電極。
【請求項１２】
前記金属層は、ニッケル、鉄、アルミニウム、銅、チタン、およびこれらを１種以上含む合金からなる群から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の双極型電極。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の双極型電極が、セパレータを介して複数積層されてなることを特徴とする双極型電池。
【請求項１４】
請求項１３に記載の双極型電池を、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１５】
請求項１３に記載の双極型電池または請求項１４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、双極型電極、双極型電池、組電池、および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車（ＥＶ）およびハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）のモータ駆動用電源として、リチウム電池およびニッケル水素電池などの二次電池の開発が盛んである。二次電池としては、高出力密度を実現可能な双極型電池が注目されている（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
双極型電池は、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てなる双極型電極が、セパレータを介して複数積層されて構成される。このような双極型電池では、セパレータを介して積層方向に隣接する一対の双極型電極によって単電池層が形成されており、双極型電池は、複数の単電池層が直列に接続された構成を有している。
【特許文献１】特開平１１−２０４１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記双極型電池では、充放電が繰り返されることによって双極型電池を構成する複数の単電池層の容量にバラツキが生じる場合、容量の小さい単電池層が過放電するという問題がある。単電池層の過放電は、正極と負極の転極を生じさせ、電池の耐久性が低下する可能性がある。
【０００５】
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、単電池層の過放電を防止することができる双極型電極を提供することである。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、上記双極型電極を用いた双極型電池および組電池を提供することである。
【０００７】
また、本発明のさらに他の目的は、上記双極型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】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００９】
本発明の双極型電極は、一方の面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成された集電体を有する。前記集電体は、前記正極層と前記負極層との電位差が閾値電圧以上の場合には、前記正極層から前記負極層への電流の流れが許容される一方で、前記電位差が前記閾値電圧未満の場合には、前記電流が遮断される、遮断層を含む。
【００１０】
本発明の双極型電池は、上記双極型電池が、セパレータを介して複数積層されてなる。
【００１１】
本発明の組電池は、上記双極型電池を、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】
本発明の双極型電極によれば、双極型電池の電圧低下が進行すると電流の流れが遮断されるため、単電池層の過放電が防止される。
【００１４】
本発明の双極型電池および組電池によれば、単電池層の過放電が防止されるため、単電池層の転極を防止することができるので、電池機能の停止が防止される。したがって、電池の耐久性が向上する。
【００１５】
本発明の車両によれば、電池の耐久性が向上するため、車両の信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明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。
【００１７】
（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電池の概略構成を示す断面図である。本発明の双極型電池は、集電体に整流作用を持たせることにより、集電体の厚さ方向の電流の流れを制御するものである。なお、本実施の形態の双極型電池は、たとえば、リチウム二次電池である。
【００１８】
図１に示すとおり、本実施の形態の双極型電池１０は、電力を発生する発電要素２０が、外装部材３０の内部に収容されて構成されている。外装部材３０の端部には、発電要素２０で発生される電力を取り出すための電極タブ４１，４２が設けられている。
【００１９】
発電要素２０は、扁平な矩形状であって、複数の双極型電極２１がセパレータ２２を介して複数積層されて構成される。双極型電極２１は、一枚の板状の集電体２３と、集電体２３の一方の面に形成される正極活物質層（以下、正極層と称する）２４と、集電体２３の他方の面に形成される負極活物質層（以下、負極層と称する）２５とを有する。本実施の形態の集電体２３は、ｎ型半導体層と金属層とが積層されて構成される。集電体２３についての詳細な説明は後述する。なお、正極活物質および負極活物質は、一般的なリチウム二次電池で用いられる材料と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００２０】
