(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体(１１１)の表裏に電極層(１１２，１１３)が形成された双極型電極(１１)を、電解質層(１２)を介して複数積層された発電要素(１０)と、
前記発電要素(１０)に当接するように設けられ、外力がかかる状態では発電要素(１０)に面で接触して接触箇所で電流を流し、外力が作用しない状態では発電要素(１０)に対して点又は線で接触して接触箇所で電流を流すことで、電流量を制限する弾性金属部(２１)と、
前記発電要素(１０)及び弾性金属部(２１)を収装するように設けられ、内部気圧が大気圧よりも低く、内部気圧と大気圧との圧力差によって前記弾性金属部(２１)を発電要素(１０)に面で接触させる外装材(３０)と、
を有する双極型電池。
【請求項２】
請求項１に記載の双極型電池において、
前記弾性金属部(２１)は、外力が作用しない状態では発電要素(１０)に向けて凸であり、外力がかかる状態では発電要素(１０)に面で接触する、
双極型電池。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の双極型電池において、
前記発電要素(１０)は、複数に分割された発電領域を含み、
前記弾性金属部(２１)は、外力が作用しない状態では発電要素(１０)の各発電領域に向けて凸であり、外力がかかる状態では発電要素(１０)に面で接触する、
双極型電池。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の双極型電池において、
前記弾性金属部(２１)は、前記発電要素(１０)が発電した電力を前記外装材(３０)の外部に取り出すための電極タブ(２０)の一部である、
双極型電池。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の双極型電池において、
前記弾性金属部(２１)は、外力が作用しない状態で、周縁面が一平面上に配置される形状である、
双極型電池。
【請求項６】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の双極型電池において、
前記弾性金属部(２１)は、周縁が前記外装材(３０)から離れるようにカールされている、
双極型電池。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の双極型電池において、
前記弾性金属部(２１)は、周縁に設けられた絶縁樹脂コーティング部をさらに含む、
双極型電池。
【請求項８】
集電体の表裏に電極層が形成された双極型電極を、電解質層を介して複数積層された発電要素(１０)と、
前記発電要素(１０)に当接するように設けられ、発電要素(１０)の中心付近ほど強く押圧する弾性金属部(２１)と、
前記発電要素(１０)及び弾性金属部(２１)を収装するように設けられる外装材(３０)と、
を含む双極型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、双極型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＪＰ−２００４−３１９１５６−Ａは、集電体の表裏に電極層が形成された双極型電極を、電解質層を介して複数積層された双極型電池を開示する。
【発明の概要】
【０００３】
しかしながら、このような双極型電池では、万一外部短絡などの何らかの異常要因があると、発電要素が過昇温する可能性がある。発電要素が高温になると、電解質(電解液)が気化して外装材の内圧が上昇するおそれがある。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、本発明の目的は、ガスが発生して外装材の内圧が上昇した場合に、電流量が制限され、過大な電流が流れることが防止される双極型電池を提供することである。
【０００５】
本発明のある態様によれば、集電体の表裏に電極層が形成された双極型電極を、電解質層を介して複数積層された発電要素を有する。そしてさらに、発電要素に当接するように設けられ、外力がかかる状態では発電要素に面で接触して接触箇所で電流を流し、外力が作用しない状態では発電要素に対して点又は線で接触して接触箇所で電流を流すことで、電流量を制限する弾性金属部と、発電要素及び弾性金属部を収装するように設けられ、内部気圧が大気圧よりも低く、内部気圧と大気圧との圧力差によって弾性金属部を発電要素に面で接触させる外装材を有する双極型電池が提供される。
【０００６】
本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明による双極型電池の第１実施形態を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態の作用効果を説明する図である。
【図３】図３は、本発明による双極型電池の第２実施形態を示す図である。
【図４】図４は、第２実施形態の作用効果を説明する図である。
【図５】図５は、本発明による双極型電池の第３実施形態の電極タブの弾性金属部を示す図である。
【図６】図６は、本発明による双極型電池の第４実施形態の電極タブの弾性金属部を示す図である。
【図７】図７は、本発明による双極型電池の第５実施形態を示す図である。
【図８】図８は、本発明による双極型電池の他の実施形態の電極タブの弾性金属部を示す図である。
