(57)【要約】  本発明は、本発明は、バイポーラ型電池に関する。本発明は、各種機器に装着する際に、該機器との電気的接続に関する信頼性が高く、かつ生産性の良好なバイポーラ型電池を提供することを目的とする。  本発明において、バイポーラ型電池１は、正極１０、負極１１、バイポーラ電極１２、電解質含有セパレータ１３およびシール材１４を含む。正極１０、負極１１およびバイポーラ電極１２の集電体２０、２２、２４にはそれぞれ少なくとも２個の突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄ、２４ａ〜２４ｄが設けられており、これらの突出部が、各集電体の周縁部から突出している。
2010010717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイポーラ型電池であって、
前記バイポーラ型電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配設されるバイポーラ電極と、電解質含有セパレータとを備え、
前記正極は、正極集電体と前記正極集電体の一面に形成された正極活物質層とを含み、
前記負極は、負極集電体と前記負極集電体の一面に形成された負極活物質層とを含み、
前記バイポーラ電極は、バイポーラ電極集電体と前記バイポーラ電極集電体の一面に形成された正極活物質層と前記バイポーラ正極集電体の他の面に形成された負極活物質層とを含み、
前記正極、前記負極、前記バイポーラ電極に含まれる各正極活物質層と各負極活物質層は、一の正極活物質と一の負極活物質とが前記電解質含有セパレータを介して互いに対向するように積層されて形成される電池要素を少なくとも２つ有し、
前記電池要素はその周縁に配置されたシール材により密封されており、
前記正極集電体、前記負極集電体、前記バイポーラ電極集電体のそれぞれには、各集電体の周縁部から突出するように、少なくとも２個の突出部が設けられているバイポーラ型電池。
【請求項２】
前記正極集電体、前記負極集電体、前記バイポーラ電極集電体から突出する突出部は、正極側から上面視したときに互いに重ならないように配置されている請求項１に記載のバイポーラ型電池。
【請求項３】
前記電解質含有セパレータが固体電解質である請求項１に記載のバイポーラ型電池。
【請求項４】
前記電解質含有セパレータが液体電解質を含浸させた多孔質基材である請求項１に記載のバイポーラ型電池。
【請求項５】
少なくとも２個の前記バイポーラ電極を備える請求項１に記載のバイポーラ型電池。
【請求項６】
前記正極、前記負極、および前記パイポーラ電極の積層方向に垂直であり、かつ互い異なる４つの方向の各方向に、少なくとも１個の突出部が突出しており、前記４つの方向のうち、時計周りの方向に隣接する２つの方向が、互いに直交している、請求項１に記載のバイポーラ型電池。
【請求項７】
前記突出部の少なくとも一部がシール材で被覆されている請求項１に記載のバイポーラ型電池。
【請求項８】
前記突出部が、面取りが施されている少なくとも１つの角部をその先端部に有する請求項１に記載のバイポーラ型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイポーラ型電池に関する。さらに詳しくは、本発明は主に、バイポーラ型電池に用いられる集電体の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイポーラ型電池は、正極と負極との間に、電解質含有セパレータを介してバイポーラ電極を積層した構造を有する電池である。バイポーラ電極とは、集電体の一方の表面に正極活物質層を設け、他方の表面に負極活物質層を設けた電極である。バイポーラ型電池は、高電圧化（高出力密度化）、部品点数の低減、単セル同士の電気抵抗の低減、不要空間の削減による高エネルギー密度化などが比較的容易なことから、たとえば、電気自動車およびハイブリッド電気自動車の駆動モータ用電源などとして注目を集めている。また、ポリマー電解質などの固体電解質を利用すれば、バイポーラ型電池は、薄型化が可能なことから、たとえば、各種電子機器の電源としても期待されている。【０００３】
バイポーラ型電池について、従来から種々の提案がなされている。たとえば、バイポーラ電極を含む単電池を積層した積層型電池において、単電池毎の電圧を測定するタブ電極を電池の一方の側面から外方に突出させることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。【０００４】
また、正極と複数のバイポーラ電極と負極とをそれらの間に電解質含有セパレータを介在させて積層し、バイポーラ電極の周辺部にシール部材を設けたバイポーラ型電池が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この電池では、バイポーラ電極の周辺部に、薄いシール部材が、複数のバイポーラ電極の集電体間を塞ぐように設けられている。【０００５】
たとえば、携帯用電子機器には、落下、衝突などにより、外部から大きな応力を付加される。このような携帯用電子機器に特許文献２の電池を装着した場合、電子機器からの電池の離脱、電池の電子機器への装着不良または接続不良、電池の損傷、電解液の漏出などが起り易くなる。【０００６】
また、正極と複数のバイポーラ電極と負極とをそれらの間に電解質含有セパレータを介在させて積層したバイポーラ型電池において、クロム１６〜２６質量％およびモリブデン０．５〜７．０質量％を含有するステンレス鋼を集電体材料として用いることが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。特許文献３には、前記特定のステンレス鋼は、ピンホールの発生、およびそれに伴う液絡の発生の心配がないために薄型化が可能であり、薄型化により集電体の内部抵抗を低減化して電池性能を向上させ得ると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−８７２３８号公報
【特許文献２】特開２００７−１２２８８１号公報
【特許文献３】特開２００７−２４２４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のバイポーラ型電池においては、外部機器との接続用電極端子が、正負極にそれぞれ１つずつしか設けられていない。接続用電極端子は、一般的に集電体の端部から、通常、電池の外方に延びる突出部として形成されている。この突出部を外部機器の回路に接触させるだけでは、電気的な接触不良を起こす可能性がある。このため、突出部と機器側回路とをはんだ付け、溶接などで接続する方法が採られている。【０００９】
しかしながら、このバイポーラ型電池を薄型化しようした場合、集電体厚を小さくする必要が生じる。集電体厚が小さくなると、必然的に突出部の厚さも小さくなり、その強度が低下する。これにより、たとえ溶接により接続が行われていても、機器の落下、衝突などにより、接続部が変形したり、折れ曲がったり、あるいは接続部が切断したりして、電気的接続の断絶などが生じやすい。このため、従来のバイポーラ型電池には、機器との電気的接続の信頼性が低いという課題がある。【００１０】
さらに、薄型バイポーラ型電池の製造工程では、集電体（金属箔）の機械的強度が低くかつ自立性に乏しいため、集電体の取り扱いが難しい。また、正負極、バイポーラ電極および電解質という比較的多数の部品を積層するので、積層の際の位置決めが難しく、そして複数の電極間でのずれが生じ易い。さらに、このような生産性の低さは、薄型のバイポーラ型電池のコストアップを招いている。【００１１】
本発明の目的は、各種機器に装着する際に、該機器との電気的接続に関する信頼性が高く、かつ生産性の良好なバイポーラ型電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のバイポーラ型電池は、
正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配設されるバイポーラ電極と、電解質含有セパレータとを備え、
前記正極は、正極集電体と前記正極集電体の一面に形成された正極活物質層とを含み、
前記負極は、負極集電体と前記負極集電体の一面に形成された負極活物質層とを含み、
前記バイポーラ電極は、バイポーラ電極集電体と前記バイポーラ電極集電体の一面に形成された正極活物質層と前記バイポーラ正極集電体の他の面に形成された負極活物質層とを含み、
前記正極、前記負極、前記バイポーラ電極に含まれる各正極活物質層と各負極活物質層は、一の正極活物質と一の負極活物質とが前記電解質含有セパレータを介して互いに対向するように積層されて形成される電池要素を少なくとも２つ有し、
前記電池要素はその周縁に配置されたシール材により密封されており、
前記正極集電体、前記負極集電体、前記バイポーラ電極集電体のそれぞれには、各集電体の周縁部から突出するように、少なくとも２個の突出部が設けられている。前記パイポーラ型電池は、少なくとも２個のバイポーラ電極を備えていてもよい。【００１３】
前記正極集電体、前記負極集電体、前記バイポーラ電極集電体から突出する突出部は、正極側から上面視したときに互いに重ならないように配置されていることが好ましい。【００１４】
本発明の好ましい実施形態において、前記電解質含有セパレータは、固体電解質であることが好ましい。
本発明の別の好ましい実施形態において、前記電解質含有セパレータは、液体電解質を含浸させた多孔質基材であることが好ましい。【００１５】
前記正極、前記負極、および前記パイポーラ電極の積層方向に垂直であり、かつ互い異なる４つの方向の各方向に、少なくとも１個の突出部が突出しており、前記４つの方向のうち、時計周りの方向に隣接する２つの方向は、互いに直交していることが好ましい。【００１６】
前記突出部の少なくとも一部がシール材で被覆されていることが好ましい。
前記突出部は、面取りが施されている少なくとも１つの角部をその先端部に有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のバイポーラ型電池では、正極集電体、負極集電体およびバイポーラ電極の集電体（バイポーラ電極集電体）のそれぞれに少なくとも２個の突出部が設けられている。そして、突出部が電池の厚み方向側面の異なる位置から外方に延びている。このような構成により、バイポーラ型電池と外部機器との電気的接続不良が生じる可能性を大幅に低減でき、バイポーラ型電池と外部機器との電気的接続に関する信頼性を高め得る。また、電解質として固体電解質、特にポリマー電解質を用いれば、本発明の種々の利点を維持しつつ、薄型のバイポーラ型電池が得られる。【００１８】
また、前記構成を採ることにより、正極、負極およびバイポーラ電極を、それぞれ１個ずつ切り離すことなく、各電極が複数個形成された正極シート、バイポーラ電極シートおよび負極シートを積層して、複数のバイポーラ電極を形成した後に、各バイポーラ電極を切断分離できる。したがって、複数のバイポーラ型電池を効率良く製造でき、生産性が顕著に向上する。なお、前記のような製造方法は、薄型のバイポーラ型電池を製造するのに特に好適に利用できる。また、本発明のバイポーラ型電池を薄型化しても、上記した構造的特徴により、電池の機械的強度の低下、電池と外部機器との電気的接続不良などが起こり難く、好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の１つであるバイポーラ型電池の構成を簡略化して示す平面図である。
【図２Ａ】図１に示すバイポーラ型電池の切断面線Ａ−Ａの方向から見た断面図である。
【図２Ｂ】図１に示すバイポーラ型電池の切断面線Ｂ−Ｂの方向から見た断面図である。
【図２Ｃ】図１に示すバイポーラ型電池の切断面線Ｃ−Ｃの方向から見た断面図である。
【図３】図１に示すバイポーラ型電池を矢符Ｘの方向から見た側面図である。
【図４Ａ】図１に示すバイポーラ型電池に用いられる正極集電体の構成を示す平面図である。
【図４Ｂ】図１に示すバイポーラ型電池に用いられる負極集電体の構成を示す平面図である。
【図４Ｃ】図１に示すバイポーラ型電池に用いられるバイポーラ電極集電体の構成を示す平面図である。
【図５】別形態のバイポーラ型電池の構成を簡略化して示す平面図である。
【図６】別形態のバイポーラ型電池の構成を簡略化して示す平面図である。
【図７】別形態のバイポーラ型電池の構成を簡略化して示す平面図である。
【図８Ａ】帯状金属箔に複数の集電体を打ち抜く工程における、複数のバイポーラ電極集電体を含む帯状金属箔を示す平面図である。
【図８Ｂ】帯状金属箔に複数の集電体を打ち抜く工程における、複数の負極集電体を含む帯状金属箔を示す平面図である。
【図８Ｃ】帯状金属箔に複数の集電体を打ち抜く工程における、複数の正極集電体を含む帯状金属箔を示す平面図である。
【図９Ａ】帯状金属箔に形成された複数のバイポーラ電極集電体に活物質層を形成する工程における、バイポーラ電極を示す平面図である。
【図９Ｂ】帯状金属箔に形成された複数の負極集電体に活物質層を形成する工程における、負極を示す平面図である。
【図９Ｃ】帯状金属箔に形成された複数の正極集電体に活物質層を形成する工程における、正極を示す平面図である。
【図１０Ａ】バイポーラ電極集電体の周縁部にシール材を配置する工程における、バイポーラ電極を示す平面図である。
【図１０Ｂ】負極集電体の周縁部にシール材を配置する工程における、負極を示す平面図である。
【図１０Ｃ】正極集電体の周縁部にシール材を配置する工程における、正極を示す平面図である。
【図１１】バイポーラ型電池の連結体を切断する工程を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、各種機器に装着する際に、該機器との電気的接続に関する信頼性が高く、かつ生産性の良好なバイポーラ型電池を提供することを目的とする。本発明のバイポーラ型電池では、正極集電体、負極集電体およびバイポーラ電極集電体のそれぞれに少なくとも２個の突出部が設けられている。さらに、突出部が電池の厚み方向側面の異なる位置から外方に延びている。このような構成により、バイポーラ型電池と外部機器との電気的接続不良が生じる可能性を大幅に低減でき、バイポーラ型電池と外部機器との電気的接続に関する信頼性を高め得る。また、電解質として固体電解質、特にポリマー電解質を用いれば、本発明の種々の利点を維持しつつ、薄型のバイポーラ型電池が得られる。
【００２１】
以下、本発明を、図面を参照しながら、説明する。
図１は、本発明の実施形態の１つであるバイポーラ型電池１の構成を示す平面模式図である。図２Ａは、図１に示すバイポーラ型電池１の、切断面線Ａ−Ａでの構成を示す模式断面図である。図２Ｂは、図１に示すバイポーラ型電池１の、切断面線Ｂ−Ｂでの構成を示す模式断面図である。図２Ｃは、図１に示すバイポーラ型電池１の、切断面線Ｃ−Ｃでの構成を示す模式断面図である。
【００２２】
図３は、バイポーラ型電池１を図１に示す矢符Ｘの方向から見た側面図である。なお、図３では、突出部２０ａ、２０ｂ、２０ｄ、２２ａ、２２ｂ、２２ｄ、２４ａ、２４ｂ、２４ｄ以外の図示を省略する。図４Ａは、図１に示すバイポーラ型電池１に用いられる正極集電体２０の構成を示す平面図である。図４Ｂは、図１に示すバイポーラ型電池１に用いられる負極集電体２２の構成を示す平面図である。図４Ｃは、図１に示すバイポーラ型電池１に用いられるバイポーラ電極集電体２４（バイポーラ電極１２の集電体）の構成を示す平面図である。
【００２３】
バイポーラ型電池１は、正極１０、負極１１、バイポーラ電極１２、電解質含有セパレータ１３およびシール材１４を含み、平面形状がほぼ矩形の薄型固体電池である。
【００２４】
バイポーラ型電池１では、電解質含有セパレータ１３を介して、正極１０とバイポーラ電極１２と負極１１とがこの順番で積層されている。すなわち、正極活物質層２１と負極活物質層２６とが、および正極活物質層２５と負極活物質層２３とが電解質含有セパレータ１３を介して対向するように積層されている。このようにして、正極活物質層２１と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２６とからなる第１の発電要素と、正極活物質層２５と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２３とからなる第２の発電要素が形成される。なお、本実施形態では、正極１０と負極１１との間に、１個のバイポーラ電極１２を積層しているが、それに限定されず、バイポーラ型電池１の供給電圧の設計値に応じて２個以上のバイポーラ電極１２を積層してもよい。その場合、バイポーラ電極１２とそれに隣り合うバイポーラ電極１２との間にも、電解質含有セパレータ１３が配置される。具体的には、２個以上のバイポーラ電極は、所定のバイポーラ電極の正極活物質層と、別のバイポーラ電極の負極活物質層とが、電解質含有セパレータ１３を介して対向するように積層される。