複数の双極型電極２１は、正極層２４と負極層２５とがセパレータ２２を介して対向するように積層される。積層方向に隣接する集電体２３間に配置される正極層２４、セパレータ２２、および負極層２５は、発電の最小要素としての単電池層２６を構成する。すなわち、本実施の形態の双極型電池１０では、集電体２３を介して、複数の単電池層２６が電気的に直列に接続されている。積層方向に隣接する集電体２３間には、電解液の漏出を防止するために集電体２３の周縁部に沿ってシール部材２７が設けられている。また、発電要素２０の最上層には、負極層２５が形成された第１のエンドプレート２８がセパレータ２２を介して配置されており、最下層には、正極層２４が形成された第２のエンドプレート２９がセパレータ２２を介して配置されている。第１および第２のエンドプレート２８，２９は、外装部材３０の外部に導出されて、負極タブ４１および正極タブ４２を構成している。
【００２１】
外装部材３０は、扁平な矩形状であって、電気絶縁性を有する第１および第２の外装部材３０ａ，３０ｂから形成される。第１の外装部材３０ａは、発電要素２０を収容する凹部を有しており、第２の外装部材３０ｂは、当該凹部の周縁部において、発電要素２０を挟み込むように第１の外装部材３０ａと熱融着によって相互に接合されている。第１および第２の外装部材３０ａ，３０ｂは、３層のシートからなるラミネートフィルムであって、相互に接合される接合面から表面に向かって、熱融着層、金属層、および最表層を有している。
【００２２】
次に、図２を参照して、本実施の形態の双極型電池において用いられる集電体について詳細に説明する。図２は、本実施の形態における双極型電極を説明するための断面図である。上述したとおり、本実施の形態の双極型電極は、集電体２３の一方の面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなる。
【００２３】
図２に示すとおり、集電体２３は、ｎ型半導体層２３ｎと金属層２３ｍとが積層されて構成される。ｎ型半導体層２３ｎと金属層２３ｍとはショットキー接合を形成しており、集電体２３は、ダイオードとして機能する。
【００２４】
ｎ型半導体層２３ｎは、第１の集電体層として、負極層２５側に配置され、負極層２５と接触している。ｎ型半導体層２３ｎは、耐電圧性および耐溶媒性に優れていることが望ましく、たとえば、多結晶シリコン、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、金属酸化物、または酸化物半導体から形成される。また、これらの半導体材料には、不純物が注入されることができる。なお、半導体層としてシリコンを用いる場合には、シリコンとリチウムとが合金を形成することを防止するために、たとえば、ｎ型半導体層２３ｎの表面に金属保護層を形成することが望ましい。また、酸化物半導体としては、抵抗値が低く、かつ構造的に安定であるＩＴＯ（酸化インジウム錫）またはＺｎＯ（酸化亜鉛）が挙げられる。
【００２５】
金属層２３ｍは、第２の集電体層として、正極層２４側に配置され、正極層２４と接触している。金属層２３ｍは、ｎ型半導体層２３ｎと接合されてショットキー接合を形成している。金属層２３ｍは、電池電圧において腐食が生じないことが必要条件であり、たとえば、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、およびこれらを１種以上含む合金からなる群から選択される少なくとも１種から形成される。合金としては、耐食性に優れたステンレス（Ｆｅ−Ｃｒ系）、インコネル（Ｎｉ−Ｃｒ系）などが挙げられる。
【００２６】
このような集電体２３は、ｎ型半導体層２３ｎ上に、金属層２３ｍが、スパッタ法、真空蒸着法、メッキ法、ＣＶＤ法などで形成されることにより製造される。あるいは、本実施の形態と異なり、金属層上に半導体層を形成することにより製造されることもできる。なお、金属層を基板として利用する場合には、圧延した上記材料の金属箔を利用することが望ましい。また、半導体層は、ペースト塗布後に焼成して形成してもよい。
【００２７】
次に、図３を参照して、本実施の形態における双極型電極の作用効果を説明する。
【００２８】
図３は、本実施の形態における双極型電極の集電体の電圧−電流特性を説明するための図である。図３の横軸は、正極層２４と負極層２５との間の電位差であり。縦軸は、正極層２４から負極層２５に向かって集電体２３の厚さ方向に沿って流れる電流である。上述したとおり、双極型電極２１の集電体２３は、ダイオードとして機能する。
【００２９】
図３に示すとおり、双極型電極２１では、正極層２４と負極層２５との電位差が、集電体２３の構成材料により定まる閾値電圧（オン電圧：たとえば、１．８Ｖ）以上の場合、正極層２４から負極層２５に向かって電流（順方向電流）が流れる。一方、正極層２４と負極層２５との電位差が、閾値電圧未満の場合、電流が遮断される。なお、遮断層としての集電体２３の閾値電圧は、ｎ型半導体層２３ｎの不純物濃度などを変更すること適宜変更される。
【００３０】
次に、図４を参照して、本実施の形態の双極型電極における集電体の閾値電圧についてより詳細に説明する。
【００３１】
図４は、本実施の形態の双極型電極における放電時の正極層と負極層の電位を示す図である。図４の横軸は、集電体を挟み込む正極層と負極層の電位差であり、縦軸は、リチウム電極に対する電位（ｖｓ．Ｌｉ）である。
【００３２】
図４に示すとおり、正極層２４の電位は、双極型電池の放電が進むに連れて低下する。一方、負極層２５の電位は、双極型電池の放電が進むに連れて上昇する。単電池層２６が過放電する場合、正極層２４の電位と負極層２５の電位が逆転する転極現象が生じるおそれがある。したがって、単電池層２６の転極を防止する見地から、閾値電圧は、０Ｖ（図３の破線）であることができる。