【図９】図９は、本発明による双極型電池の他のもう一つの実施形態の電極タブの弾性金属部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、本発明による双極型電池の第１実施形態を示す図であり、図１(Ａ)はアッセンブリー状態の縦断面図、図１(Ｂ)は外力が作用しない状態での電極タブの弾性金属部の斜視図、図１(Ｃ)は図１(Ｂ)のＣ−Ｃ断面図である。
【０００９】
双極型電池１は、発電要素１０と、電極タブ２０と、外装材３０と、を含む。
【００１０】
発電要素１０は、双極型電極１１と、電解質層１２と、シール１３と、を含む。
【００１１】
双極型電極１１は、集電体１１１と、正極１１２と、負極１１３と、を含む。正極１１２は、集電体１１１の片面(図１(Ａ)では下面)に形成される。負極１１３は、集電体１１１の反対面(図１(Ａ)では上面)に形成される。
【００１２】
集電体１１１は、たとえば金属や、導電性高分子材料、導電性フィラーが添加された非導電性高分子材料などの導電性材料で形成される。集電体１１１の材料に好適な金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などが例示される。また、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、又はこれらの金属の組み合わせのめっき材などでもよい。さらに、金属表面にアルミニウムが被覆された箔でもよい。電子伝導性や電池作動電位を考慮すると、アルミニウム、ステンレス鋼、銅が特に好ましい。
【００１３】
また集電体１１１の材料に好適な導電性高分子材料としては、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、及びポリオキサジアゾールなどが例示される。このような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性があるので、製造工程を容易にすることができ、また集電体１１１を軽量にすることができる。ただし必要に応じて導電性フィラーが添加されてもよい。
【００１４】
さらに集電体１１１の材料に好適な、導電性フィラーが添加される非導電性高分子材料としては、ポリエチレン（ＰＥ；高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ））、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）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、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）、及びポリスチレン（ＰＳ）などが例示される。このような非導電性高分子材料は、耐電位性及び耐溶媒性に優れる。
【００１５】
導電性フィラーは、導電性のある物質であれば特に限定されることはないが、金属等や導電性カーボンなどであれば、導電性、耐電位性、リチウムイオン遮断性に優れる。導電性フィラーの材料に好適な金属等としては、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、及びＫからなる群から選択される少なくとも１種の金属や、これらの金属を含む合金、又はこれらの金属を含む金属酸化物などが例示される。導電性フィラーの材料に好適な導電性カーボンとしては、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。導電性フィラーの添加量は、集電体１１１に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、５〜３５質量％程度である。
【００１６】
集電体１１１の大きさは、電池の使用用途に応じて設定される。たとえば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体１１１が用いられる。集電体１１１の厚さについても特に制限はない。集電体１１１の厚さは、通常は１〜１００μｍ程度である。
【００１７】
正極１１２は、上述の通り、集電体１１１の片面(図１(Ａ)では下面)に形成される。正極１１２は、正極活物質を含む層である。正極活物質は、放電時にイオンを吸蔵し、充電時にイオンを放出する組成である。好ましい一例としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物であるリチウム−遷移金属複合酸化物が挙げられる。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系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したものなどである。リチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル特性に優れ、製造コストが安価である。この他にも、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、を用いてもよい。このような正極活物質は、単独で使用されても、２種以上の混合物で使用されてもよい。