【００２５】
また、バイポーラ型電池１において、正極集電体２０の周縁部とバイポーラ電極集電体２４の周縁部との間、および負極集電体２２の周縁部とバイポーラ電極集電体２４の周縁部との間には、枠状のシール材１４が配置されている。これにより、正極活物質層２１と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２６とからなる発電要素、および正極活物質層２５と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２３とからなる発電要素を封止した密閉構造が得られる。つまり、第１の発電要素および第２の発電要素がそれぞれシール材により密閉されている。さらに、正極集電体２０および負極集電体２２が集電機能だけでなく、外装体としての機能をも有しているので、ラミネートシートなどの外装体を用いる必要がなく、一層の薄型化が可能である。それに伴って、フレキシブル性が一層良好になる。また、シール材１４は、バイポーラ型電池１の機械的強度を高めるのにも有効である。
【００２６】
さらに、バイポーラ型電池１の最大の特徴は、各集電体の周縁部から突出する、突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄ、２４ａ〜２４ｄを含むことである。なお、突出部２０ａ〜２０ｄは、正極集電体２０に設けられている。突出部２２ａ〜２２ｄは、負極集電体２２に設けられている。突出部２４ａ〜２４ｄは、バイポーラ電極集電体２４に設けられている。これらの突出部は、たとえば、バイポーラ型電池１が電圧を供給する外部機器（以下単に「外部機器」とする）との電気的接続に用いられる。また、これらの突出部は、単セルごとの電圧をモニターするために利用することも可能である。
【００２７】
突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄ、２４ａ〜２４ｄは、バイポーラ型電池１の厚み方向側面の異なる位置から、バイポーラ型電池１の外方に延びるように設けられている。また、突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄ、２４ａ〜２４ｄは、バイポーラ型電池１の厚み方向において、互いに重ならないように配置されている。つまり、突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄ、２４ａ〜２４ｄをバイポーラ電極１の厚み方向から見たとき、たとえば正極側から上面視したとき、いずれの突起部も、別の突起部と重なっていない。ここで、バイポーラ型電池１の厚み方向とは、正極とバイポーラ電極と負極との積層方向のことをいう。
【００２８】
また、３個ずつの突出部がバイポーラ型電池１の四方に延びている。つまり、電池の厚み方向に垂直であり、かつ互い異なる４つの方向の各方向に、それぞれ３個の突出部が突出している。図１のバイポーラ型電池１の場合、４つの突出方向をバイポーラ型電池１の厚さ方向（正極とバイポーラ電極と負極との積層方向）から見たとき、時計周りの方向に隣接する２つの突出方向は互いに直交している。具体的には、図１の紙面において、突出部２０ａ、２２ａ、２４ａが上方に延び、突出部２０ｂ、２２ｂ、２４ｂが下方に延び、突出部２０ｃ、２２ｃ、２４ｃが向かって右側に延び、突出部２０ｄ、２２ｄ、２４ｄが向かって左側に延びる。すなわち、突出部２０ａ、２２ａ、２４ａと突出部２０ｂ、２２ｂ、２４ｂとが逆方向に延び、突出部２０ｃ、２２ｃ、２４ｃと突出部２０ｄ、２２ｄ、２４ｄとが逆方向に延びている。さらに、突出部２０ａ、２２ａ、２４ａと突出部２０ｂ、２２ｂ、２４ｂとが延びる方向に平行な方向と、突出部２０ｃ、２２ｃ、２４ｃと突出部２０ｄ、２２ｄ、２４ｄとが延びる方向に平行な方向とは互いに垂直である。
【００２９】
本実施形態では、全体で１２個の突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄ、２４ａ〜２４ｄを設けたが、それに限定されず、正極集電体２０、負極集電体２２およびバイポーラ電極集電体２４の各々に含まれる突出部の数は２個以上、好ましくは４個以上でよく、それによって本発明の目的が達成できる。なお、バイポーラ型電池の横断面が矩形または略矩形であり、各集電体にそれぞれ突出部を４個設ける場合は、バイポーラ型電池１の四辺のそれぞれに突出部を１個ずつ設けるのが好ましい。
【００３０】
なお、バイポーラ型電池１と外部機器との電気的接続は、バイポーラ型電池１の厚み方向の最外層に位置する正極１０および負極１１の集電体２０および２２の突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄ、ならびに中間層に位置するバイポーラ電極１２の集電体２４の突出部２４ａ〜２４ｄのうちの２個以上の突出部、好ましくは４個以上の突出部を用いて行われる。
【００３１】
本実施形態のように、正極集電体２０、負極集電体２２およびバイポーラ電極集電体２４の各々に２個以上の突出部を設けることにより、様々な外部機器に接続することが可能になり、バイポーラ型電池１の適用範囲が顕著に拡大する。たとえば、バイポーラ電極１２の突出部２４ａ〜２４ｄを利用して外部機器と接続すると、正極１０および負極１１の突出部２０ａ〜２０ｄおよび２２ａ〜２２ｄのみで外部機器に接続する場合に比べて、バイポーラ型電池１の供給電圧を低く調整することも可能になる。
【００３２】
このように、複数の突出部を設けることにより、２個以上の突出部と外部機器とを電気的に接続できる。その結果、たとえば所定の１個の突出部と外部機器との間で電気的接続が不良になっても、それ以外の突出部より電気的接続が保たれる。したがって、バイポーラ型電池１は、外部機器に安定的に電圧を供給でき、駆動用電源としての信頼性が顕著に高い。
【００３３】
また、突出部を異なる位置、さらに好ましくはバイポーラ型電池１の厚み方向において互いに重ならない位置に配置することにより、外部機器との電気的な接続に関する信頼性が一層向上する。すなわち、突出部が同じ位置にあると、外部機器の落下、外部機器に衝撃などが加わることなどによって、全ての突出部が同時に変形、折れ曲がり、切断などを起こし、電気的接続不良が生じる可能性がある。これに対し、突出部を異なる位置に配置することにより、前記した電気的接続不良が生じる可能性を一層低減できる。また、突出部をバイポーラ型電池１の四方に配置することにより、前記した電気的接続不良が生じる可能性の低減効果が一層向上する。
【００３４】
また、突出部の表面の少なくとも一部をシール材で被覆すると、突出部の機械的強度の向上、突出部同士の接触による短絡の抑制などの効果が得られる。
また、突出部がその先端部分に角部を有する場合は、角部が面取りを施されていることが好ましい。角部が面取りにより円弧状の形状を有していることがさらに好ましい。この構成によれば、外部機器側の回路と接続する際に、突出部の角部が外部機器の回路の接続とは関係のない部分に引っ掛かって、該回路を損傷させるのを抑制できる。
【００３５】
バイポーラ型電池１の各構成要素は、具体的には次に示す通りである。
正極１０は、正極集電体２０および正極活物質層２１を含む。
正極集電体２０は、上記したように、集電機能と外装材としての機能とを併せ持つ。正極集電体２０は金属製板状部材であり、図４Ａに示すように、ほぼ矩形の平面形状を有する集電体本体２０ｘと、４個の突出部２０ａ〜２０ｄとを含む。
【００３６】
突出部２０ａ〜２０ｄは、集電体本体２０ｘの四隅端部から、外方に延びるように形成されている。より詳しくは、突出部２０ａ、２０ｂは集電体本体２０ｘにおける一方の対角線の両端部近傍に配置され、図４Ａの紙面の上下方向において、逆方向に延びている。また、突出部２０ｃ、２０ｄは集電体本体２０ｘにおける他方の対角線の両端部近傍に配置され、突出部２０ａ、２０ｂが延びる方向とはほぼ垂直な方向において、逆方向に延びている。すなわち、突出部２０ａ〜２０ｄは、正極集電体２０の四方に延びている。
【００３７】
突出部２０ａ〜２０ｄは、それぞれ、ほぼ矩形の平面形状を有し、その先端部分には２つの角部がある。これらの角部は、面取りが施されており、円弧状の形状を有している。なお、本実施形態では、平面形状がほぼ矩形である突出部を設けているが、これに限定されず、外部機器との電気的接続が可能な限り、任意の形状の突出部を設けてもよい。形状の具体例としては、たとえば、半円状、半楕円状、三角形状などが挙げられる。なお、突出部の形状が任意であることは、負極集電体２２およびバイポーラ電極集電体２４においても同じである。
【００３８】
正極集電体２０には、バイポーラ型電池の分野で常用される材料を使用でき、たとえば、厚さ１０〜３０μｍ程度の、アルミニウムを主成分とする箔、ステンレス鋼箔などを使用できる。なお、アルミニウムを主成分とする箔とは、たとえば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔などである。
【００３９】
正極活物質層２１は、正極活物質、導電剤、結着剤などを含有し、正極集電体２０の厚み方向の一方の表面に形成される。
正極活物質としては、固体電池の分野で常用される材料を使用できる。その具体例としては、たとえば、二酸化マンガン、（ＣＦ）ｍ、（Ｃ２Ｆ）ｍなどのフッ化カーボン、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＦｅＳ２などの金属二硫化物、リチウム含有複合酸化物、バナジウム酸化物およびそのリチウム化合物、ニオブ酸化物およびそのリチウム化合物、有機導電性物質を含有する共役系ポリマー、シェブレル相化合物、オリビン系化合物などが挙げられる。正極活物質は、１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００４０】
リチウム含有複合酸化物としては、たとえば、ＬｉｘａＣｏＯ２、ＬｉｘａＮｉＯ２、ＬｉｘａＭｎＯ２、ＬｉｘａＣｏｙＮｉ１−ｙＯ２、ＬｉｘａＣｏｙＭ１−ｙＯｚ、ＬｉｘａＮｉ１−ｙＭｙＯｚ、ＬｉｘｂＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘｂＭｎ２−ｙＭｙＯ４（前記各式中、ＭはＮａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を示す。ｘａ＝０〜１．２、ｘｂ＝０〜２．０、ｙ＝０〜０．９、ｚ＝２．０〜２．３である）で表される材料を用いることができる。なお、上記の各組成式におけるｘａ値およびｘｂ値は、充放電開始前の値であり、充放電により増減する。
【００４１】
これらの中でも、電解質（特に後記するポリマー電解質）との好適な組み合わせを考慮すると、二酸化マンガンが好ましい。二酸化マンガンは、たとえば、その反応電位がポリマー電解質の電気化学的に安定な領域（電位）とほぼ一致し、一電子反応と仮定した場合の質量あたりの理論容量が３０８ｍＡｈ／ｇと高く、安価に入手可能であるといった利点を有している。
【００４２】
また、正極活物質の平均粒子径は、好ましくは０．１〜２０μｍである。これにより、後記する正極合剤スラリーの正極集電体２０への塗布に際し、すじなどの塗布むらの発生を抑制し、かつ単位面積当たりの塗布量ひいては電極容量のばらつきを小さくしながら、正極１０の厚さを５０μｍ以下に調整できる。
【００４３】
導電剤としても固体電池の分野で常用される材料を使用でき、たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛などのグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維類、アルミニウム粉などの金属粉末類、酸化亜鉛ウィスカー、導電性チタン酸カリウムウィスカーなどの導電性ウィスカー類、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、フェニレン誘導体などの有機導電性材料などが挙げられる。導電剤は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００４４】
結着剤としては、ポリマー電解質およびそれ以外の結着剤を使用できる。ポリマー電解質の中でも、ドライポリマー電解質が好ましい。また、ポリマー電解質とそれ以外の結着剤とを組み合わせて使用してもよい。結着剤としてポリマー電解質を用いると、正極活物質層２１の表面から深部（正極集電体２０の近傍部分）に至るまで、イオンが容易に到達できるため好ましい。
【００４５】
ポリマー電解質以外の結着剤として、電池分野で常用される材料を使用でき、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ヘキシル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ヘキシル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ポリヘキサフルオロプロピレン、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。結着剤は、１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００４６】
正極活物質層２１は、たとえば、正極合剤スラリーを正極集電体２０表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて圧延することにより形成できる。これにより正極１０が得られる。正極合剤スラリーは、たとえば、正極活物質、結着剤、導電剤などを分散媒に分散させることにより調製できる。分散媒としては、たとえば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミドなどを使用できる。
【００４７】
負極１１は、負極集電体２２および負極活物質層２３を含む。
負極集電体２２は、上記したように、集電機能と外装材としての機能とを併せ持つ。負極集電体２２は金属製板状部材であり、図４Ｂに示すように、ほぼ矩形の平面形状を有する集電体本体２２ｘと、４個の突出部２２ａ〜２２ｄとを含む。
【００４８】
突出部２２ａ〜２２ｄは、集電体本体２２ｘの四隅端部から、外方に延びるように形成されている。より詳しくは、突出部２２ａ、２２ｂは集電体本体２２ｘにおける一方の対角線の両端部近傍に配置され、図４Ｂの紙面の上下方向において、逆方向に延びている。また、突出部２２ｃ、２２ｄは集電体本体２２ｘにおける他方の対角線の両端部近傍に配置され、突出部２２ａ、２２ｂが延びる方向とはほぼ垂直な方向において、逆方向に延びている。すなわち、突出部２２ａ〜２２ｄは、負極集電体２２の四方に延びている。
【００４９】
また、突出部２２ａ〜２２ｄは、バイポーラ型電池１の厚み方向側面において、正極集電体２０の突出部２０ａ〜２０ｄとは異なる位置に形成されている。さらに、バイポーラ型電池１の厚み方向において、突出部２２ａ〜２２ｄは、突出部２０ａ〜２０ｄと重なる部分がない。また、突出部２２ａ〜２２ｄは、それぞれ、ほぼ矩形の平面形状を有し、その先端部分には２つの角部がある。これらの角部は、面取りが施されており、円弧状の形状を有している。
【００５０】
負極集電体２２には、バイポーラ型電池の分野で常用される材料を使用でき、たとえば、厚さ１０〜３０μｍ程度の、銅を主成分とする箔、ステンレス鋼箔などを使用できる。なお、銅を主成分とする箔とは、たとえば、銅箔、銅合金箔などである。
【００５１】
負極活物質層２３は、負極集電体２２の厚み方向の一方の表面に形成され、負極活物質などを含有する。負極活物質としては、バイポーラ型電池の分野で常用される材料を使用でき、たとえば、金属リチウム、リチウム合金などが挙げられる。リチウム合金としては、たとえば、Ｌｉ−Ｓｉ合金、Ｌｉ−Ｓｎ合金、Ｌｉ−Ａｌ合金、Ｌｉ−Ｇａ合金、Ｌｉ−Ｍｇ合金、Ｌｉ−Ｉｎ合金などが挙げられる。負極活物質層２３は、たとえば、負極集電体２２の表面に金属リチウムまたはリチウム合金からなる金属箔を貼着することにより形成できる。
【００５２】
バイポーラ電極１２は、バイポーラ電極集電体２４、正極活物質層２５および負極活物質層２６を含む。
バイポーラ電極集電体２４は、厚み方向の一方の表面に正極活物質層２５が形成され、かつ厚み方向の他方の表面に負極活物質層２６が形成される。バイポーラ電極集電体２４は金属製板状部材であり、図４Ｃに示すように、ほぼ矩形の平面形状を有する集電体本体２４ｘと、４個の突出部２４ａ〜２４ｄとを含む。
【００５３】
突出部２４ａ〜２４ｄは、集電体本体２４ｘの四辺のほぼ中央部から、外方に延びるように形成されている。突出部２４ａ、２４ｂが互いに逆方向に延び、突出部２４ｃ、２４ｄが、突出部２４ａ、２４ｂの延びる方向にほぼ垂直な方向において、互いに逆方向に延びている。すなわち、突出部２４ａ〜２４ｄは、バイポーラ電極集電体２４の四方に延びている。
