(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
双極型電極を有する双極型二次電池であって、
電解質層を介して前記双極型電極を積層した単位発電要素を積層した発電要素と、
前記単位発電要素の積層方向において前記発電要素の両端に配置され、前記発電要素に当接する集電板と、
前記集電板の面内方向に張力を掛けた状態で前記集電板を保持する張力保持手段とを備えることを特徴とする双極型二次電池。
【請求項２】
前記集電板は、
前記発電要素に当接する導電性部材と、
前記導電性部材に接着する弾性手段とを備え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】
前記集電板は、導電材を埋め込んだ弾性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４】
前記集電板は、バネ形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の双極型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は双極型二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、正極層と、固体電解質膜と、負極層とを積層した発電ユニットを複数積層し、発電ユニットの間にバイポーラ（双極）層を配置し、発電ユニットの最外層には集電体（電極タブ）を設け、これらを電池ケースに収納した双極型二次電池が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５２５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の発明では、導電体が電池ケースなどを貫通し、内部短絡が生じた場合に、導電体と電極タブとが接触し、電極タブを介して短絡電流が流れ続けて、電池の性能が低下するといった問題点がある。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、導電体が電池ケースなどを貫通した場合に、電極タブを介して電池に短絡電流が流れることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様に係る双極型二次電池は、双極型電極を有する双極型二次電池であって、電解質層を介して双極型電極を積層した単位発電要素を積層した発電要素と、単位発電要素の積層方向において発電要素の両端に配置され、発電要素に当接する集電板と、集電板の面内方向に張力を掛けた状態で集電板を保持する張力保持手段とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、導電体が集電板を貫通し、発電要素に刺さった場合に、導電体から集電板を介して短絡電流が流れることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態における双極型リチウム二次電池の構成を示す断面図である。
【図２】第１実施形態において導電体が発電要素に刺さった状態を説明する図である。
【図３】第２実施形態において導電体が発電要素に刺さった状態を説明する図である。
【図４】第３実施形態における双極型リチウム二次電池の平面図である。
【図５】第３実施形態における双極型リチウム二次電池の側面図である。
【図６】図４におけるVI-VI断面図である。
【図７】第３実施形態において導電体が発電要素に刺さった状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の第１実施形態の構成について図１を用いて説明する。図１は本実施形態の双極型二次電池の断面図である。ここでは双極型二次電池として、双極型リチウムイオン二次電池を用いて説明するが、これに限られることはない。
【００１０】
双極型リチウム二次電池１００は、発電要素１と、集電板２と、張力保持機構（張力保持手段）３とを備える。
【００１１】
発電要素１は、単位発電要素６を複数積層して形成される。単位発電要素６は、双極型電極７と、電解質層８とを交互に複数積層して形成される。
【００１２】
双極型電極７は、集電箔９と、集電箔９の一方の面に形成された正極活物質層１０と、集電箔９の他方の面に形成された負極活物質層１１とを備える。
【００１３】
電解質層８を介して隣り合う双極型電極７は、一方の双極型電極７の正極活物質層１０が電解質層８の一方の面に当接し、もう一方の双極型電極７の負極活物質層１１が電解質層８のもう一方の面に当接している。
【００１４】