正極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、正極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは１〜２０μｍである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、十分な電流を取り出すことができる。なお、正極活物質が２次粒子である場合には、２次粒子を構成する１次粒子の平均粒子径が１０ｎｍ〜１μｍの範囲であることが望ましいが、必ずしも上記範囲には限定されることはない。ただし、製造方法にもよるが、正極活物質が凝集、塊状などにより２次粒子化したものでなくてもよい。なお、正極活物質は、種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、たとえば、球状（粉末状）、板状、針状、柱状、角状などがあるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であっても問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するとよい。
【００１８】
活物質層には、必要であれば、その他の物質が含まれてもよい。たとえば、イオン伝導性を高めるために、電解質、リチウム塩、導電助剤などが含まれてもよい。
【００１９】
電解質としては、固体高分子電解質、高分子ゲル電解質、およびこれらを積層したものなどがある。すなわち、正極を多層構造とすることもでき、集電体側と電解質側とで、正極を構成する電解質の種類や活物質の種類や粒径、さらにはこれらの配合比を変えた層を形成してもよい。好ましくは、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（質量比）が、２０：８０〜９８：２とする、比較的電解液の比率が小さい範囲である。
【００２０】
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含まれる。
【００２１】
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く、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から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）を用いたものなどが使用できる。ただしこれらに限定されることはない。
【００２２】
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）がある。ただし、これらに限定されない。なお、ＰＡＮ、ＰＭＭＡは、リチウムイオン導伝性が皆無ではないので、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導伝性を持たない高分子として例示した。
【００２３】
リチウム塩は、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などである。ただしこれらに限定されることはない。
【００２４】
導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物である。導電助剤としては、たとえばアセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイトがある。ただし、これらに限定されることはない。
【００２５】
正極における、正極活物質、電解質（好ましくは固体高分子電解質）、リチウム塩、導電助剤の配合量は、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。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。
【００２６】
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ればよい。一般的な正極活物質層の厚さは１０〜５００μｍ程度である。
【００２７】
負極１１３は、上述の通り、集電体１１１の片面(図１(Ａ)では上面)に形成される。負極１１３は、負極活物質を含む層である。負極活物質は、放電時にイオンを放出し、充電時にイオンを吸蔵できる組成である。負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されないが、負極活物質の例としては、ＳｉやＳｎなどの金属、あるいはＴｉＯ、Ｔｉ2Ｏ3、ＴｉＯ2、もしくはＳｉＯ2、ＳｉＯ、ＳｎＯ2などの金属酸化物、Ｌｉ4/3Ｔｉ5/3Ｏ4もしくはＬｉ7ＭｎＮなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Ｌｉ−Ｐｂ系合金、Ｌｉ−Ａｌ系合金、Ｌｉ、または天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが好ましい。また、負極活物質は、リチウムと合金化する元素を含むことが好ましい。リチウムと合金化する元素を用いることにより、従来の炭素系材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量および優れた出力特性の電池を得ることが可能となる。このような負極活物質は、単独で使用されても、２種以上の混合物で使用されてもよい。