【００５４】
また、突出部２４ａ〜２４ｄは、バイポーラ型電池１の厚み方向側面において、正極集電体２０の突出部２０ａ〜２０ｄおよび負極集電体２２の突出部２２ａ〜２２ｄとは異なる位置に形成されている。さらに、バイポーラ型電池１の厚み方向において、突出部２４ａ〜２４ｄは、突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄと重なる部分がない。また、突出部２４ａ〜２４ｄは、それぞれ、ほぼ矩形の平面形状を有し、その先端部分には２つの角部がある。これらの角部は、面取りが施されており、円弧状の形状を有している。
【００５５】
バイポーラ電極集電体２４には、バイポーラ型電池の分野で常用される材料を使用でき、たとえば、厚さ１０〜３０μｍ程度の、ステンレス鋼箔、クラッド材などが挙げられる。クラッド材には、たとえば、銅を主成分とする層と、アルミニウムを主成分とする層とを接合した積層材料などが挙げられる。
正極活物質層２５は、上記した正極活物質層２１と同様の構成を有している。また、負極活物質層２６は、上記した負極活物質層２３と同様の構成を有している。
【００５６】
電解質含有セパレータ１３は、正極活物質層２１と負極活物質層２６との間および正極活物質層２５と負極活物質層２３との間に介在するように配置される。電解質含有セパレータ１３は、固体電解質であってもよいし、液体電解質を含浸させた多孔質基材であってもよい。
【００５７】
固体電解質の種類は特に制限されず、無機固体電解質および有機固体電解質をいずれも使用できる。無機固体電解質を用いると、液漏れのおそれがないため、薄型化および小型化が可能であり、電池としての安全性や信頼性が高いという長所を有する。また、有機固体電解質、特にポリマー電解質を用いると、やはり、薄型化および小型化が可能であり、電池としての安全性や信頼性が高いという長所を有する。それとともに、柔軟性のある薄型電池が得られるという利点もある。
【００５８】
無機固体電解質としては公知の材料を使用でき、たとえば、硫化物系無機固体電解質、酸化物系無機固体電解質、その他のリチウム系無機固体電解質などが挙げられる。硫化物系無機固体電解質の具体例としては、たとえば、（Ｌｉ３ＰＯ４）ｘ−（Ｌｉ２Ｓ）ｙ−（ＳｉＳ２）ｚガラス、（Ｌｉ２Ｓ）ｘ−（ＳｉＳ２）ｙ、（Ｌｉ２Ｓ）ｘ−（Ｐ２Ｓ５）ｙ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ｔｈｉｏ―ＬＩＳＩＣＯＮなどが挙げられる。
【００５９】
また、酸化物系無機固体電解質の具体例としては、たとえば、ＬｉＴｉ２（ＰＯ４）３、ＬｉＺｒ２（ＰＯ４）３、ＬｉＧｅ２（ＰＯ４）３などのＮＡＳＩＣＯＮ型、（Ｌａ０．５＋ｘＬｉ０．５−３ｘ）ＴｉＯ３などのペロブスカイト型などが挙げられる。その他のリチウム系無機固体電解質の具体例としては、たとえば、ＬｉＰＯＮ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、Ｌｉ３ＰＯ４、ＬｉＰＯ４−ｘＮｘ（ｘは０＜ｘ≦１）、ＬｉＮ、ＬｉＩ、ＬＩＳＩＣＯＮなどが挙げられる。さらに、これらの無機固体電解質の結晶を析出させて得られるガラスセラミックスも、固体電解質として使用できる。
【００６０】
なお、無機固体電解質からなる電解質含有セパレータ１３は、蒸着、スパッタリング、レーザーアブレーション、ガスデポジション、エアロゾルデポジションなどの手法により形成できる。特にガスデポジションおよびエアロゾルデポジションは、高速での成膜が可能なので好ましい。
【００６１】
有機固体電解質としても公知の材料を使用でき、たとえば、ポリマー電解質を用いることができる。ポリマー電解質としては、ドライポリマー電解質、ゲル電解質などが挙げられる。
【００６２】
ポリマー電解質としては、バイポーラ型電池の分野で常用される材料を使用できるが、その中でも、少なくとも骨格中に電子供与性元素を含むポリマーおよびリチウム塩を含有するドライポリマー電解質（１）が好ましい。電子供与性元素は、ドライポリマー電解質（１）中において、リチウムイオンとアニオンとの相互作用に匹敵するような強い相互作用を発生させることができる。このような電子供与性元素の作用により、ドライポリマー電解質（１）中では、リチウム塩の一部がリチウムイオンとアニオンとに解離した状態で存在する。解離したリチウムイオンは電子供与性元素に配位し、さらにポリマー構造中またはポリマー鎖上を移動する。リチウムイオンは、主に、ポリマー鎖のセグメント運動によってポリマー中を移動できるものと考えられる。これにより、優れたイオン伝導性が発現する。
【００６３】
骨格中に電子供与性元素を含むポリマーは、マトリックスポリマーとして用いられる。骨格中に電子供与性元素を含むポリマーとしては、主鎖および側鎖のいずれか一方または両方に電子供与性酸素を含むポリマーが挙げられる。ここで、電子供与性酸素としては、たとえば、エーテル酸素、エステル酸素などが挙げられる。マトリックスポリマーの具体例としては、たとえば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体、エチレンオキサイド単位またはプロピレンオキサイド単位を有するポリマー、ポリカーボネートなどが挙げられる。前記材料以外にも、ドライポリマー電解質に含まれるマトリックスポリマーとしては、たとえば、低相転移温度（Ｔｇ）のポリエーテル、無定形フッ化ビニリデンコポリマー、異種ポリマーのブレンド物などを用いてもよい。
【００６４】
リチウム塩としては、電池分野で常用される材料を使用でき、たとえば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＡｓＦ６、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウム、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２などが挙げられる。リチウム塩は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００６５】
ドライポリマー電解質は、たとえば、マトリックスポリマーの有機溶媒溶液にリチウム塩を添加して、ポリマー電解質溶液を得、前記ポリマー溶液を所定の箇所に塗布し、乾燥することにより調製できる。ここで有機溶媒としては、マトリックスポリマーを溶解でき、かつマトリックスポリマーおよびリチウム塩に対して不活性なものであれば特に制限されず、公知のものを使用できる。たとえば、アセトニトリルなどのニトリル類、メチルモノグライムなどのグライム類が挙げられる。
【００６６】
ゲル電解質の具体例としては、たとえば、マトリックスポリマーと、前記マトリックスポリマーに保持された非水電解液とを含むことができる。ここで、ゲル電解質用マトリックスポリマーとしては、たとえば、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポリエチレンオキサイド誘導体を含有するポリマー、ポリプロピレンオキサイド誘導体、ポリプロピレンオキサイド誘導体を含有するポリマー、ポリホスファゼン、イオン解離基を含有するポリマー、リン酸エステルポリマー、ポリビニルピリジン誘導体、ビスフェノールＡ誘導体、ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンフルオライド、フッ素ゴムなどが挙げられる。非水電解液については後記する。
【００６７】
電解質含有セパレータ１３が有機固体電解質により構成されている場合、電解質含有セパレータ１３は、上記で説明した成分の他に、その目的を損なわない限りにおいて他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、たとえば、無機充填材、リチウム塩とグライム類との固体状の結晶性錯体（以下単に「結晶性錯体」する）などが挙げられる。無機充填材は、たとえば、有機固体電解質の機械的強度、膜質均一性、イオン伝導性などを向上させる。無機充填材としては、特に制限されないが、アルミナ、シリカなどの、ミクロンオーダーまたはナノオーダーの微粒子などが挙げられる。結晶性錯体は、たとえば、リチウムイオンとポリマー鎖との相互作用を弱め、有機固体電解質のイオン伝導性をさらに向上させる。
【００６８】
また、電解質含有セパレータ１３が固体電解質を含む場合、電解質含有セパレータ１３は、支持体により支持されていてもよい。前記支持体として、多孔質シートを用いることができる。多孔質シートとしては、たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、セルロースなどの合成樹脂からなる不織布、ポリプロピレン、ポリエチレンの微孔性フィルムなどが挙げられる。たとえば、多孔質シートをポリマー電解質溶液に含浸させた後に溶媒を除去することで、支持体と一体になった電解質含有セパレータ１３を作製できる。
【００６９】
上記のように、電解質含有セパレータ１３としては、液体電解質を含浸した多孔質基材を用いてもよい。多孔質基材には、所定のイオン透過度、機械的強度、絶縁性などを併せ持つシート状物またはフィルム状物が用いられる。多孔質基材の具体例としては、たとえば、微多孔膜、織布、不織布などの、多孔性のシート状物またはフィルム状物が挙げられる。微多孔膜は単層膜および多層膜（複合膜）のいずれでもよい。単層膜は１種の材料からなる。多層膜（複合膜）は１種の材料からなる単層膜の積層体または異なる材料からなる単層膜の積層体である。
【００７０】
多孔質基材の材料には各種樹脂材料を使用できる。なかでも、耐久性、シャットダウン機能、電池の安全性などを考慮すると、多孔質基材の材料には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンが好ましい。なお、シャットダウン機能とは、電池の異常発熱時に貫通孔が閉塞し、それによりイオンの透過を抑制し、電池反応を遮断する機能である。必要に応じて、微多孔膜、織布、不織布などを２層以上積層して多孔質基材を構成してもよい。多孔質基材の厚さは一般的には１０〜３００μｍであるが、好ましくは１０〜４０μｍ、より好ましくは１０〜３０μｍ、さらに好ましくは１０〜２５μｍである。また、多孔質基材の空孔率は好ましくは３０〜７０％、より好ましくは３５〜６０％である。ここで空孔率とは、多孔質基材の体積に占める、多孔質基材中に存在する細孔の総容積の比である。
【００７１】
液体電解質としては、非水電解液を用いることができる。非水電解液は、溶質（支持塩）と非水溶媒とを含み、さらに必要に応じて各種添加剤を含む。溶質は通常非水溶媒中に溶解する。
溶質としては、この分野で常用される材料を使用でき、たとえば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＢＣｌ４、ホウ酸塩類、イミド塩類などが挙げられる。
【００７２】
ホウ酸塩類としては、ビス（１，２−ベンゼンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，３−ナフタレンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，２’−ビフェニルジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（５−フルオロ−２−オレート−１−ベンゼンスルホン酸−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウムなどが挙げられる。
【００７３】
イミド塩類としては、ビストリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム（（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ）、トリフルオロメタンスルホン酸ノナフルオロブタンスルホン酸イミドリチウム（（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）ＮＬｉ）、ビスペンタフルオロエタンスルホン酸イミドリチウム（（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２ＮＬｉ）などが挙げられる。溶質は１種を単独で用いてもよくまたは必要に応じて２種以上を組み合わせて用いてもよい。溶質の非水溶媒に対する溶解量は、０．５〜２モル／Ｌの範囲内とすることが望ましい。
【００７４】
非水溶媒としては、この分野で常用される溶媒を使用でき、たとえば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。環状炭酸エステルとしては、たとえば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）などが挙げられる。鎖状炭酸エステルとしては、たとえば、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などが挙げられる。環状カルボン酸エステルとしては、たとえば、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、γ−バレロラクトン（ＧＶＬ）などが挙げられる。非水溶媒は１種を単独で用いてもよくまたは２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００７５】
添加剤としては、たとえば、充放電効率を向上させる材料、電池を不活性化させる材料などが挙げられる。充放電効率を向上させる材料は、たとえば、負極上で分解してリチウムイオン伝導性の高い被膜を形成し、充放電効率を向上させる。このような材料の具体例としては、たとえば、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、４−メチルビニレンカーボネート、４，５−ジメチルビニレンカーボネート、４−エチルビニレンカーボネート、４，５−ジエチルビニレンカーボネート、４−プロピルビニレンカーボネート、４，５−ジプロピルビニレンカーボネート、４−フェニルビニレンカーボネート、４，５−ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、ジビニルエチレンカーボネート等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートおよびジビニルエチレンカーボネートから選ばれる少なくとも１種が好ましい。なお、上記化合物は、その水素原子の一部がフッ素原子で置換されていてもよい。
【００７６】
電池を不活性化させる材料は、たとえば、電池の過充電時に分解して電極表面に被膜を形成することによって電池を不活性化する。このような材料としては、たとえば、ベンゼン誘導体が挙げられる。ベンゼン誘導体としては、フェニル基と、前記フェニル基に隣接する環状化合物基とを含むベンゼン化合物が挙げられる。環状化合物基としては、たとえば、フェニル基、環状エーテル基、環状エステル基、シクロアルキル基、フェノキシ基などが好ましい。ベンゼン誘導体の具体例としては、たとえば、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテルなどが挙げられる。ベンゼン誘導体は１種を単独で使用できまたは２種以上を組み合わせて使用できる。ただし、ベンゼン誘導体の非水電解液における含有量は、非水溶媒１００体積部に対して１０体積部以下であることが好ましい。
【００７７】
特に、液絡を無くすという観点からは、電解質含有セパレータ１３として、固体電解質を用いることが好ましい。電解質含有セパレータ１３として、固体電解質を用いることにより、バイポーラ型電池の安全性をさらに向上させることができる。さらに、バイポーラ型電池１が、バイポーラ電極１２の積層数に相当する電圧を確実に出力できるようになる。なお、固体電解質としては、ポリマー電解質が好ましい。ポリマー電解質の中でも、液体成分を含有しないドライポリマー電解質が特に好ましい。
なお、電解質含有セパレータ１３は、上記のように液体電解質を含浸させた多孔質基材であってもよい。このようなバイポーラ型電池でも、本発明の構造（突出部）を採用できる。これにより、外部機器との電気的な接続信頼性が高まり、生産性が向上する。
【００７８】
シール材１４は、平面形状がほぼ矩形であり、四隅が円弧状に形成された板状部材である。また、シール材１４の中央部には、厚み方向に貫通する、図示しない矩形の孔が形成されている。たとえば、正極１０とバイポーラ電極１２との間に配置されているシール材１４の場合、この孔に、正極活物質層２１、負極活物質層２６および電解質含有セパレータ１３が挿通される。また、シール材１４は、図１に示すように、正極集電体２０、負極集電体２２およびバイポーラ電極集電体２４の外周寸法より大きい外周寸法を有している。これにより、集電体２０、２２、２４の周縁部間での短絡を、ほぼ確実に防止できる。