【００３３】
また、図４において、正極層２４と負極層２５との電位差Ｖｄが負極層２５の電位Ｖｃよりも小さい場合には、負極層２５の劣化が起こるおそれがある。したがって、負極層２５の劣化防止の観点から、閾値電圧は、リチウム電極（共通電極）に対する負極層２５の電位Ｖｃと、正極層２４と負極層２５との電位差Ｖｄとが等しい場合の電位よりも大きい値（図４の斜線領域）に設定されることが好ましい。
【００３４】
以上のとおり構成される本実施の形態の双極型電極２１によれば、集電体２３を構成するｎ型半導体層２３ｎと金属層２３ｍとがダイオード接合を形成する。したがって、正極層２４と負極層２５との電位差が閾値電圧以上の場合には、正極層２４から負極層２５への電流の流れが許容される一方で、電位差が閾値電圧未満の場合には、電流が遮断される。このような構成によれば、双極型電池１０の電圧低下が進行すると電流の流れが遮断されるため、単電池層２６の過放電が防止される。
【００３５】
なお、上述した実施の形態では、ｎ型半導体層と金属層とによってダイオード接合が形成された。しかしながら、ｐ型半導体層と金属層とによってダイオード接合が形成されてもよい。集電体層がｐ型半導体層と金属層とから構成される場合には、図５に示すとおり、ｐ型半導体層２３ｐは、正極層２４と接触し、金属層２３ｍは、負極層２５と接触している。
【００３６】
次に、図６および図７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。
【００３７】
以上説明してきた双極型電池１０は、直列または並列に複数接続されて電池モジュール５０を形成し、電池モジュール５０がさらに直列または並列に複数接続されて組電池６０を形成することができる。電池モジュール５０は、双極型電池１０を複数個積層してモジュールケース内に収納し、各双極型電池１０を並列に接続したものである。図６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５０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６０に用いる双極型電池１０の個数および電池モジュール５０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。
【００３８】
図７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。上述した双極型電池１０、電池モジュール５０、および／または組電池６０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７に示すとおり、本実施の形態の電気自動車７０は、車体中央部の座席下に組電池６０を搭載する。組電池６０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７０が走行する。そして、このような構成の電気自動車７０では、双極型電池における過放電が防止されるため、電池機能は停止せず、電気自動車７０の信頼性が向上する。
【００３９】
なお、本実施の形態の双極型電池１０または組電池６０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。しかしながら、本実施の形態の双極型電池１０は、集電体２３が単電池層２６を過放電状態から保護する保護装置として機能し、外部に別途の保護回路を設ける必要がないため、耐用年数および小型軽量化に重点が置かれる車載用としての有益性が高い。
【００４０】
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。
【００４１】
（ａ）本実施の形態の双極型電極は、正極層と負極層との電位差が閾値電圧以上の場合には、正極層から負極層への電流の流れが許容される一方で、電位差が閾値電圧未満の場合には、電流が遮断される、集電体を含む。したがって、双極型電池の電圧低下が進行すると電流の流れが遮断されるため、単電池層の過放電が防止される。その結果、単電池層の転極を防止することができる。また、電極材料の化学分解を防止することができる。
【００４２】
（ｂ）集電体は、半導体層と金属層とが積層されて構成される。したがって、半導体層と金属層とがショットキー接合を形成することにより、集電体がダイオードとして機能することができる。したがって、正極層から負極層へ流れる電流を制御することができる。
【００４３】
（ｃ）集電体は、ｎ型半導体層と金属層とが積層されて構成される。したがって、集電体がダイオードとして機能することができる。
【００４４】
（ｄ）集電体は、ｐ型半導体層と金属層とが積層されて構成される。したがって、集電体がダイオードとして機能することができる。
【００４５】
（ｅ）閾値電圧は、リチウム電極に対する負極層の電位と、正極層と負極層との電位差とが等しい場合の電位よりも大きい。したがって、負極層の劣化を防止することができる。
【００４６】
（ｆ）閾値電圧は、０Ｖである。したがって、双極型電池を構成する単電池層の転極を防止することができる。
【００４７】
（ｇ）半導体層は、多結晶シリコン、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、金属酸化物、および酸化物半導体からなる群から選択される少なくとも１種を含む。したがって、集電体に種々の閾値電圧を備えさせることができる。
【００４８】
（ｈ）金属層は、ニッケル、鉄、アルミニウム、銅、チタン、およびこれらを１種以上含む合金からなる群から選択される少なくとも１種を含む。したがって、集電体に種々の閾値電圧を備えさせることができる。