【００２８】
上記のリチウムと合金化する元素としては、たとえば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｈ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｃ、Ｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃｌ等がある。これらの中でも、容量およびエネルギー密度に優れた電池を構成できる観点から、炭素材料、ならびに／またはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｉｎ、およびＺｎからなる群より選択される少なくとも１種以上の元素を含むことが好ましく、炭素材料、Ｓｉ、またはＳｎの元素を含むことが特に好ましい。これらは１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２９】
なお、負極活物質の粒子径や形状は、特に限定されることはなく、上述の正極活物質と同様の形態を取りうるので、ここでは詳細な説明を省略する。また正極活物質層と同様に、必要であれば、その他の物質、たとえばイオン伝導性を高めるために、電解質、リチウム塩、導電助剤などが含まれてもよい。
【００３０】
電解質層１２は、たとえば高分子ゲル電解質の層である。この電解質は多層構造とすることもでき、正極側と負極側とで、電解質の種類や成分配合比を変えた層を形成することもできる。高分子ゲル電解質を用いる場合には、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（質量比）が、２０：８０〜２：９８と比較的電解液の比率が大きい範囲である。
【００３１】
このような高分子ゲル電解質としては、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ので、説明を省略する。
【００３２】
これら固体高分子電解質もしくは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および／または負極にも含まれ得るが、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。
【００３３】
電池を構成する電解質の厚さは、特には限定されることはない。しかしながら、コンパクトな双極型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。
【００３４】
シール１３は、上下の集電体１１１の間であって、正極１１２、負極１１３及び電解質層１２の周囲に配置される。シール１３は、集電体同士の接触や単電池層の端部における短絡を防止する。シール１３の材料は、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性（密封性）、電池動作温度下での耐熱性などが考慮されて選択される。たとえば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴム、ナイロン樹脂等が好適である。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ（製膜性）、経済性を考慮すると、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂が、特に好適である。
【００３５】
電極タブ２０は、発電要素１０に当接する弾性金属部２１を含む。電極タブ２０の一端は、外装材３０の外部に露出する。電極タブ２０は、たとえば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金などで形成される。耐蝕性、作り易さ、経済性などを考慮すると、特にアルミニウムが好適である。正極の電極タブ２０及び負極の電極タブ２０は、同一の材質であっても、異なる材質であってもよい。さらに材質の異なるものを多層に積層したものであってもよい。
【００３６】
電極タブ２０の弾性金属部２１は、図１(Ｂ)及び図１(Ｃ)に示されるように、外力が作用しない状態では、中心付近が発電要素１０から離れるように(すなわち図１(Ｂ)及び図１(Ｃ)では上方に向けて)、凸である。
【００３７】
また図１(Ａ)に示されたアッセンブリー状態では、外装材は、内部気圧が大気圧よりも低い状態、たとえばほぼ真空状態で、密封される。この状態では、大気圧が弾性金属部２１に作用し、弾性金属部２１の全面が発電要素１０に接面(面で接触)する。
【００３８】
弾性金属部２１は、このように外力が作用するか否かによって変形可能な弾性部材である。
【００３９】
外装材３０は、発電要素１０を収容する。外装材３０は、軟弱である。外装材３０の材料は、種々考えられるが、たとえば、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）を、ポリプロピレンフィルムで被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムのシート材である。外装材３０は、発電要素１０を収容した後、周囲が熱融着にて接合される。図１(Ａ)に示されたアッセンブリー状態では、外装材３０の内部は、大気圧よりも低く、ほぼ真空にされている。