【００７９】
本実施形態では、シール材１４は集電体２０、２２、２４よりも大きい外周寸法を有するが、それに限定されず、シール材１４は、集電体２０、２２、２４と同程度の外周寸法を有してもよい。シール材１４を構成する材料には、電池分野で常用される材料を使用でき、たとえば、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂、ポリイソブチレンポリアミド、エチレンと酢酸ビニルまたはアクリル酸エステルとの共重合物などの絶縁性合成樹脂が挙げられる。このシール材は厚さが１０〜３００μｍ程度に設定される。
【００８０】
バイポーラ型電池１は、上記したように、極めて薄い金属箔からなる正極集電体２０および負極集電体２２を外装体に兼用することから、従来のバイポーラ型電池に比べて、一層の薄型化が可能になる。さらに、バイポーラ型電池１は、フレキシブル性にも優れている。
【００８１】
図５〜図７は、別形態のバイポーラ型電池２〜４の構成を簡略化して示す平面図である。図５に示すバイポーラ型電池２は、バイポーラ型電池１に類似し、対応する部分の図示および説明を省略する。バイポーラ型電池２は、図示しない正極集電体、負極集電体３１および図示しないバイポーラ電極集電体の平面形状が矩形であり、それぞれが２個ずつの突出部を有すること、およびシール材１４ｘの平面形状が矩形であることを特徴とする。正極集電体は平面形状が矩形であり、突出部３０ａ、３０ｂを有している。突出部３０ａ、３０ｂは、正極集電体の対向する２つの辺において、一方の対角線の両端部近傍に形成され、互いに逆方向に延びている。
【００８２】
負極集電体３１は、集電体本体３１ｘおよび突出部３１ａ、３１ｂを含む。集電体本体３１ｘは矩形であり、突出部３１ａ、３１ｂは、集電体本体３１ｘの対向する２辺において、一方の対角線の両端部近傍に形成され、互いに逆方向に延びている。突出部３１ａ、３１ｂが形成される集電体本体３１ｘの２辺は、それぞれ正極集電体の突出部３０ａ、３０ｂが形成される２辺と同じ側にある。また、バイポーラ型電池２の厚さ方向から見たとき、突出部３１ａ、３１ｂは、後記する突出部３２ａ、３２ｂを介して、突出部３０ａ、３０ｂと対向する位置になるように配置されている。
【００８３】
バイポーラ電極集電体も平面形状が矩形であり、突出部３２ａ、３２ｂを有している。突出部３２ａ、３２ｂは、バイポーラ電極集電体の対向する２辺におけるほぼ中央部から、互いに逆方向に延びるように形成されている。突出部３２ａ、３２ｂが形成されるバイポーラ電極集電体の２辺は、それぞれ正極集電体の突出部３０ａ、３０ｂが形成される２辺と同じ側にある。
【００８４】
このように、バイポーラ型電池２では、３個の突出部３０ａ、３１ａ、３２ａが対向する一方の辺から外方に延び、３個の突出部３０ｂ、３１ｂ、３２ｂが対向する他方の辺から外方に延びるように構成されている。また、突出部３０ａ、３１ａ、３２ａと突出部３０ｂ、３１ｂ、３２ｂとが逆方向に延びるように構成されている。このような構成を有するバイポーラ型電池２においても、バイポーラ型電池１と同様の効果が得られる。
【００８５】
図６に示すバイポーラ型電池３は、バイポーラ型電池１に類似し、対応する部分の図示および説明を省略する。バイポーラ型電池３は、図示しない正極集電体、負極集電体３６、図示しないバイポーラ電極集電体およびシール材１４ｙの平面形状が円形である以外は、バイポーラ型電池１と同様の構成を有している。すなわち、正極集電体は、バイポーラ型電池３の四方に延びる４個の突出部３５ａ〜３５ｄを有している。負極集電体３６は、バイポーラ型電池３の四方に延びる４個の突出部３６ａ〜３６ｄを有している。バイポーラ電極集電体は、バイポーラ型電池３の四方に延びる４個の突出部３７ａ〜３７ｄを有している。
【００８６】
突出部３５ａ、３６ａ、３７ａと突出部３５ｂ、３６ｂ、３７ｂとは、図６の紙面における上下方向において、互いに逆方向に延びるように形成されている。突出部３５ｃ、３６ｃ、３７ｃと突出部３５ｄ、３６ｄ、３７ｄとは、突出部３５ａ、３６ａ、３７ａが延びる方向にほぼ垂直な方向において、互いに逆方向に延びるように形成されている。これら１２個の突出部は、バイポーラ型電池３の厚み方向側面における異なる位置に形成されている。また、これら１２個の突出部は、バイポーラ型電池３の厚み方向において、互いに重ならないように形成されている。このような構成を有するバイポーラ型電池３においても、バイポーラ型電池１と同様の効果が得られる。
【００８７】
図７に示すバイポーラ型電池４は、バイポーラ型電池１に類似し、対応する部分の図示および説明を省略する。バイポーラ型電池４は、図示しない正極集電体、負極集電体４１、図示しないバイポーラ電極集電体およびシール材１４ｚが２つの楕円形を長手方向に接合した形状を有し、突出部が１８個設けられている以外は、バイポーラ型電池１と同様の構成を有している。
【００８８】
正極集電体は、バイポーラ型電池４の四方に延びる６個の突出部４０ａ〜４０ｆを有している。負極集電体４１は、バイポーラ型電池４の四方に延びる６個の突出部４１ａ〜４１ｆを有している。バイポーラ電極集電体は、バイポーラ型電池４の四方に延びる６個の突出部４２ａ〜４２ｆを有している。
【００８９】
このうち、突出部４０ａ、４１ａ、４２ａおよび突出部４０ｂ、４１ｂ、４２ｂは、バイポーラ型電池４の短手方向（幅方向）の一端部に配置され、突出部４０ｃ、４１ｃ、４２ｃおよび突出部４０ｄ、４１ｄ、４２ｄは、バイポーラ型電池４の短手方向（幅方向）の他端部に配置されており、突出部４０ａ、４１ａ、４２ａおよび突出部４０ｂ、４１ｂ、４２ｂと、突出部４０ｃ、４１ｃ、４２ｃおよび突出部４０ｄ、４１ｄ、４２ｄとは、互いに逆方向に延びている。また、突出部４０ｅ、４１ｅ、４２ｅは、バイポーラ型電池４の長手方向の一端部に配置され、突出部４０ｆ、４１ｆ、４２ｆは、バイポーラ型電池４の長手方向の他端部に配置されており、突出部４０ｅ、４１ｅ、４２ｅと、突出部４０ｆ、４１ｆ、４２ｆとは、互いに逆方向に延びている。このような構成を有するバイポーラ型電池４においても、バイポーラ型電池１と同様の効果が得られる。
【００９０】
図８Ａ〜図１１は、バイポーラ型電池１の組立手順を示す平面図である。なお、図８Ａ〜図１１では、電解質含有セパレータ１３としてポリマー電解質を用いた製造方法を示している。図８Ａ〜図８Ｃは、それぞれ、帯状金属箔に複数の集電体２４、２２、２０を打ち抜く工程を示す平面図である。図８Ａは複数のバイポーラ電極集電体２４を含む帯状金属箔について示している。図８Ｂは複数の負極集電体２２を含む帯状金属箔について示している。図８Ｃは複数の正極集電体２０を含む帯状金属箔について示している。図９Ａ〜図９Ｃは、それぞれ、帯状金属箔に形成された複数の集電体２４、２２、２０に活物質層を形成する工程を示す平面図である。図９Ａはバイポーラ電極１２について示している。図９Ｂは負極１１について示している。図９Ｃは正極１０について示している。
【００９１】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、集電体２４、２２、２０の周縁部にシール材１４を配置する工程を示す平面図である。図１０Ａはバイポーラ電極１２について示している。図１０Ｂは負極１１について示している。図１０Ｃは正極１０について示している。図１１はバイポーラ型電池１の連結体３１を切断する工程を示す縦断面図である。次に、図８Ａ〜図１１に示す各工程について、さらに具体的に説明する。
【００９２】
図８Ａ〜図８Ｃに示す工程では、打ち抜きにより、それぞれ、バイポーラ電極集電体２４が複数並んだ帯状金属箔、負極集電体２２が複数並んだ帯状金属箔、および正極集電体２０が複数並んだ帯状金属箔を作製する。たとえば、図８Ａに示す帯状金属箔では、バイポーラ電極１２のバイポーラ電極集電体２４が、複数並んだ状態で金属箔に連結されている。ここで、突出部は、集電体２４と金属箔とを連結する継ぎ目として機能している。また、前記帯状金属箔において、長手方向に平行な少なくとも一方の辺に沿って位置規制用の穴３０を一定の間隔で設けておくことが好ましい。これにより、次工程以降で位置規制用のピンに挿入して、所定の位置に正確に位置決めを行うことが可能になる。また、バイポーラ電極集電体２４は四隅の角部に面取りを施すことにより、次工程以降で角部が引っ掛かって位置決め精度が低下するのを抑制できる。同様にして、図８Ｂに示す負極集電体２２が複数並んだ帯状金属箔および図８Ｃに示す正極集電体２０が複数並んだ帯状金属箔を作製する。
【００９３】
図９Ａ〜図９Ｃに示す工程では、図８Ａ〜図８Ｃに示す工程で得られた金属箔の位置決めを行い、集電体上に活物質層を形成する。たとえば、図９Ａに示す工程では、バイポーラ電極集電体２４の一方の面上に、正極合剤スラリーをパターン塗布し、乾燥した後、ロールプレスで圧延することにより正極活物質層２５が形成される。正極活物質層２５の厚みは、たとえば、１０μｍである。塗布方法としては、たとえば、スクリーン印刷、スプレー印刷、グラビア印刷、インクジェット印刷などが挙げられる。その後、バイポーラ電極集電体２４の正極活物質層２５を形成した面とは反対側の面に、位置決めした状態で負極活物質層２６をパターン形成する。形成方法としては、抵抗加熱蒸着法、ガスデポジション法などがあげられる。これにより、バイポーラ電極１２が得られる。同様にして、図９Ｂに示す工程では、負極集電体２２の一方の面に負極活物質層２３が形成され、図９Ｃに示す工程では、正極集電体２０の一方の面に、正極活物質層２１が形成される。
【００９４】
図１０Ａ〜図１０Ｃに示す工程では、それぞれ、集電体２４、２２、２０の周縁部に窓枠状のシール材１４を配置し、熱溶着させる。ここで、シール材１４には、たとえば、変性ポリエチレンからなるシール材を使用できる。シール材１４が集電体上に積層される場合、シール材１４は位置決めされる。なお、集電体２０、２２、２４の場合と同様に、予め数箇所の継ぎ目により複数のシール材１４が連結したシートが形成される。前記シートには、集電体２０、２２、２４を形成した金属箔の位置規制用の穴３０と対応する位置に位置規制用の穴３０を形成しておく。
バイポーラ電極集電体２４の場合には、バイポーラ電極集電体２４の両面にシール材１４のシートを位置決めした状態で重ね合わせ、シール材１４の周縁部を窓枠状に加熱することにより、シール材１４をバイポーラ電極集電体２４に溶着させる。正極集電体２０および負極集電体２２の場合には、上記と同様にして、集電体の活物質層が設けられた面のみに、シール材１４を溶着させる。
【００９５】
シール材１４の熱溶着ののち、正極活物質層２１、２５および負極活物質層２３、２６の表面に、ポリマー電解質を形成する。ポリマー電解質は、たとえば、活物質層表面にポリマー電解質溶液を塗布し、溶媒成分を乾燥除去することにより形成できる。このようにすれば、電極と一体となった状態でポリマー電解質膜を取り扱えるので好ましい。こうして、正極集電体２０上には、正極活物質層２１およびポリマー電解質が形成され、負極集電体２２上には、負極活物質層２３およびポリマー電解質が形成される。バイポーラ電極集電体２４の一方の面には、正極活物質層２５およびポリマー電解質が形成され、バイポーラ電極集電体２４の他方の面には、負極活物質層２６およびポリマー電解質が形成される。正極集電体２０、負極集電体２２、およびバイポーラ電極集電体２４の周縁部には、それぞれ、シール材１４が熱溶着されている。
【００９６】
次に、集電体２０の金属箔、集電体２２の金属箔、および集電体２４の金属箔の位置規制用の穴３０にピンを挿入して、これらの金属箔を所定の順番で重ね合わせ、集電体２０、２２、２４の周縁部にそれぞれ設けられたシール材１４を合せる。このように積層した後、得られた積層体を減圧状態で加熱することにより、シール材１４同士およびポリマー電解質同士を熱融着させる。ポリマー電解質同士が融着して電解質含有セパレータ１３が形成される。これにより、正極活物質層２１と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２６とが、さらには、正極活物質層２５と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２３とが、高い密着性を示す。その結果、図１１に示すバイポーラ型電池の連結体３１が得られる。連結体３１においては、複数のバイポーラ型電池１が連結されている。さらに、シール材同士を熱融着させることにより、正極活物質層２１と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２６とからなる発電要素、および正極活物質層２５と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２３とからなる発電要素を、それぞれ密閉することができる。
【００９７】
図１１に示す工程では、連結体３１の１点鎖線で示す継ぎ目を切断することにより、バイポーラ型電池１が得られる。切断方法は特に制限されないが、たとえば、刃などを用いて切断すればよい。本発明では、正極集電体、負極集電体およびバイポーラ電極集電体の突出部が、電池の厚み方向において重なり合わないように構成している。突出部同士の接触部分は短絡の原因になるおそれがあるが、突出部が電池の厚み方向において重なり合わない状態で、継ぎ目を切断することにより、突出部同士ひいては集電体同士が接触することが防止される。また、切断時に発生しやすい切断張りを介して短絡が生じる可能性も回避できる。
【００９８】
上記のように連結体３１を作製し、最終工程で切断によりバイポーラ型電池１を作製すると、フレキシブルでハンドリングが難しい部材を個別に取り扱う必要がなくなる。その結果、生産性が大きく向上する。また、正極、負極およびバイポーラ電極をそれぞれ個別に切り離さずに、複数個が一体化されたシート（金属箔）のままで積層した後に、複数のバイポーラ型電池を別個に切断分離するので、複数の薄型バイポーラ型電池を高能率で製造できる。また、電解質含有セパレータとしてたとえばポリマー電解質を用いるバイポーラ型電池では、正極活物質層と電解質含有セパレータと負極活物質層とが一体化されているため、電気的接続不良が生じる可能性が一層低減できる。
【００９９】
このようにして得られる本発明のバイポーラ型電池を薄型化するとともに、電解質含有セパレータとして固体電解質、特にポリマー電解質を用いると、たとえば、情報通信機器、携帯電子機器、医療機器などの分野での応用が可能になる。たとえば、電池をＩＣチップとともにＩＣカードに組み込み、入退場管理、自動改札などに利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明では、正負極、バイポーラ電極の集電体に少なくとも２個の突出部を設け、突出部がそれぞれ異なる位置で外方に突出している。このため、本発明のパイポーラ型電池は、外部機器との電気的接続性に関する信頼性が高い。さらに、電解質含有セパレータとしてポリマー電解質を用いる場合には、ポリマー電解質の形状自由性という特徴を活かして、薄型でフレキシブルな全固体型バイポーラ型電池を提供できる。
本発明の電池は、たとえば、携帯情報端末、携帯電子機器、医療用機器などの、薄型で信頼性が要求される機器類の電源として好適に使用できる。
【符号の説明】
【０１０１】
１、２、３、４  バイポーラ型電池
１０  正極
１１  負極
１２  バイポーラ電極
１３  電解質含有セパレータ
１４  シール材
２０  正極集電体
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ  突出部
２１、２５  正極活物質層
２２  負極集電体
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ  突出部
２３、２６  負極活物質層
２４  バイポーラ電極集電体
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ  突出部
【図１】
2010010717.tif 000003
【図２Ａ】
2010010717.tif 000004
【図２Ｂ】
2010010717.tif 000005
【図２Ｃ】
2010010717.tif 000006
【図３】
2010010717.tif 000007
【図４Ａ】
2010010717.tif 000008
【図４Ｂ】
2010010717.tif 000009
【図４Ｃ】
2010010717.tif 000010
【図５】
2010010717.tif 000011
【図６】
2010010717.tif 000012
【図７】
2010010717.tif 000013
【図８Ａ】
2010010717.tif 000014
【図８Ｂ】
2010010717.tif 000015
【図８Ｃ】
2010010717.tif 000016