集電箔９は、例えばアルミニウム、ステンレスなどの導電性部材である。また、集電箔９は、例えばポリオレフィンなどの高分子材料にカーボンなどの導電性物質を混ぜたものを使用しても良い。集電箔９は、正極活物質層１０および負極活物質層１１よりも大きく、集電箔９の間にはシール部１３が設けられる。
【００１５】
正極活物質層１０は、例えばリチウム−遷移金属複合酸化物である。負極活物質層１１は、例えばカーボン−遷移金属複合酸化物である。
【００１６】
電解質層８は、例えばポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）などのイオン伝導性を有する固体電解質である。
【００１７】
正極活物質層１０、電解質層８、負極活物質層１１の積層方向両端面に集電箔９を含めることで単電池１２が形成される。図１に示す発電要素１では、２個の単位発電要素６にそれぞれ３個の単電池１２が設けられているが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
集電板２は、弾性膜（弾性手段）１６と、強電タブ（導電性部材）１７とを備える。集電板２は、発電要素１の正極側および負極側にそれぞれ設けられている。
【００１９】
弾性膜１６は、例えばシリコンゴムであるが、これの他にヤング率が０．００１〜０．１ＧＰａの弾性体であればよい。
【００２０】
強電タブ１７は、例えばアルミニウム箔（厚さ２０μｍ）などの導電性部材である。強電タブ１７の一部は、発電要素１の最外層の集電箔９に当接する。また、強電タブ１７の一部が、外部負荷（例えば、モータ）、発電機などと電気的に接続することで、双極型リチウム二次電池１００は充放電を行う。
【００２１】
集電板２は、弾性膜１６を例えば３．６ＭＰａの引張強さで伸ばし、伸ばした弾性膜１６と強電タブ１７とを接着剤によって接着して構成される。
【００２２】
張力保持機構３は、弾性膜１６の両端に設けた連結部材１８と、発電要素１を挟んで向かい合う、正極側の連結部材１８と負極側の連結部材１８とを連結する固定用ボルト１９とを備える。
【００２３】
張力保持機構３は、集電板２を伸ばした状態で正極側の連結部材１８と負極側の連結部材１８とを固定用ボルト１９によって連結する。これにより、集電板２は、面内方向に張力が生じた状態で保持される。なお、連結部材１８は絶縁性の部材で構成されている。
【００２４】
次に本実施形態の作用について図２を用いて説明する。図２は、双極型リチウム二次電池１００に外部から導電体２０が発電要素１に刺さった場合の断面図である。
【００２５】
本実施形態を用いない双極型リチウム二次電池において、外部から導電体が発電要素に刺さると導電体と集電板とが接触し、集電板を介して内部短絡が生じる。内部短絡が生じた箇所では、例えば発熱が生じ易く、電池性能が低下する。
【００２６】
本実施形態では、双極型リチウム二次電池１００に外部から導電体２０が発電要素１に刺さった場合には、導電体２０が刺さった箇所から集電板２が開裂変形する。本実施形態では、集電板２は、弾性膜１６と強電タブ１７との張力差によって、面直方向に開裂する。さらに弾性膜１６が復元力によって固定用ボルト１９側に収縮するので、集電板２は固定用ボルト１９側に収縮する。これによって集電板２の強電タブ１７は導電体２０と接触しなくなる。そのため、導電体２０と集電板２との導通が抑制され、短絡電流が抑制される。
【００２７】
本実施形態の効果について説明する。
【００２８】
外部から双極型リチウム二次電池１００に導電体２０が発電要素１に刺さった場合に、集電板２が開裂変形することで、導電体２０と集電板２の強電タブ１７とが接触しなくなり、電気的な接続が解除される。そのため、集電板２を介して短絡電流が流れることを抑制することができ、短絡電流が流れることで生じる双極型リチウム二次電池１００の電池機能の劣化を抑制することができる。
【００２９】
集電板２は集電板２の面内方向に張力が掛かるように保持されており、導電体２０が発電要素１に刺さった時に集電板２は素早く開裂変形する。そのため、短絡電流が集電板２を介して流れる前に、集電板２と導電体２０との電気的な接続を解除することができ、双極型リチウム二次電池１００の電池機能が劣化することを抑制することができる。
【００３０】
強電タブ１７に弾性膜１６を接着して集電板２を構成するので、導電体２０が発電要素１に刺さっていない場合には十分な導電性を保つことができる。一方、導電体２０が発電要素１に刺さった場合には集電板２と導電体２０との電気的な接続を解除し、双極型リチウム二次電池１００の電池機能が劣化することを抑制することができる。
【００３１】
次に本発明の第２実施形態について用いて説明する。
【００３２】