【００４９】
（ｉ）本実施の形態の双極型電池は、上記双極型電極が、セパレータを介して複数積層されてなる。したがって、単電池層の過放電が防止されるため、電池機能の停止が防止される。その結果、電池の耐久性が向上する。
【００５０】
（ｊ）本実施の形態の組電池は、上記双極型電池を、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、単電池層の過放電が防止されるため、単電池層の転極を防止することができるので、電池機能の停止が防止される。その結果、電池の耐久性が向上する。
【００５１】
（ｋ）本実施の形態の車両は、上記双極型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。
【００５２】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、半導体層と金属層とが積層された２層構造の集電体について述べた。本実施の形態では、３層構造の集電体について述べる。
【００５３】
図８は、本発明の第２の実施の形態を説明するための双極型電極の断面図である。
【００５４】
図８（Ａ）に示すとおり、本実施の形態における双極型電極１０は、集電体２３の一方の面に正極層２４が形成され、他方の面に負極層２５が形成されてなる。集電体２３は、第１の金属層２３ｍ、ｎ型半導体層２３ｎ、および第２の金属層（第３の集電体層）２３ｑが順次に積層されてなる。第１の金属層２３ｍは、正極層２４と接触し、第２の金属層２３ｑは、負極層２５と接触している。なお、集電体２３が補助的な金属層を備えることを除いては、本実施の形態の双極型電池の構成は、第１の実施の形態の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５５】
第１の金属層２３ｍとｎ型半導体層２３ｎとは、正極層２４から負極層２５に向かう電流の流れを制御する第１のダイオードを形成する。一方、第２の金属層２３ｑとｎ型半導体層２３ｎとは、負極層２５から正極層２４に向かう電流の流れを制御する第２のダイオードを形成する。このような構成にすると、２つの逆向きのダイオード接合が形成されるため、集電体２３の閾値電圧を調整することができる。
【００５６】
なお、本実施の形態の変形例として、図８（Ｂ）に示すとおり、集電体２３は、第１のｎ型半導体層２３ｒ、金属層２３ｍ、および第２の半導体層２３ｎが順次に積層されて構成されてもよい。
【００５７】
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。
【００５８】
（ｌ）本実施の形態の集電体は、半導体層と金属層が交互に３層積層されて構成される。したがって、２つの逆向きのダイオード接合が形成されることにより、集電体の閾値電圧を調整することができる。
【００５９】
（第３の実施の形態）
次に、図９を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態は、集電体がｐｎ接合を形成している実施の形態である。
【００６０】
図９は、本発明の第３の実施の形態における双極型電極を説明するための断面図である。図９に示すとおり、本実施の形態における双極型電極１０は、集電体２３の一方の面に正極層２４が形成され、他方の面に負極層２５が形成されてなる。集電体２３は、ｎ型半導体層２３ｎおよびｐ型半導体層２５ｐが積層されて構成される。ｎ型半導体層は、負極層２５と接触し、ｐ型半導体層は、正極層２４と接触している。
【００６１】
このような構成によれば、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とがｐｎ接合を形成することによって、集電体２３がダイオードとして機能する。したがって、双極型電池の電圧低下が進行すると電流の流れが遮断されるため、単電池層の過放電が防止される。
【００６２】
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。
【００６３】
（ｍ）本実施の形態の集電体は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とが積層されて構成される。したがって、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とがｐｎ接合を形成することにより、集電体がダイオードとして機能することができる。
【００６４】
（第４の実施の形態）
次に、図１０を参照して、本発明の第４の実施の形態を説明する。本実施の形態は、集電体が３層の半導体層から構成される実施の形態である。
【００６５】
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示すとおり、本実施の形態の集電体２３は、ｎ型半導体とｐ型半導体が交互に３層積層されて構成される。このような構成にすると、２つ逆向きのダイオード接合が形成されることにより、集電体２３の閾値電圧を調整することができる。
【００６６】
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。
【００６７】
（ｎ）本実施の形態の集電体は、半導体層が３層積層されて構成される。したがって、２つの逆向きのダイオード接合が形成されることにより、集電体の閾値電圧を調整することができる。
【００６８】
（第５の実施の形態）
第１〜第４の実施の形態では、半導体層として無機半導体層が用いられた。しかしながら、集電体層は、有機半導体層を備えることもできる。図１１は、本発明の第５の実施の形態における双極型電極を説明するための断面図である。