【図９Ａ】
2010010717.tif 000017
【図９Ｂ】
2010010717.tif 000018
【図９Ｃ】
2010010717.tif 000019
【図１０Ａ】
2010010717.tif 000020
【図１０Ｂ】
2010010717.tif 000021
【図１０Ｃ】
2010010717.tif 000022
【図１１】
2010010717.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月27日(2010.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイポーラ型電池に関する。さらに詳しくは、本発明は主に、バイポーラ型電池に用いられる集電体の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイポーラ型電池は、正極と負極との間に、電解質含有セパレータを介してバイポーラ電極を積層した構造を有する電池である。バイポーラ電極とは、集電体の一方の表面に正極活物質層を設け、他方の表面に負極活物質層を設けた電極である。バイポーラ型電池は、高電圧化（高出力密度化）、部品点数の低減、単セル同士の電気抵抗の低減、不要空間の削減による高エネルギー密度化などが比較的容易なことから、たとえば、電気自動車およびハイブリッド電気自動車の駆動モータ用電源などとして注目を集めている。また、ポリマー電解質などの固体電解質を利用すれば、バイポーラ型電池は、薄型化が可能なことから、たとえば、各種電子機器の電源としても期待されている。
【０００３】
バイポーラ型電池について、従来から種々の提案がなされている。たとえば、バイポーラ電極を含む単電池を積層した積層型電池において、単電池毎の電圧を測定するタブ電極を電池の一方の側面から外方に突出させることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、正極と複数のバイポーラ電極と負極とをそれらの間に電解質含有セパレータを介在させて積層し、バイポーラ電極の周辺部にシール部材を設けたバイポーラ型電池が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この電池では、バイポーラ電極の周辺部に、薄いシール部材が、複数のバイポーラ電極の集電体間を塞ぐように設けられている。
【０００５】
たとえば、携帯用電子機器には、落下、衝突などにより、外部から大きな応力を付加される。このような携帯用電子機器に特許文献２の電池を装着した場合、電子機器からの電池の離脱、電池の電子機器への装着不良または接続不良、電池の損傷、電解液の漏出などが起り易くなる。
【０００６】
また、正極と複数のバイポーラ電極と負極とをそれらの間に電解質含有セパレータを介在させて積層したバイポーラ型電池において、クロム１６〜２６質量％およびモリブデン０．５〜７．０質量％を含有するステンレス鋼を集電体材料として用いることが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。特許文献３には、前記特定のステンレス鋼は、ピンホールの発生、およびそれに伴う液絡の発生の心配がないために薄型化が可能であり、薄型化により集電体の内部抵抗を低減化して電池性能を向上させ得ると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−８７２３８号公報
【特許文献２】特開２００７−１２２８８１号公報
【特許文献３】特開２００７−２４２４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のバイポーラ型電池においては、外部機器との接続用電極端子が、正負極にそれぞれ１つずつしか設けられていない。接続用電極端子は、一般的に集電体の端部から、通常、電池の外方に延びる突出部として形成されている。この突出部を外部機器の回路に接触させるだけでは、電気的な接触不良を起こす可能性がある。このため、突出部と機器側回路とをはんだ付け、溶接などで接続する方法が採られている。
【０００９】
しかしながら、このバイポーラ型電池を薄型化しようした場合、集電体厚を小さくする必要が生じる。集電体厚が小さくなると、必然的に突出部の厚さも小さくなり、その強度が低下する。これにより、たとえ溶接により接続が行われていても、機器の落下、衝突などにより、接続部が変形したり、折れ曲がったり、あるいは接続部が切断したりして、電気的接続の断絶などが生じやすい。このため、従来のバイポーラ型電池には、機器との電気的接続の信頼性が低いという課題がある。
【００１０】
さらに、薄型バイポーラ型電池の製造工程では、集電体（金属箔）の機械的強度が低くかつ自立性に乏しいため、集電体の取り扱いが難しい。また、正負極、バイポーラ電極および電解質という比較的多数の部品を積層するので、積層の際の位置決めが難しく、そして複数の電極間でのずれが生じ易い。さらに、このような生産性の低さは、薄型のバイポーラ型電池のコストアップを招いている。
【００１１】
本発明の目的は、各種機器に装着する際に、該機器との電気的接続に関する信頼性が高く、かつ生産性の良好なバイポーラ型電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のバイポーラ型電池は、
正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配設されるバイポーラ電極と、電解質含有セパレータとを備え、
前記正極は、正極集電体と前記正極集電体の一面に形成された正極活物質層とを含み、
前記負極は、負極集電体と前記負極集電体の一面に形成された負極活物質層とを含み、
前記バイポーラ電極は、バイポーラ電極集電体と前記バイポーラ電極集電体の一面に形成された正極活物質層と前記バイポーラ電極集電体の他の面に形成された負極活物質層とを含み、
前記正極、前記負極、前記バイポーラ電極に含まれる各正極活物質層と各負極活物質層は、一の正極活物質層と一の負極活物質層とが前記電解質含有セパレータを介して互いに対向するように積層されて形成される電池要素を少なくとも２つ有し、
前記電池要素はその周縁に配置されたシール材により密封されており、
前記正極集電体、前記負極集電体、前記バイポーラ電極集電体のそれぞれには、各集電体の周縁部から突出するように、少なくとも２個の突出部が設けられている。前記パイポーラ型電池は、少なくとも２個のバイポーラ電極を備えていてもよい。
【００１３】
前記正極集電体、前記負極集電体、前記バイポーラ電極集電体から突出する突出部は、正極側から上面視したときに互いに重ならないように配置されていることが好ましい。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態において、前記電解質含有セパレータは、固体電解質であることが好ましい。
本発明の別の好ましい実施形態において、前記電解質含有セパレータは、液体電解質を含浸させた多孔質基材であることが好ましい。
【００１５】
前記正極、前記負極、および前記パイポーラ電極の積層方向に垂直であり、かつ互い異なる４つの方向の各方向に、少なくとも１個の突出部が突出しており、前記４つの方向のうち、時計周りの方向に隣接する２つの方向は、互いに直交していることが好ましい。
【００１６】
前記突出部の少なくとも一部がシール材で被覆されていることが好ましい。
前記突出部は、面取りが施されている少なくとも１つの角部をその先端部に有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のバイポーラ型電池では、正極集電体、負極集電体およびバイポーラ電極の集電体（バイポーラ電極集電体）のそれぞれに少なくとも２個の突出部が設けられている。そして、突出部が電池の厚み方向側面の異なる位置から外方に延びている。このような構成により、バイポーラ型電池と外部機器との電気的接続不良が生じる可能性を大幅に低減でき、バイポーラ型電池と外部機器との電気的接続に関する信頼性を高め得る。また、電解質として固体電解質、特にポリマー電解質を用いれば、本発明の種々の利点を維持しつつ、薄型のバイポーラ型電池が得られる。
【００１８】
また、前記構成を採ることにより、正極、負極およびバイポーラ電極を、それぞれ１個ずつ切り離すことなく、各電極が複数個形成された正極シート、バイポーラ電極シートおよび負極シートを積層して、複数のバイポーラ型電池を形成した後に、各バイポーラ型電池を切断分離できる。したがって、複数のバイポーラ型電池を効率良く製造でき、生産性が顕著に向上する。なお、前記のような製造方法は、薄型のバイポーラ型電池を製造するのに特に好適に利用できる。また、本発明のバイポーラ型電池を薄型化しても、上記した構造的特徴により、電池の機械的強度の低下、電池と外部機器との電気的接続不良などが起こり難く、好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の１つであるバイポーラ型電池の構成を簡略化して示す平面図である。
【図２Ａ】図１に示すバイポーラ型電池の切断面線Ａ−Ａの方向から見た断面図である。
【図２Ｂ】図１に示すバイポーラ型電池の切断面線Ｂ−Ｂの方向から見た断面図である。
【図２Ｃ】図１に示すバイポーラ型電池の切断面線Ｃ−Ｃの方向から見た断面図である。
【図３】図１に示すバイポーラ型電池を矢符Ｘの方向から見た側面図である。
【図４Ａ】図１に示すバイポーラ型電池に用いられる正極集電体の構成を示す平面図である。
【図４Ｂ】図１に示すバイポーラ型電池に用いられる負極集電体の構成を示す平面図である。
【図４Ｃ】図１に示すバイポーラ型電池に用いられるバイポーラ電極集電体の構成を示す平面図である。
【図５】別形態のバイポーラ型電池の構成を簡略化して示す平面図である。
【図６】別形態のバイポーラ型電池の構成を簡略化して示す平面図である。
【図７】別形態のバイポーラ型電池の構成を簡略化して示す平面図である。
【図８Ａ】帯状金属箔に複数の集電体を打ち抜く工程における、複数のバイポーラ電極集電体を含む帯状金属箔を示す平面図である。
【図８Ｂ】帯状金属箔に複数の集電体を打ち抜く工程における、複数の負極集電体を含む帯状金属箔を示す平面図である。
【図８Ｃ】帯状金属箔に複数の集電体を打ち抜く工程における、複数の正極集電体を含む帯状金属箔を示す平面図である。
【図９Ａ】帯状金属箔に形成された複数のバイポーラ電極集電体に活物質層を形成する工程における、バイポーラ電極を示す平面図である。
【図９Ｂ】帯状金属箔に形成された複数の負極集電体に活物質層を形成する工程における、負極を示す平面図である。
【図９Ｃ】帯状金属箔に形成された複数の正極集電体に活物質層を形成する工程における、正極を示す平面図である。
【図１０Ａ】バイポーラ電極集電体の周縁部にシール材を配置する工程における、バイポーラ電極を示す平面図である。
【図１０Ｂ】負極集電体の周縁部にシール材を配置する工程における、負極を示す平面図である。
【図１０Ｃ】正極集電体の周縁部にシール材を配置する工程における、正極を示す平面図である。
【図１１】バイポーラ型電池の連結体を切断する工程を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、各種機器に装着する際に、該機器との電気的接続に関する信頼性が高く、かつ生産性の良好なバイポーラ型電池を提供することを目的とする。本発明のバイポーラ型電池では、正極集電体、負極集電体およびバイポーラ電極集電体のそれぞれに少なくとも２個の突出部が設けられている。さらに、突出部が電池の厚み方向側面の異なる位置から外方に延びている。このような構成により、バイポーラ型電池と外部機器との電気的接続不良が生じる可能性を大幅に低減でき、バイポーラ型電池と外部機器との電気的接続に関する信頼性を高め得る。また、電解質として固体電解質、特にポリマー電解質を用いれば、本発明の種々の利点を維持しつつ、薄型のバイポーラ型電池が得られる。
【００２１】
以下、本発明を、図面を参照しながら、説明する。
図１は、本発明の実施形態の１つであるバイポーラ型電池１の構成を示す平面模式図である。図２Ａは、図１に示すバイポーラ型電池１の、切断面線Ａ−Ａでの構成を示す模式断面図である。図２Ｂは、図１に示すバイポーラ型電池１の、切断面線Ｂ−Ｂでの構成を示す模式断面図である。図２Ｃは、図１に示すバイポーラ型電池１の、切断面線Ｃ−Ｃでの構成を示す模式断面図である。
【００２２】
図３は、バイポーラ型電池１を図１に示す矢符Ｘの方向から見た側面図である。なお、図３では、突出部２０ａ、２０ｂ、２０ｄ、２２ａ、２２ｂ、２２ｄ、２４ａ、２４ｂ、２４ｄ以外の図示を省略する。図４Ａは、図１に示すバイポーラ型電池１に用いられる正極集電体２０の構成を示す平面図である。図４Ｂは、図１に示すバイポーラ型電池１に用いられる負極集電体２２の構成を示す平面図である。図４Ｃは、図１に示すバイポーラ型電池１に用いられるバイポーラ電極集電体２４（バイポーラ電極１２の集電体）の構成を示す平面図である。
【００２３】
バイポーラ型電池１は、正極１０、負極１１、バイポーラ電極１２、電解質含有セパレータ１３およびシール材１４を含み、平面形状がほぼ矩形の薄型固体電池である。
【００２４】
バイポーラ型電池１では、電解質含有セパレータ１３を介して、正極１０とバイポーラ電極１２と負極１１とがこの順番で積層されている。すなわち、正極活物質層２１と負極活物質層２６とが、および正極活物質層２５と負極活物質層２３とが電解質含有セパレータ１３を介して対向するように積層されている。このようにして、正極活物質層２１と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２６とからなる第１の発電要素と、正極活物質層２５と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２３とからなる第２の発電要素が形成される。なお、本実施形態では、正極１０と負極１１との間に、１個のバイポーラ電極１２を積層しているが、それに限定されず、バイポーラ型電池１の供給電圧の設計値に応じて２個以上のバイポーラ電極１２を積層してもよい。その場合、バイポーラ電極１２とそれに隣り合うバイポーラ電極１２との間にも、電解質含有セパレータ１３が配置される。具体的には、２個以上のバイポーラ電極は、所定のバイポーラ電極の正極活物質層と、別のバイポーラ電極の負極活物質層とが、電解質含有セパレータ１３を介して対向するように積層される。
【００２５】
また、バイポーラ型電池１において、正極集電体２０の周縁部とバイポーラ電極集電体２４の周縁部との間、および負極集電体２２の周縁部とバイポーラ電極集電体２４の周縁部との間には、枠状のシール材１４が配置されている。これにより、正極活物質層２１と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２６とからなる発電要素、および正極活物質層２５と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２３とからなる発電要素を封止した密閉構造が得られる。つまり、第１の発電要素および第２の発電要素がそれぞれシール材により密閉されている。さらに、正極集電体２０および負極集電体２２が集電機能だけでなく、外装体としての機能をも有しているので、ラミネートシートなどの外装体を用いる必要がなく、一層の薄型化が可能である。それに伴って、フレキシブル性が一層良好になる。また、シール材１４は、バイポーラ型電池１の機械的強度を高めるのにも有効である。
【００２６】
さらに、バイポーラ型電池１の最大の特徴は、各集電体の周縁部から突出する、突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄ、２４ａ〜２４ｄを含むことである。なお、突出部２０ａ〜２０ｄは、正極集電体２０に設けられている。突出部２２ａ〜２２ｄは、負極集電体２２に設けられている。突出部２４ａ〜２４ｄは、バイポーラ電極集電体２４に設けられている。これらの突出部は、たとえば、バイポーラ型電池１が電圧を供給する外部機器（以下単に「外部機器」とする）との電気的接続に用いられる。また、これらの突出部は、単セルごとの電圧をモニターするために利用することも可能である。
【００２７】
突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄ、２４ａ〜２４ｄは、バイポーラ型電池１の厚み方向側面の異なる位置から、バイポーラ型電池１の外方に延びるように設けられている。また、突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄ、２４ａ〜２４ｄは、バイポーラ型電池１の厚み方向において、互いに重ならないように配置されている。つまり、突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄ、２４ａ〜２４ｄをバイポーラ型電池１の厚み方向から見たとき、たとえば正極側から上面視したとき、いずれの突起部も、別の突起部と重なっていない。ここで、バイポーラ型電池１の厚み方向とは、正極とバイポーラ電極と負極との積層方向のことをいう。