【００４０】
図２は本実施形態の作用効果を説明する図であり、図２(Ａ)は通常状態を示し、図２(Ｂ)は異常状態を示す。
【００４１】
弾性金属部２１の全面が発電要素１０に接面(面で接触)している状態では、電流が全面的に一様に流れる。万一外部短絡などの何らかの異常要因があると、発電要素１０が過昇温する可能性がある。発電要素１０が高温になると、電解質(電解液)が気化して外装材の内圧が上昇する。すると、図２(Ｂ)に示されるように、弾性金属部２１は、中心付近が凸の形状に変形して発電要素１０から離れる。すると電流は周辺付近でしか流れなくなるので、電流量が制限され、過大な電流が流れることが防止される。
【００４２】
なお外装材３０は、周囲が熱融着されているが、一部分の熱融着幅を小さくしておけば、そこが軟弱弁となる。すると電解質(電解液)が気化して外装材の内部気圧が上昇したときに、この軟弱弁から内部気圧が逃げるので、外装材の内部気圧が大気圧で抑えられ、外装材の内部気圧が大きくなり過ぎることを防止できる。
【００４３】
（第２実施形態）
図３は、本発明による双極型電池の第２実施形態を示す図であり、図３(Ａ)はアッセンブリー状態の縦断面図、図３(Ｂ)は外力が作用しない状態での電極タブの弾性金属部の斜視図、図３(Ｃ)は図３(Ｂ)のＣ−Ｃ断面図である。
【００４４】
なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００４５】
本実施形態の電極タブ２０の弾性金属部２１は、図３(Ｂ)及び図３(Ｃ)に示されるように、外力が作用しない状態では、発電要素１０に向けて(図３(Ｂ)及び図３(Ｃ)では下方に)、中心付近が凸である。
【００４６】
また図３(Ａ)に示されたアッセンブリー状態では、外装材は、内部気圧が大気圧よりも低い状態、たとえばほぼ真空状態で、密封される。この状態では、大気圧が弾性金属部２１に作用し、弾性金属部２１の全面が発電要素１０に接面(面で接触)する。このようになっているので、弾性金属部２１は、発電要素１０の中心付近ほど強く押圧する。
【００４７】
ここで、本実施形態の理解を容易にするために電池の化学反応について説明する。
【００４８】
通常運転電圧範囲では、次式(1)の化学反応が生じる。
【００４９】
【化１】
0005510546.tif 000002
【００５０】
また過充電電圧域では、次式(2-1)〜(2-4)の反応が生じる。
【００５１】
【化２】
0005510546.tif 000003
【００５２】
さらに過放電電圧域では、次式(3-1)又は(3-2)の反応が生じる。
【００５３】
【化３】
0005510546.tif 000004
【００５４】
このように、通常運転、過充電中、過放電中に、ガスが発生する。弾性金属部２１の全面が発電要素１０に接面(面で接触)しているので、電解質層にガスが残留していなければ、全面的に一様に電流が流れるが、このように発生したガスが電解質層にとどまっていると、電流の流れが阻害されるとともに、その周囲では電流が大きくなる。すると電流密度の高い領域が局部的に発生する。電流密度が局部的に高くなってしまうと、リチウムイオンが電析して析出する可能性がある。すると局部的に劣化する。そして劣化が周囲に拡がるといった悪循環に陥るおそれがある。
【００５５】
また充電放電が繰り返されると、特に初期において、負極の表面に被膜が形成されることや電解液が分解されることなどによって、ガスが発生する可能性がある。発生したガスが電解質層にとどまっていると、電流の流れが阻害される。また発生したガスによって電解質層が不均一になるとさらなるガスの発生が誘発されるという悪循環に陥る可能性がある。
【００５６】
これに対して、本実施形態の電極タブ２０の弾性金属部２１は、外力が作用しない状態では、図３(Ｂ)及び図３(Ｃ)に示されるように、発電要素１０に向けて(図３(Ｂ)及び図３(Ｃ)では下方に)、中心付近が凸である。そのため図３(Ａ)に示されたアッセンブリー状態では、発電要素１０は、中心付近ほど弾性金属部２１からの大きな押圧力を受ける。したがって、電解質層に発生したガスは、押圧力が小さい周辺のシール付近まで移動しやすくなる。これによって、ガスによって電流の流れが阻害されることが防止される。シール付近ではもともと電流が流れないので、ガスが溜まっていても不具合を生じない。
【００５７】
図４は本実施形態の作用効果を説明する図であり、図４(Ａ)は通常状態を示し、図４(Ｂ)は異常状態を示す。
【００５８】
また弾性金属部２１の全面が発電要素１０に接面(面で接触)している状態では、電流が全面的に一様に流れる。万一外部短絡などの何らかの異常要因があると、発電要素１０が過昇温する可能性がある。発電要素１０が高温になると、電解質(電解液)が気化して外装材の内圧が上昇する。すると、図４(Ｂ)に示されるように、弾性金属部２１は、中心付近を残して他の領域は発電要素１０から離れて、中心付近が発電要素に向けて凸の形状に変形する。すると電流は中心付近でしか流れなくなるので、電流量が制限され、過大な電流が流れることが防止される。
【００５９】
（第３実施形態）
図５は、本発明による双極型電池の第３実施形態の電極タブの弾性金属部を示す図であり、図５(Ａ)は電極タブの弾性金属部の斜視図、図５(Ｂ)は図５(Ａ)のＢ−Ｂ断面図である。
【００６０】