本実施形態は、集電板３０が異なっており、本実施形態の集電板３０は、導電材を弾性膜に埋め込んで構成される。図３に本実施形態の発電要素に導電体２０が刺さった状態を示す。図３に示すように、本実施形態では、集電板３０は面内方向に開裂変形する。
【００３３】
本実施形態の効果について説明する。
【００３４】
導電材を弾性膜に埋め込んで集電板３０を構成することで、第１実施形態と同様に導電体２０が発電要素に刺さった場合に、双極型リチウム二次電池１００の電池機能が劣化することを抑制することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態において、集電板を熱収縮性または熱硬化性部材を用いて構成してもよい。また、このような集電板と上記実施形態の集電板とを組み合わせてもよい。これらにより、双極型リチウム二次電池で発生した熱によって導電体と集電板との電気的な接続を解除することができる。
【００３６】
次に本発明の第３実施形態について図４〜図６を用いて説明する。図４は本実施形態の双極型リチウム二次電池の平面図である。図５は、本実施形態の双極型リチウム二次電池の側面図である。図６は、図４のVI-VI断面図である。
【００３７】
第３実施形態については第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。本実施形態の双極型リチウム二次電池１０１は、集電板４１と張力保持機構４２とが第１実施形態と異なっている。
【００３８】
集電板４１は、例えばアルミニウムなどの導電性部材をバネ形状にすることで形成される。集電板４１は例えば厚さ１ｍｍ、幅２０ｍｍである。
【００３９】
張力保持機構４２は、集電板４１の直線状に形成された端部４１ａに第１固定用ボルト４４を介して連結する第１固定部材４３と、発電要素１を挟んで向かい合う正極側の第１固定部材４３と負極側の第１固定部材４３とに第２固定用ボルト４６を介して連結する第２固定部材４５とを備える。
【００４０】
第１固定部材４３は、直線状の絶縁性部材であり、中央部付近で集電板４１の端部４１ａと第１固定用ボルト４４を介して連結する。第１固定部材４３は、正極側、負極側にそれぞれ一対設けられている。一対の第１固定部材４３には、集電板４１が例えば引張強さ０．１ＧＰａで張力をかけられた状態で第１固定用ボルト４４によって固定されている。
【００４１】
なお、図４〜６においては、集電板４１を説明のため、１本の細板を曲げたものを図示しているが、これに限られることはなく、集電箔との接触面積が大きく、集電板４１の面内方向に張力を生じさせるものであればよい。
【００４２】
正極側の集電板４１、負極側の集電板４１は同じ構成であり、本実施形態の双極型リチウム二次電池は、上記する集電板４１を正極側、負極側に備える。
【００４３】
第２固定部材４５は、絶縁性部材であり、図５に示すように発電要素１に対して同一側に位置する正極側の第１固定部材４３と、負極側の第１固定部材４３とに第２固定用ボルト４６を介して連結する。なお、第２固定部材４５は、図示しないケースなどに取り付けられている。
【００４４】
次の本実施形態の作用について説明する。
【００４５】
本実施形態では、外部から導電体２０が発電要素１に刺さると、集電板４１が切断され、集電板４１の復元力によって、図７に示すように第１固定部材４３に固定された端部４１ａ側へ、集電板４１は収縮する。これによって、導電体２０と集電板４１とは接触しなくなる。
【００４６】
本実施形態の効果について説明する。
【００４７】
本実施形態では、集電板４１をバネ形状とするだけで、上記実施形態の効果に加えて、軽量化、体積減少およびコストを削減することができる。
【００４８】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４９】
１      発電要素
２、４１      集電板
３      張力保持機構（張力保持手段）
６      単位発電要素
７      双極型電極
８      電解質層
９      集電箔
１６    弾性膜（弾性手段）
１７    強電タブ（導電性部材）
１８    連結部材
１９    固定用ボルト
２０    導電体
４３    第１固定部材
４４    第１固定用ボルト
４５    第２固定部材
４６    第２固定用ボルト
１００、１０１  双極型リチウム二次電池（双極型二次電池）
【図１】
0005516240.tif 000002
【図２】
0005516240.tif 000003
【図３】
0005516240.tif 000004
【図４】
0005516240.tif 000005
【図５】
0005516240.tif 000006
【図６】
0005516240.tif 000007
【図７】
0005516240.tif 000008