【００２８】
また、３個ずつの突出部がバイポーラ型電池１の四方に延びている。つまり、電池の厚み方向に垂直であり、かつ互い異なる４つの方向の各方向に、それぞれ３個の突出部が突出している。図１のバイポーラ型電池１の場合、４つの突出方向をバイポーラ型電池１の厚さ方向（正極とバイポーラ電極と負極との積層方向）から見たとき、時計周りの方向に隣接する２つの突出方向は互いに直交している。具体的には、図１の紙面において、突出部２０ａ、２２ａ、２４ａが上方に延び、突出部２０ｂ、２２ｂ、２４ｂが下方に延び、突出部２０ｃ、２２ｃ、２４ｃが向かって右側に延び、突出部２０ｄ、２２ｄ、２４ｄが向かって左側に延びる。すなわち、突出部２０ａ、２２ａ、２４ａと突出部２０ｂ、２２ｂ、２４ｂとが逆方向に延び、突出部２０ｃ、２２ｃ、２４ｃと突出部２０ｄ、２２ｄ、２４ｄとが逆方向に延びている。さらに、突出部２０ａ、２２ａ、２４ａと突出部２０ｂ、２２ｂ、２４ｂとが延びる方向に平行な方向と、突出部２０ｃ、２２ｃ、２４ｃと突出部２０ｄ、２２ｄ、２４ｄとが延びる方向に平行な方向とは互いに垂直である。
【００２９】
本実施形態では、全体で１２個の突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄ、２４ａ〜２４ｄを設けたが、それに限定されず、正極集電体２０、負極集電体２２およびバイポーラ電極集電体２４の各々に含まれる突出部の数は２個以上、好ましくは４個以上でよく、それによって本発明の目的が達成できる。なお、バイポーラ型電池の横断面が矩形または略矩形であり、各集電体にそれぞれ突出部を４個設ける場合は、バイポーラ型電池１の四辺のそれぞれに突出部を１個ずつ設けるのが好ましい。
【００３０】
なお、バイポーラ型電池１と外部機器との電気的接続は、バイポーラ型電池１の厚み方向の最外層に位置する正極１０および負極１１の集電体２０および２２の突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄ、ならびに中間層に位置するバイポーラ電極１２の集電体２４の突出部２４ａ〜２４ｄのうちの２個以上の突出部、好ましくは４個以上の突出部を用いて行われる。
【００３１】
本実施形態のように、正極集電体２０、負極集電体２２およびバイポーラ電極集電体２４の各々に２個以上の突出部を設けることにより、様々な外部機器に接続することが可能になり、バイポーラ型電池１の適用範囲が顕著に拡大する。たとえば、バイポーラ電極１２の突出部２４ａ〜２４ｄを利用して外部機器と接続すると、正極１０および負極１１の突出部２０ａ〜２０ｄおよび２２ａ〜２２ｄのみで外部機器に接続する場合に比べて、バイポーラ型電池１の供給電圧を低く調整することも可能になる。
【００３２】
このように、複数の突出部を設けることにより、２個以上の突出部と外部機器とを電気的に接続できる。その結果、たとえば所定の１個の突出部と外部機器との間で電気的接続が不良になっても、それ以外の突出部より電気的接続が保たれる。したがって、バイポーラ型電池１は、外部機器に安定的に電圧を供給でき、駆動用電源としての信頼性が顕著に高い。
【００３３】
また、突出部を異なる位置、さらに好ましくはバイポーラ型電池１の厚み方向において互いに重ならない位置に配置することにより、外部機器との電気的な接続に関する信頼性が一層向上する。すなわち、突出部が同じ位置にあると、外部機器の落下、外部機器に衝撃などが加わることなどによって、全ての突出部が同時に変形、折れ曲がり、切断などを起こし、電気的接続不良が生じる可能性がある。これに対し、突出部を異なる位置に配置することにより、前記した電気的接続不良が生じる可能性を一層低減できる。また、突出部をバイポーラ型電池１の四方に配置することにより、前記した電気的接続不良が生じる可能性の低減効果が一層向上する。
【００３４】
また、突出部の表面の少なくとも一部をシール材で被覆すると、突出部の機械的強度の向上、突出部同士の接触による短絡の抑制などの効果が得られる。
また、突出部がその先端部分に角部を有する場合は、角部が面取りを施されていることが好ましい。角部が面取りにより円弧状の形状を有していることがさらに好ましい。この構成によれば、外部機器側の回路と接続する際に、突出部の角部が外部機器の回路の接続とは関係のない部分に引っ掛かって、該回路を損傷させるのを抑制できる。
【００３５】
バイポーラ型電池１の各構成要素は、具体的には次に示す通りである。
正極１０は、正極集電体２０および正極活物質層２１を含む。
正極集電体２０は、上記したように、集電機能と外装材としての機能とを併せ持つ。正極集電体２０は金属製板状部材であり、図４Ａに示すように、ほぼ矩形の平面形状を有する集電体本体２０ｘと、４個の突出部２０ａ〜２０ｄとを含む。
【００３６】
突出部２０ａ〜２０ｄは、集電体本体２０ｘの四隅端部から、外方に延びるように形成されている。より詳しくは、突出部２０ａ、２０ｂは集電体本体２０ｘにおける一方の対角線の両端部近傍に配置され、図４Ａの紙面の上下方向において、逆方向に延びている。また、突出部２０ｃ、２０ｄは集電体本体２０ｘにおける他方の対角線の両端部近傍に配置され、突出部２０ａ、２０ｂが延びる方向とはほぼ垂直な方向において、逆方向に延びている。すなわち、突出部２０ａ〜２０ｄは、正極集電体２０の四方に延びている。
【００３７】
突出部２０ａ〜２０ｄは、それぞれ、ほぼ矩形の平面形状を有し、その先端部分には２つの角部がある。これらの角部は、面取りが施されており、円弧状の形状を有している。なお、本実施形態では、平面形状がほぼ矩形である突出部を設けているが、これに限定されず、外部機器との電気的接続が可能な限り、任意の形状の突出部を設けてもよい。形状の具体例としては、たとえば、半円状、半楕円状、三角形状などが挙げられる。なお、突出部の形状が任意であることは、負極集電体２２およびバイポーラ電極集電体２４においても同じである。
【００３８】
正極集電体２０には、バイポーラ型電池の分野で常用される材料を使用でき、たとえば、厚さ１０〜３０μｍ程度の、アルミニウムを主成分とする箔、ステンレス鋼箔などを使用できる。なお、アルミニウムを主成分とする箔とは、たとえば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔などである。
【００３９】
正極活物質層２１は、正極活物質、導電剤、結着剤などを含有し、正極集電体２０の厚み方向の一方の表面に形成される。
正極活物質としては、固体電池の分野で常用される材料を使用できる。その具体例としては、たとえば、二酸化マンガン、（ＣＦ）ｍ、（Ｃ２Ｆ）ｍなどのフッ化カーボン、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＦｅＳ２などの金属二硫化物、リチウム含有複合酸化物、バナジウム酸化物およびそのリチウム化合物、ニオブ酸化物およびそのリチウム化合物、有機導電性物質を含有する共役系ポリマー、シェブレル相化合物、オリビン系化合物などが挙げられる。正極活物質は、１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００４０】
リチウム含有複合酸化物としては、たとえば、ＬｉｘａＣｏＯ２、ＬｉｘａＮｉＯ２、ＬｉｘａＭｎＯ２、ＬｉｘａＣｏｙＮｉ１−ｙＯ２、ＬｉｘａＣｏｙＭ１−ｙＯｚ、ＬｉｘａＮｉ１−ｙＭｙＯｚ、ＬｉｘｂＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘｂＭｎ２−ｙＭｙＯ４（前記各式中、ＭはＮａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を示す。ｘａ＝０〜１．２、ｘｂ＝０〜２．０、ｙ＝０〜０．９、ｚ＝２．０〜２．３である）で表される材料を用いることができる。なお、上記の各組成式におけるｘａ値およびｘｂ値は、充放電開始前の値であり、充放電により増減する。
【００４１】
これらの中でも、電解質（特に後記するポリマー電解質）との好適な組み合わせを考慮すると、二酸化マンガンが好ましい。二酸化マンガンは、たとえば、その反応電位がポリマー電解質の電気化学的に安定な領域（電位）とほぼ一致し、一電子反応と仮定した場合の質量あたりの理論容量が３０８ｍＡｈ／ｇと高く、安価に入手可能であるといった利点を有している。
【００４２】
また、正極活物質の平均粒子径は、好ましくは０．１〜２０μｍである。これにより、後記する正極合剤スラリーの正極集電体２０への塗布に際し、すじなどの塗布むらの発生を抑制し、かつ単位面積当たりの塗布量ひいては電極容量のばらつきを小さくしながら、正極１０の厚さを５０μｍ以下に調整できる。
【００４３】
導電剤としても固体電池の分野で常用される材料を使用でき、たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛などのグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維類、アルミニウム粉などの金属粉末類、酸化亜鉛ウィスカー、導電性チタン酸カリウムウィスカーなどの導電性ウィスカー類、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、フェニレン誘導体などの有機導電性材料などが挙げられる。導電剤は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００４４】
結着剤としては、ポリマー電解質およびそれ以外の結着剤を使用できる。ポリマー電解質の中でも、ドライポリマー電解質が好ましい。また、ポリマー電解質とそれ以外の結着剤とを組み合わせて使用してもよい。結着剤としてポリマー電解質を用いると、正極活物質層２１の表面から深部（正極集電体２０の近傍部分）に至るまで、イオンが容易に到達できるため好ましい。
【００４５】
ポリマー電解質以外の結着剤として、電池分野で常用される材料を使用でき、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ヘキシル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ヘキシル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ポリヘキサフルオロプロピレン、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。結着剤は、１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００４６】
正極活物質層２１は、たとえば、正極合剤スラリーを正極集電体２０表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて圧延することにより形成できる。これにより正極１０が得られる。正極合剤スラリーは、たとえば、正極活物質、結着剤、導電剤などを分散媒に分散させることにより調製できる。分散媒としては、たとえば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミドなどを使用できる。
【００４７】
負極１１は、負極集電体２２および負極活物質層２３を含む。
負極集電体２２は、上記したように、集電機能と外装材としての機能とを併せ持つ。負極集電体２２は金属製板状部材であり、図４Ｂに示すように、ほぼ矩形の平面形状を有する集電体本体２２ｘと、４個の突出部２２ａ〜２２ｄとを含む。
【００４８】
突出部２２ａ〜２２ｄは、集電体本体２２ｘの四隅端部から、外方に延びるように形成されている。より詳しくは、突出部２２ａ、２２ｂは集電体本体２２ｘにおける一方の対角線の両端部近傍に配置され、図４Ｂの紙面の上下方向において、逆方向に延びている。また、突出部２２ｃ、２２ｄは集電体本体２２ｘにおける他方の対角線の両端部近傍に配置され、突出部２２ａ、２２ｂが延びる方向とはほぼ垂直な方向において、逆方向に延びている。すなわち、突出部２２ａ〜２２ｄは、負極集電体２２の四方に延びている。
【００４９】
また、突出部２２ａ〜２２ｄは、バイポーラ型電池１の厚み方向側面において、正極集電体２０の突出部２０ａ〜２０ｄとは異なる位置に形成されている。さらに、バイポーラ型電池１の厚み方向において、突出部２２ａ〜２２ｄは、突出部２０ａ〜２０ｄと重なる部分がない。また、突出部２２ａ〜２２ｄは、それぞれ、ほぼ矩形の平面形状を有し、その先端部分には２つの角部がある。これらの角部は、面取りが施されており、円弧状の形状を有している。
【００５０】
負極集電体２２には、バイポーラ型電池の分野で常用される材料を使用でき、たとえば、厚さ１０〜３０μｍ程度の、銅を主成分とする箔、ステンレス鋼箔などを使用できる。なお、銅を主成分とする箔とは、たとえば、銅箔、銅合金箔などである。
【００５１】
負極活物質層２３は、負極集電体２２の厚み方向の一方の表面に形成され、負極活物質などを含有する。負極活物質としては、バイポーラ型電池の分野で常用される材料を使用でき、たとえば、金属リチウム、リチウム合金などが挙げられる。リチウム合金としては、たとえば、Ｌｉ−Ｓｉ合金、Ｌｉ−Ｓｎ合金、Ｌｉ−Ａｌ合金、Ｌｉ−Ｇａ合金、Ｌｉ−Ｍｇ合金、Ｌｉ−Ｉｎ合金などが挙げられる。負極活物質層２３は、たとえば、負極集電体２２の表面に金属リチウムまたはリチウム合金からなる金属箔を貼着することにより形成できる。
【００５２】
バイポーラ電極１２は、バイポーラ電極集電体２４、正極活物質層２５および負極活物質層２６を含む。
バイポーラ電極集電体２４は、厚み方向の一方の表面に正極活物質層２５が形成され、かつ厚み方向の他方の表面に負極活物質層２６が形成される。バイポーラ電極集電体２４は金属製板状部材であり、図４Ｃに示すように、ほぼ矩形の平面形状を有する集電体本体２４ｘと、４個の突出部２４ａ〜２４ｄとを含む。
【００５３】
突出部２４ａ〜２４ｄは、集電体本体２４ｘの四辺のほぼ中央部から、外方に延びるように形成されている。突出部２４ａ、２４ｂが互いに逆方向に延び、突出部２４ｃ、２４ｄが、突出部２４ａ、２４ｂの延びる方向にほぼ垂直な方向において、互いに逆方向に延びている。すなわち、突出部２４ａ〜２４ｄは、バイポーラ電極集電体２４の四方に延びている。
【００５４】
また、突出部２４ａ〜２４ｄは、バイポーラ型電池１の厚み方向側面において、正極集電体２０の突出部２０ａ〜２０ｄおよび負極集電体２２の突出部２２ａ〜２２ｄとは異なる位置に形成されている。さらに、バイポーラ型電池１の厚み方向において、突出部２４ａ〜２４ｄは、突出部２０ａ〜２０ｄ、２２ａ〜２２ｄと重なる部分がない。また、突出部２４ａ〜２４ｄは、それぞれ、ほぼ矩形の平面形状を有し、その先端部分には２つの角部がある。これらの角部は、面取りが施されており、円弧状の形状を有している。
【００５５】
バイポーラ電極集電体２４には、バイポーラ型電池の分野で常用される材料を使用でき、たとえば、厚さ１０〜３０μｍ程度の、ステンレス鋼箔、クラッド材などが挙げられる。クラッド材には、たとえば、銅を主成分とする層と、アルミニウムを主成分とする層とを接合した積層材料などが挙げられる。
正極活物質層２５は、上記した正極活物質層２１と同様の構成を有している。また、負極活物質層２６は、上記した負極活物質層２３と同様の構成を有している。
【００５６】
電解質含有セパレータ１３は、正極活物質層２１と負極活物質層２６との間および正極活物質層２５と負極活物質層２３との間に介在するように配置される。電解質含有セパレータ１３は、固体電解質であってもよいし、液体電解質を含浸させた多孔質基材であってもよい。
【００５７】
固体電解質の種類は特に制限されず、無機固体電解質および有機固体電解質をいずれも使用できる。無機固体電解質を用いると、液漏れのおそれがないため、薄型化および小型化が可能であり、電池としての安全性や信頼性が高いという長所を有する。また、有機固体電解質、特にポリマー電解質を用いると、やはり、薄型化および小型化が可能であり、電池としての安全性や信頼性が高いという長所を有する。それとともに、柔軟性のある薄型電池が得られるという利点もある。
【００５８】
無機固体電解質としては公知の材料を使用でき、たとえば、硫化物系無機固体電解質、酸化物系無機固体電解質、その他のリチウム系無機固体電解質などが挙げられる。硫化物系無機固体電解質の具体例としては、たとえば、（Ｌｉ３ＰＯ４）ｘ−（Ｌｉ２Ｓ）ｙ−（ＳｉＳ２）ｚガラス、（Ｌｉ２Ｓ）ｘ−（ＳｉＳ２）ｙ、（Ｌｉ２Ｓ）ｘ−（Ｐ２Ｓ５）ｙ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ｔｈｉｏ―ＬＩＳＩＣＯＮなどが挙げられる。