本実施形態の電極タブの弾性金属部２１は、外力が作用しない状態で、下方に向けて中心付近が凸であるとともに、周縁面２１ａが一平面上に配置される形状である。
【００６１】
外装材は、上述のように内部気圧が大気圧よりも低い状態で、密封される。このとき、大気圧が外装材を介して電極タブの弾性金属部２１に作用して電極タブの弾性金属部２１を平面状態にする。このとき弾性金属部２１の周端が外装材の高分子フィルム層にくい込むなどして、傷つけてしまうおそれがある。
【００６２】
これに対して、本実施形態では、電極タブの弾性金属部２１は、外力が作用しない状態で、周縁面２１ａが一平面上に配置される形状である。このような構造であると、電極タブの弾性金属部２１は、少なくとも周縁面２１ａが常に外装材３０に当接することとなる。したがって本発明による双極型電池を製造する際に、弾性金属部２１の周端が外装材の高分子フィルム層を傷つけてしまうことを防止できる。
【００６３】
（第４実施形態）
図６は、本発明による双極型電池の第４実施形態の電極タブの弾性金属部を示す図であり、図６(Ａ)は電極タブの弾性金属部の斜視図、図６(Ｂ)は図６(Ａ)のＢ−Ｂ断面図である。
【００６４】
本実施形態の電極タブの弾性金属部２１は、周縁に絶縁性の樹脂をコーティングした部位２１ｂが設けられている。
【００６５】
このような構造であると、電極タブの弾性金属部２１は、少なくとも絶縁樹脂コーティング部２１ｂが常に外装材３０に当接することとなる。したがって本発明による双極型電池を製造する際に、弾性金属部２１の周端が外装材の高分子フィルム層を傷つけてしまうことを防止できる。また万一外装材の高分子フィルム層が傷ついても、絶縁樹脂コーティング部２１ｂがあるので、外装材の金属層と電極タブの弾性金属部２１とが短絡しない。
【００６６】
（第５実施形態）
図７は、本発明による双極型電池の第５実施形態を示す図であり、図７(Ａ)はアッセンブリー状態の縦断面図、図７(Ｂ)は双極型電極及びその周囲のシールを示す平面図、図７(Ｃ)は外力が作用しない状態での電極タブの弾性金属部の断面図である。
【００６７】
本実施形態の双極型電池１は、発電要素１０の発電領域が複数に分割されている。具体的には、図７(Ａ)及び図７(Ｂ)に示されているように、発電領域が２箇所になるように、正極１１２及び負極１１３が２つに分割されている。
【００６８】
そして電極タブの弾性金属部２１は、図７(Ｃ)に示されているように、外力が作用しない状態では発電要素１０の各発電領域の中心付近に向けて凸となるように形成されている。また周縁面２１ａ及び中心面２１ｃが一平面上に配置される形状である。
【００６９】
アッセンブリー状態では図７(Ａ)に示されるように、発電要素１０の各発電領域は、中心付近ほど弾性金属部２１からの大きな押圧力を受ける。換言すれば、弾性金属部２１は、発電要素１０の発電領域の中心付近ほど強く押圧する。したがって、電解質層に発生したガスは、押圧力が小さい周辺領域(電極が形成されていない領域)に移動しやすくなる。そのような領域ではもともと電流が流れないので、ガスが溜まっていても不具合を生じない。
【００７０】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【００７１】
たとえば、図８に示すように、弾性金属部２１の端部をカールさせてもよい。このようにしても、双極型電池を製造する際に、弾性金属部２１の周端が外装材の高分子フィルム層を傷つけてしまうことを防止できる。
【００７２】
また第５実施形態では、発電領域が２箇所になるように、正極１１２及び負極１１３が２つに分割されていた。そして電極タブの弾性金属部２１は、外力が作用しない状態では発電要素１０の各発電領域の中心付近に向けて凸となるように形成されていた。しかしながら、図９に示されるように、発電領域が１箇所であって、電極タブの弾性金属部２１が２箇所で凸となるように形成されてもよい。このような構成であっても、万一外部短絡などの何らかの異常要因があって、発電要素１０が過昇温して電解質(電解液)が気化したときに、弾性金属部２１は、図９(Ｂ)に示されるように変形する。すると電流は凸形状付近でしか流れなくなるので、電流量が制限され、過大な電流が流れることが防止される。
【００７３】
また上記各実施形態では、弾性金属部２１は、外力が作用しない状態で、下方に向けて中心付近が点状に凸となるように形成されていたが、線状に凸となるように形成されていてもよい。
【００７４】
さらに上記各実施形態では、弾性金属部２１は、電極タブ２０の一部として説明した。このように一体形成されていれば、部品点数が増えないので、生産性に優れるが、電極タブ２０とは別部品であってもよい。
【００７５】
また電池は、充電可能な二次電池に限られない。充電できない一次電池であってもよい。
【００７６】
その他にも上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【００７７】
本願は、２０１０年７月２６日に日本国特許庁に出願された特願２０１０−１６６８５８に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【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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