【００６９】
図１１（Ａ）に示すとおり、本実施の形態における双極型電極１０は、集電体２３の一方の面に正極層２４が形成され、他方の面に負極層２５が形成されてなる。集電体２３は、有機半導体層２３ｓと無機半導体層２３ｔとが積層されて構成される。
【００７０】
このような集電体２３は、たとえば、無機半導体基板にポリピロールなどの有機半導体（導電性高分子）を成膜することにより形成される。なお、ポリピロールは、抵抗の特性が十分である一方で、耐溶媒性などにおいて課題があるものと考えられ、保護層が必要とされる場合がある。また、導電性フィラーを添加することで金属的な特性を有した樹脂と半導体層とを組み合わせることもできる。
【００７１】
このような構成によれば、有機半導体層２３ｓと無機半導体層２３ｔとがｐｎ接合を形成することにより、集電体がダイオードとして機能する。
【００７２】
なお、本実施の形態の変形例として、図１１（Ｂ）に示すとおり、集電体層２３は、有機半導体層２３ｓと金属層２３ｍとが積層されて構成されてもよい。このような構成によれば、有機半導体層と金属層とがショットキー接合を形成することにより、集電体がダイオードとして機能することができる。
【００７３】
そして、本実施の形態の双極型電極によれば、集電体２３がダイオードとして機能する。その結果、双極型電池の電圧低下が進行すると電流の流れが遮断されるため、単電池層の過放電が防止される。
【００７４】
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。
【００７５】
（ｏ）本実施の形態の集電体は、有機半導体層を備える。したがって、無機半導体層よりも弾性率が大きい有機半導体層を用いることにより、双極型電池の耐ショック性を高めることができる。
【００７６】
以上のとおり、第１〜第５の実施の形態において、本発明の双極型電極、双極型電池、組電池、および車両を説明した。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。
【００７７】
たとえば、第１〜第５の実施の形態では、集電体が２層または３層積層された半導体層または金属層を備える場合を説明した。しかしながら、集電体に備えられる半導体層または金属層の総数は２層または３層に限定されるものではなく４層以上積層してもよい。
【００７８】
また、本発明の実施の形態では、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明はリチウムイオン二次電池に限定されず、その他の双極型の電池にも適用される。
【００７９】
また、本発明の実施の形態では、単電池が放電する方向が順方向になるように集電体を形成した。しかしながら、電池の用途に応じて充電する方向が順方向になるように集電体を形成してもよい。
【実施例】
【００８０】
以下、実施例を用いて本発明の実施の形態における集電体を説明する。しかしながら、本発明は、本実施例によって何ら限定されるものではない。
【００８１】
厚さ１５μｍのＳＵＳ３１６Ｌ金属箔上に、ＣＶＤ法により厚さ３μｍのｐ型多結晶シリコン層を形成し、スパッタ法でボロン（Ｂ）およびリン（Ｐ）をそれぞれ５×１０１５ｃｍ−２および３．８×１０１４ｃｍ−２の濃度かつ５０ｋｅＶのエネルギーでイオン注入することによりｐｎ接合を形成した。その結果、オン電圧は順方向で１．８Ｖであり、ｐｎ接合は、動作電圧２．０〜４．２Ｖの電池に適用可能であることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における双極型電池の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す双極型電池における双極型電極を説明するための断面図である。
【図３】図２に示す双極型電極における集電体の電圧−電流特性を説明するための図である。
【図４】図２に示す双極型電極における放電時の正極層と負極層の電位を示す図である。
【図５】図１に示す双極型電池における双極型電極の変形例を説明するための断面図である。
【図６】図１に示す双極型電池から構成される組電池を説明するための図である。
【図７】図６に示す組電池を搭載した車両を説明するための図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における双極型電極を説明するための図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における双極型電極を説明するための図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態における双極型電極を説明するための図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態における双極型電極を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０  双極型電池、
２０  発電要素、
２１  双極型電極、
２２  セパレータ、
２３  集電体、
２３ｐ  ｐ型半導体層（第１の集電体層）、
２３ｎ  ｎ型半導体層（第１の集電体層、第２の集電体層）、
２３ｑ  金属層（第３の集電体層）、
２３ｒ  ｎ型半導体層（第３の集電体層）、
２４  正極層、
２５  負極層、
２６  単電池層、
３０  外装部材、
４１，４２  電極タブ、
５０  電池モジュール、
６０  組電池、
７０  電気自動車（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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