【００５９】
また、酸化物系無機固体電解質の具体例としては、たとえば、ＬｉＴｉ２（ＰＯ４）３、ＬｉＺｒ２（ＰＯ４）３、ＬｉＧｅ２（ＰＯ４）３などのＮＡＳＩＣＯＮ型、（Ｌａ０．５＋ｘＬｉ０．５−３ｘ）ＴｉＯ３などのペロブスカイト型などが挙げられる。その他のリチウム系無機固体電解質の具体例としては、たとえば、ＬｉＰＯＮ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、Ｌｉ３ＰＯ４、ＬｉＰＯ４−ｘＮｘ（ｘは０＜ｘ≦１）、ＬｉＮ、ＬｉＩ、ＬＩＳＩＣＯＮなどが挙げられる。さらに、これらの無機固体電解質の結晶を析出させて得られるガラスセラミックスも、固体電解質として使用できる。
【００６０】
なお、無機固体電解質からなる電解質含有セパレータ１３は、蒸着、スパッタリング、レーザーアブレーション、ガスデポジション、エアロゾルデポジションなどの手法により形成できる。特にガスデポジションおよびエアロゾルデポジションは、高速での成膜が可能なので好ましい。
【００６１】
有機固体電解質としても公知の材料を使用でき、たとえば、ポリマー電解質を用いることができる。ポリマー電解質としては、ドライポリマー電解質、ゲル電解質などが挙げられる。
【００６２】
ポリマー電解質としては、バイポーラ型電池の分野で常用される材料を使用できるが、その中でも、少なくとも骨格中に電子供与性元素を含むポリマーおよびリチウム塩を含有するドライポリマー電解質（１）が好ましい。電子供与性元素は、ドライポリマー電解質（１）中において、リチウムイオンとアニオンとの相互作用に匹敵するような強い相互作用を発生させることができる。このような電子供与性元素の作用により、ドライポリマー電解質（１）中では、リチウム塩の一部がリチウムイオンとアニオンとに解離した状態で存在する。解離したリチウムイオンは電子供与性元素に配位し、さらにポリマー構造中またはポリマー鎖上を移動する。リチウムイオンは、主に、ポリマー鎖のセグメント運動によってポリマー中を移動できるものと考えられる。これにより、優れたイオン伝導性が発現する。
【００６３】
骨格中に電子供与性元素を含むポリマーは、マトリックスポリマーとして用いられる。骨格中に電子供与性元素を含むポリマーとしては、主鎖および側鎖のいずれか一方または両方に電子供与性酸素を含むポリマーが挙げられる。ここで、電子供与性酸素としては、たとえば、エーテル酸素、エステル酸素などが挙げられる。マトリックスポリマーの具体例としては、たとえば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体、エチレンオキサイド単位またはプロピレンオキサイド単位を有するポリマー、ポリカーボネートなどが挙げられる。前記材料以外にも、ドライポリマー電解質に含まれるマトリックスポリマーとしては、たとえば、低相転移温度（Ｔｇ）のポリエーテル、無定形フッ化ビニリデンコポリマー、異種ポリマーのブレンド物などを用いてもよい。
【００６４】
リチウム塩としては、電池分野で常用される材料を使用でき、たとえば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＡｓＦ６、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウム、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２などが挙げられる。リチウム塩は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００６５】
ドライポリマー電解質は、たとえば、マトリックスポリマーの有機溶媒溶液にリチウム塩を添加して、ポリマー電解質溶液を得、前記ポリマー溶液を所定の箇所に塗布し、乾燥することにより調製できる。ここで有機溶媒としては、マトリックスポリマーを溶解でき、かつマトリックスポリマーおよびリチウム塩に対して不活性なものであれば特に制限されず、公知のものを使用できる。たとえば、アセトニトリルなどのニトリル類、メチルモノグライムなどのグライム類が挙げられる。
【００６６】
ゲル電解質の具体例としては、たとえば、マトリックスポリマーと、前記マトリックスポリマーに保持された非水電解液とを含むことができる。ここで、ゲル電解質用マトリックスポリマーとしては、たとえば、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポリエチレンオキサイド誘導体を含有するポリマー、ポリプロピレンオキサイド誘導体、ポリプロピレンオキサイド誘導体を含有するポリマー、ポリホスファゼン、イオン解離基を含有するポリマー、リン酸エステルポリマー、ポリビニルピリジン誘導体、ビスフェノールＡ誘導体、ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンフルオライド、フッ素ゴムなどが挙げられる。非水電解液については後記する。
【００６７】
電解質含有セパレータ１３が有機固体電解質により構成されている場合、電解質含有セパレータ１３は、上記で説明した成分の他に、その目的を損なわない限りにおいて他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、たとえば、無機充填材、リチウム塩とグライム類との固体状の結晶性錯体（以下単に「結晶性錯体」する）などが挙げられる。無機充填材は、たとえば、有機固体電解質の機械的強度、膜質均一性、イオン伝導性などを向上させる。無機充填材としては、特に制限されないが、アルミナ、シリカなどの、ミクロンオーダーまたはナノオーダーの微粒子などが挙げられる。結晶性錯体は、たとえば、リチウムイオンとポリマー鎖との相互作用を弱め、有機固体電解質のイオン伝導性をさらに向上させる。
【００６８】
また、電解質含有セパレータ１３が固体電解質を含む場合、電解質含有セパレータ１３は、支持体により支持されていてもよい。前記支持体として、多孔質シートを用いることができる。多孔質シートとしては、たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、セルロースなどの合成樹脂からなる不織布、ポリプロピレン、ポリエチレンの微孔性フィルムなどが挙げられる。たとえば、多孔質シートをポリマー電解質溶液に含浸させた後に溶媒を除去することで、支持体と一体になった電解質含有セパレータ１３を作製できる。
【００６９】
上記のように、電解質含有セパレータ１３としては、液体電解質を含浸した多孔質基材を用いてもよい。多孔質基材には、所定のイオン透過度、機械的強度、絶縁性などを併せ持つシート状物またはフィルム状物が用いられる。多孔質基材の具体例としては、たとえば、微多孔膜、織布、不織布などの、多孔性のシート状物またはフィルム状物が挙げられる。微多孔膜は単層膜および多層膜（複合膜）のいずれでもよい。単層膜は１種の材料からなる。多層膜（複合膜）は１種の材料からなる単層膜の積層体または異なる材料からなる単層膜の積層体である。
【００７０】
多孔質基材の材料には各種樹脂材料を使用できる。なかでも、耐久性、シャットダウン機能、電池の安全性などを考慮すると、多孔質基材の材料には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンが好ましい。なお、シャットダウン機能とは、電池の異常発熱時に貫通孔が閉塞し、それによりイオンの透過を抑制し、電池反応を遮断する機能である。必要に応じて、微多孔膜、織布、不織布などを２層以上積層して多孔質基材を構成してもよい。多孔質基材の厚さは一般的には１０〜３００μｍであるが、好ましくは１０〜４０μｍ、より好ましくは１０〜３０μｍ、さらに好ましくは１０〜２５μｍである。また、多孔質基材の空孔率は好ましくは３０〜７０％、より好ましくは３５〜６０％である。ここで空孔率とは、多孔質基材の体積に占める、多孔質基材中に存在する細孔の総容積の比である。
【００７１】
液体電解質としては、非水電解液を用いることができる。非水電解液は、溶質（支持塩）と非水溶媒とを含み、さらに必要に応じて各種添加剤を含む。溶質は通常非水溶媒中に溶解する。
溶質としては、この分野で常用される材料を使用でき、たとえば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＢＣｌ４、ホウ酸塩類、イミド塩類などが挙げられる。
【００７２】
ホウ酸塩類としては、ビス（１，２−ベンゼンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，３−ナフタレンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，２’−ビフェニルジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（５−フルオロ−２−オレート−１−ベンゼンスルホン酸−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウムなどが挙げられる。
【００７３】
イミド塩類としては、ビストリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム（（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ）、トリフルオロメタンスルホン酸ノナフルオロブタンスルホン酸イミドリチウム（（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）ＮＬｉ）、ビスペンタフルオロエタンスルホン酸イミドリチウム（（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２ＮＬｉ）などが挙げられる。溶質は１種を単独で用いてもよくまたは必要に応じて２種以上を組み合わせて用いてもよい。溶質の非水溶媒に対する溶解量は、０．５〜２モル／Ｌの範囲内とすることが望ましい。
【００７４】
非水溶媒としては、この分野で常用される溶媒を使用でき、たとえば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。環状炭酸エステルとしては、たとえば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）などが挙げられる。鎖状炭酸エステルとしては、たとえば、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などが挙げられる。環状カルボン酸エステルとしては、たとえば、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、γ−バレロラクトン（ＧＶＬ）などが挙げられる。非水溶媒は１種を単独で用いてもよくまたは２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００７５】
添加剤としては、たとえば、充放電効率を向上させる材料、電池を不活性化させる材料などが挙げられる。充放電効率を向上させる材料は、たとえば、負極上で分解してリチウムイオン伝導性の高い被膜を形成し、充放電効率を向上させる。このような材料の具体例としては、たとえば、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、４−メチルビニレンカーボネート、４，５−ジメチルビニレンカーボネート、４−エチルビニレンカーボネート、４，５−ジエチルビニレンカーボネート、４−プロピルビニレンカーボネート、４，５−ジプロピルビニレンカーボネート、４−フェニルビニレンカーボネート、４，５−ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、ジビニルエチレンカーボネート等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートおよびジビニルエチレンカーボネートから選ばれる少なくとも１種が好ましい。なお、上記化合物は、その水素原子の一部がフッ素原子で置換されていてもよい。
【００７６】
電池を不活性化させる材料は、たとえば、電池の過充電時に分解して電極表面に被膜を形成することによって電池を不活性化する。このような材料としては、たとえば、ベンゼン誘導体が挙げられる。ベンゼン誘導体としては、フェニル基と、前記フェニル基に隣接する環状化合物基とを含むベンゼン化合物が挙げられる。環状化合物基としては、たとえば、フェニル基、環状エーテル基、環状エステル基、シクロアルキル基、フェノキシ基などが好ましい。ベンゼン誘導体の具体例としては、たとえば、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテルなどが挙げられる。ベンゼン誘導体は１種を単独で使用できまたは２種以上を組み合わせて使用できる。ただし、ベンゼン誘導体の非水電解液における含有量は、非水溶媒１００体積部に対して１０体積部以下であることが好ましい。
【００７７】
特に、液絡を無くすという観点からは、電解質含有セパレータ１３として、固体電解質を用いることが好ましい。電解質含有セパレータ１３として、固体電解質を用いることにより、バイポーラ型電池の安全性をさらに向上させることができる。さらに、バイポーラ型電池１が、バイポーラ電極１２の積層数に相当する電圧を確実に出力できるようになる。なお、固体電解質としては、ポリマー電解質が好ましい。ポリマー電解質の中でも、液体成分を含有しないドライポリマー電解質が特に好ましい。
なお、電解質含有セパレータ１３は、上記のように液体電解質を含浸させた多孔質基材であってもよい。このようなバイポーラ型電池でも、本発明の構造（突出部）を採用できる。これにより、外部機器との電気的な接続信頼性が高まり、生産性が向上する。
【００７８】
シール材１４は、平面形状がほぼ矩形であり、四隅が円弧状に形成された板状部材である。また、シール材１４の中央部には、厚み方向に貫通する、図示しない矩形の孔が形成されている。たとえば、正極１０とバイポーラ電極１２との間に配置されているシール材１４の場合、この孔に、正極活物質層２１、負極活物質層２６および電解質含有セパレータ１３が挿通される。また、シール材１４は、図１に示すように、正極集電体２０、負極集電体２２およびバイポーラ電極集電体２４の外周寸法より大きい外周寸法を有している。これにより、集電体２０、２２、２４の周縁部間での短絡を、ほぼ確実に防止できる。
【００７９】
本実施形態では、シール材１４は集電体２０、２２、２４よりも大きい外周寸法を有するが、それに限定されず、シール材１４は、集電体２０、２２、２４と同程度の外周寸法を有してもよい。シール材１４を構成する材料には、電池分野で常用される材料を使用でき、たとえば、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂、ポリイソブチレン、ポリアミド、エチレンと酢酸ビニルまたはアクリル酸エステルとの共重合物などの絶縁性合成樹脂が挙げられる。このシール材は厚さが１０〜３００μｍ程度に設定される。
【００８０】
バイポーラ型電池１は、上記したように、極めて薄い金属箔からなる正極集電体２０および負極集電体２２を外装体に兼用することから、従来のバイポーラ型電池に比べて、一層の薄型化が可能になる。さらに、バイポーラ型電池１は、フレキシブル性にも優れている。
【００８１】
図５〜図７は、別形態のバイポーラ型電池２〜４の構成を簡略化して示す平面図である。図５に示すバイポーラ型電池２は、バイポーラ型電池１に類似し、対応する部分の図示および説明を省略する。バイポーラ型電池２は、図示しない正極集電体、負極集電体３１および図示しないバイポーラ電極集電体の平面形状が矩形であり、それぞれが２個ずつの突出部を有すること、およびシール材１４ｘの平面形状が矩形であることを特徴とする。正極集電体は平面形状が矩形であり、突出部３０ａ、３０ｂを有している。突出部３０ａ、３０ｂは、正極集電体の対向する２つの辺において、一方の対角線の両端部近傍に形成され、互いに逆方向に延びている。
【００８２】
負極集電体３１は、集電体本体３１ｘおよび突出部３１ａ、３１ｂを含む。集電体本体３１ｘは矩形であり、突出部３１ａ、３１ｂは、集電体本体３１ｘの対向する２辺において、一方の対角線の両端部近傍に形成され、互いに逆方向に延びている。突出部３１ａ、３１ｂが形成される集電体本体３１ｘの２辺は、それぞれ正極集電体の突出部３０ａ、３０ｂが形成される２辺と同じ側にある。また、バイポーラ型電池２の厚さ方向から見たとき、突出部３１ａ、３１ｂは、後記する突出部３２ａ、３２ｂを介して、突出部３０ａ、３０ｂと対向する位置になるように配置されている。
【００８３】
バイポーラ電極集電体も平面形状が矩形であり、突出部３２ａ、３２ｂを有している。突出部３２ａ、３２ｂは、バイポーラ電極集電体の対向する２辺におけるほぼ中央部から、互いに逆方向に延びるように形成されている。突出部３２ａ、３２ｂが形成されるバイポーラ電極集電体の２辺は、それぞれ正極集電体の突出部３０ａ、３０ｂが形成される２辺と同じ側にある。
【００８４】
このように、バイポーラ型電池２では、３個の突出部３０ａ、３１ａ、３２ａが対向する一方の辺から外方に延び、３個の突出部３０ｂ、３１ｂ、３２ｂが対向する他方の辺から外方に延びるように構成されている。また、突出部３０ａ、３１ａ、３２ａと突出部３０ｂ、３１ｂ、３２ｂとが逆方向に延びるように構成されている。このような構成を有するバイポーラ型電池２においても、バイポーラ型電池１と同様の効果が得られる。
【００８５】
図６に示すバイポーラ型電池３は、バイポーラ型電池１に類似し、対応する部分の図示および説明を省略する。バイポーラ型電池３は、図示しない正極集電体、負極集電体３６、図示しないバイポーラ電極集電体およびシール材１４ｙの平面形状が円形である以外は、バイポーラ型電池１と同様の構成を有している。すなわち、正極集電体は、バイポーラ型電池３の四方に延びる４個の突出部３５ａ〜３５ｄを有している。負極集電体３６は、バイポーラ型電池３の四方に延びる４個の突出部３６ａ〜３６ｄを有している。バイポーラ電極集電体は、バイポーラ型電池３の四方に延びる４個の突出部３７ａ〜３７ｄを有している。
【００８６】
突出部３５ａ、３６ａ、３７ａと突出部３５ｂ、３６ｂ、３７ｂとは、図６の紙面における上下方向において、互いに逆方向に延びるように形成されている。突出部３５ｃ、３６ｃ、３７ｃと突出部３５ｄ、３６ｄ、３７ｄとは、突出部３５ａ、３６ａ、３７ａが延びる方向にほぼ垂直な方向において、互いに逆方向に延びるように形成されている。これら１２個の突出部は、バイポーラ型電池３の厚み方向側面における異なる位置に形成されている。また、これら１２個の突出部は、バイポーラ型電池３の厚み方向において、互いに重ならないように形成されている。このような構成を有するバイポーラ型電池３においても、バイポーラ型電池１と同様の効果が得られる。
【００８７】
図７に示すバイポーラ型電池４は、バイポーラ型電池１に類似し、対応する部分の図示および説明を省略する。バイポーラ型電池４は、図示しない正極集電体、負極集電体４１、図示しないバイポーラ電極集電体およびシール材１４ｚが２つの楕円形を長手方向に接合した形状を有し、突出部が１８個設けられている以外は、バイポーラ型電池１と同様の構成を有している。
【００８８】
正極集電体は、バイポーラ型電池４の四方に延びる６個の突出部４０ａ〜４０ｆを有している。負極集電体４１は、バイポーラ型電池４の四方に延びる６個の突出部４１ａ〜４１ｆを有している。バイポーラ電極集電体は、バイポーラ型電池４の四方に延びる６個の突出部４２ａ〜４２ｆを有している。
【００８９】
このうち、突出部４０ａ、４１ａ、４２ａおよび突出部４０ｂ、４１ｂ、４２ｂは、バイポーラ型電池４の短手方向（幅方向）の一端部に配置され、突出部４０ｃ、４１ｃ、４２ｃおよび突出部４０ｄ、４１ｄ、４２ｄは、バイポーラ型電池４の短手方向（幅方向）の他端部に配置されており、突出部４０ａ、４１ａ、４２ａおよび突出部４０ｂ、４１ｂ、４２ｂと、突出部４０ｃ、４１ｃ、４２ｃおよび突出部４０ｄ、４１ｄ、４２ｄとは、互いに逆方向に延びている。また、突出部４０ｅ、４１ｅ、４２ｅは、バイポーラ型電池４の長手方向の一端部に配置され、突出部４０ｆ、４１ｆ、４２ｆは、バイポーラ型電池４の長手方向の他端部に配置されており、突出部４０ｅ、４１ｅ、４２ｅと、突出部４０ｆ、４１ｆ、４２ｆとは、互いに逆方向に延びている。このような構成を有するバイポーラ型電池４においても、バイポーラ型電池１と同様の効果が得られる。
【００９０】
図８Ａ〜図１１は、バイポーラ型電池１の組立手順を示す平面図である。なお、図８Ａ〜図１１では、電解質含有セパレータ１３としてポリマー電解質を用いた製造方法を示している。図８Ａ〜図８Ｃは、それぞれ、帯状金属箔に複数の集電体２４、２２、２０を打ち抜く工程を示す平面図である。図８Ａは複数のバイポーラ電極集電体２４を含む帯状金属箔について示している。図８Ｂは複数の負極集電体２２を含む帯状金属箔について示している。図８Ｃは複数の正極集電体２０を含む帯状金属箔について示している。図９Ａ〜図９Ｃは、それぞれ、帯状金属箔に形成された複数の集電体２４、２２、２０に活物質層を形成する工程を示す平面図である。図９Ａはバイポーラ電極１２について示している。図９Ｂは負極１１について示している。図９Ｃは正極１０について示している。
【００９１】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、集電体２４、２２、２０の周縁部にシール材１４を配置する工程を示す平面図である。図１０Ａはバイポーラ電極１２について示している。図１０Ｂは負極１１について示している。図１０Ｃは正極１０について示している。図１１はバイポーラ型電池１の連結体３１を切断する工程を示す縦断面図である。次に、図８Ａ〜図１１に示す各工程について、さらに具体的に説明する。
【００９２】
図８Ａ〜図８Ｃに示す工程では、打ち抜きにより、それぞれ、バイポーラ電極集電体２４が複数並んだ帯状金属箔、負極集電体２２が複数並んだ帯状金属箔、および正極集電体２０が複数並んだ帯状金属箔を作製する。たとえば、図８Ａに示す帯状金属箔では、バイポーラ電極１２のバイポーラ電極集電体２４が、複数並んだ状態で金属箔に連結されている。ここで、突出部は、集電体２４と金属箔とを連結する継ぎ目として機能している。また、前記帯状金属箔において、長手方向に平行な少なくとも一方の辺に沿って位置規制用の穴３０を一定の間隔で設けておくことが好ましい。これにより、次工程以降で位置規制用のピンに挿入して、所定の位置に正確に位置決めを行うことが可能になる。また、バイポーラ電極集電体２４は四隅の角部に面取りを施すことにより、次工程以降で角部が引っ掛かって位置決め精度が低下するのを抑制できる。同様にして、図８Ｂに示す負極集電体２２が複数並んだ帯状金属箔および図８Ｃに示す正極集電体２０が複数並んだ帯状金属箔を作製する。
【００９３】
図９Ａ〜図９Ｃに示す工程では、図８Ａ〜図８Ｃに示す工程で得られた金属箔の位置決めを行い、集電体上に活物質層を形成する。たとえば、図９Ａに示す工程では、バイポーラ電極集電体２４の一方の面上に、正極合剤スラリーをパターン塗布し、乾燥した後、ロールプレスで圧延することにより正極活物質層２５が形成される。正極活物質層２５の厚みは、たとえば、１０μｍである。塗布方法としては、たとえば、スクリーン印刷、スプレー印刷、グラビア印刷、インクジェット印刷などが挙げられる。その後、バイポーラ電極集電体２４の正極活物質層２５を形成した面とは反対側の面に、位置決めした状態で負極活物質層２６をパターン形成する。形成方法としては、抵抗加熱蒸着法、ガスデポジション法などがあげられる。これにより、バイポーラ電極１２が得られる。同様にして、図９Ｂに示す工程では、負極集電体２２の一方の面に負極活物質層２３が形成され、図９Ｃに示す工程では、正極集電体２０の一方の面に、正極活物質層２１が形成される。
【００９４】
図１０Ａ〜図１０Ｃに示す工程では、それぞれ、集電体２４、２２、２０の周縁部に窓枠状のシール材１４を配置し、熱溶着させる。ここで、シール材１４には、たとえば、変性ポリエチレンからなるシール材を使用できる。シール材１４が集電体上に積層される場合、シール材１４は位置決めされる。なお、集電体２０、２２、２４の場合と同様に、予め数箇所の継ぎ目により複数のシール材１４が連結したシートが形成される。前記シートには、集電体２０、２２、２４を形成した金属箔の位置規制用の穴３０と対応する位置に位置規制用の穴３０を形成しておく。
バイポーラ電極集電体２４の場合には、バイポーラ電極集電体２４の両面にシール材１４のシートを位置決めした状態で重ね合わせ、シール材１４の周縁部を窓枠状に加熱することにより、シール材１４をバイポーラ電極集電体２４に溶着させる。正極集電体２０および負極集電体２２の場合には、上記と同様にして、集電体の活物質層が設けられた面のみに、シール材１４を溶着させる。
【００９５】
シール材１４の熱溶着ののち、正極活物質層２１、２５および負極活物質層２３、２６の表面に、ポリマー電解質を形成する。ポリマー電解質は、たとえば、活物質層表面にポリマー電解質溶液を塗布し、溶媒成分を乾燥除去することにより形成できる。このようにすれば、電極と一体となった状態でポリマー電解質膜を取り扱えるので好ましい。こうして、正極集電体２０上には、正極活物質層２１およびポリマー電解質が形成され、負極集電体２２上には、負極活物質層２３およびポリマー電解質が形成される。バイポーラ電極集電体２４の一方の面には、正極活物質層２５およびポリマー電解質が形成され、バイポーラ電極集電体２４の他方の面には、負極活物質層２６およびポリマー電解質が形成される。正極集電体２０、負極集電体２２、およびバイポーラ電極集電体２４の周縁部には、それぞれ、シール材１４が熱溶着されている。
【００９６】
次に、集電体２０の金属箔、集電体２２の金属箔、および集電体２４の金属箔の位置規制用の穴３０にピンを挿入して、これらの金属箔を所定の順番で重ね合わせ、集電体２０、２２、２４の周縁部にそれぞれ設けられたシール材１４を合せる。このように積層した後、得られた積層体を減圧状態で加熱することにより、シール材１４同士およびポリマー電解質同士を熱融着させる。ポリマー電解質同士が融着して電解質含有セパレータ１３が形成される。これにより、正極活物質層２１と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２６とが、さらには、正極活物質層２５と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２３とが、高い密着性を示す。その結果、図１１に示すバイポーラ型電池の連結体３１が得られる。連結体３１においては、複数のバイポーラ型電池１が連結されている。さらに、シール材同士を熱融着させることにより、正極活物質層２１と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２６とからなる発電要素、および正極活物質層２５と電解質含有セパレータ１３と負極活物質層２３とからなる発電要素を、それぞれ密閉することができる。
【００９７】
図１１に示す工程では、連結体３１の１点鎖線で示す継ぎ目を切断することにより、バイポーラ型電池１が得られる。切断方法は特に制限されないが、たとえば、刃などを用いて切断すればよい。本発明では、正極集電体、負極集電体およびバイポーラ電極集電体の突出部が、電池の厚み方向において重なり合わないように構成している。突出部同士の接触部分は短絡の原因になるおそれがあるが、突出部が電池の厚み方向において重なり合わない状態で、継ぎ目を切断することにより、突出部同士ひいては集電体同士が接触することが防止される。また、切断時に発生しやすい切断張りを介して短絡が生じる可能性も回避できる。
【００９８】
上記のように連結体３１を作製し、最終工程で切断によりバイポーラ型電池１を作製すると、フレキシブルでハンドリングが難しい部材を個別に取り扱う必要がなくなる。その結果、生産性が大きく向上する。また、正極、負極およびバイポーラ電極をそれぞれ個別に切り離さずに、複数個が一体化されたシート（金属箔）のままで積層した後に、複数のバイポーラ型電池を別個に切断分離するので、複数の薄型バイポーラ型電池を高能率で製造できる。また、電解質含有セパレータとしてたとえばポリマー電解質を用いるバイポーラ型電池では、正極活物質層と電解質含有セパレータと負極活物質層とが一体化されているため、電気的接続不良が生じる可能性が一層低減できる。
【００９９】
このようにして得られる本発明のバイポーラ型電池を薄型化するとともに、電解質含有セパレータとして固体電解質、特にポリマー電解質を用いると、たとえば、情報通信機器、携帯電子機器、医療機器などの分野での応用が可能になる。たとえば、電池をＩＣチップとともにＩＣカードに組み込み、入退場管理、自動改札などに利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明では、正負極、バイポーラ電極の集電体に少なくとも２個の突出部を設け、突出部がそれぞれ異なる位置で外方に突出している。このため、本発明のパイポーラ型電池は、外部機器との電気的接続性に関する信頼性が高い。さらに、電解質含有セパレータとしてポリマー電解質を用いる場合には、ポリマー電解質の形状自由性という特徴を活かして、薄型でフレキシブルな全固体型バイポーラ型電池を提供できる。
本発明の電池は、たとえば、携帯情報端末、携帯電子機器、医療用機器などの、薄型で信頼性が要求される機器類の電源として好適に使用できる。
【符号の説明】
【０１０１】
１、２、３、４  バイポーラ型電池
１０  正極
１１  負極
１２  バイポーラ電極
１３  電解質含有セパレータ
１４  シール材
２０  正極集電体
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ  突出部
２１、２５  正極活物質層
２２  負極集電体
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ  突出部
２３、２６  負極活物質層
２４  バイポーラ電極集電体
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ  突出部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイポーラ型電池であって、
前記バイポーラ型電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配設されるバイポーラ電極と、電解質含有セパレータとを備え、
前記正極は、正極集電体と前記正極集電体の一面に形成された正極活物質層とを含み、
前記負極は、負極集電体と前記負極集電体の一面に形成された負極活物質層とを含み、
前記バイポーラ電極は、バイポーラ電極集電体と前記バイポーラ電極集電体の一面に形成された正極活物質層と前記バイポーラ電極集電体の他の面に形成された負極活物質層とを含み、
前記正極、前記負極、前記バイポーラ電極に含まれる各正極活物質層と各負極活物質層は、一の正極活物質層と一の負極活物質層とが前記電解質含有セパレータを介して互いに対向するように積層されて形成される電池要素を少なくとも２つ有し、
前記電池要素はその周縁に配置されたシール材により密封されており、
前記正極集電体、前記負極集電体、前記バイポーラ電極集電体のそれぞれには、各集電体の周縁部から突出するように、少なくとも２個の突出部が設けられているバイポーラ型電池。
【請求項２】
前記正極集電体、前記負極集電体、前記バイポーラ電極集電体から突出する突出部は、正極側から上面視したときに互いに重ならないように配置されている請求項１に記載のバイポーラ型電池。
【請求項３】
前記電解質含有セパレータが固体電解質である請求項１に記載のバイポーラ型電池。
【請求項４】
前記電解質含有セパレータが液体電解質を含浸させた多孔質基材である請求項１に記載のバイポーラ型電池。
【請求項５】
少なくとも２個の前記バイポーラ電極を備える請求項１に記載のバイポーラ型電池。
【請求項６】
前記正極、前記負極、および前記パイポーラ電極の積層方向に垂直であり、かつ互い異なる４つの方向の各方向に、少なくとも１個の突出部が突出しており、前記４つの方向のうち、時計周りの方向に隣接する２つの方向が、互いに直交している、請求項１に記載のバイポーラ型電池。
【請求項７】
前記突出部の少なくとも一部がシール材で被覆されている請求項１に記載のバイポーラ型電池。
【請求項８】
前記突出部が、面取りが施されている少なくとも１つの角部をその先端部に有する請求項１に記載のバイポーラ型電池。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010010717.tif 000024
【図２Ａ】
2010010717.tif 000025
【図２Ｂ】
2010010717.tif 000026
【図２Ｃ】
2010010717.tif 000027
【図３】
2010010717.tif 000028
【図４Ａ】
2010010717.tif 000029
【図４Ｂ】
2010010717.tif 000030
【図４Ｃ】
2010010717.tif 000031
【図５】
2010010717.tif 000032
【図６】
2010010717.tif 000033
【図７】
2010010717.tif 000034
【図８Ａ】
2010010717.tif 000035
【図８Ｂ】
2010010717.tif 000036
【図８Ｃ】
2010010717.tif 000037
【図９Ａ】
2010010717.tif 000038
【図９Ｂ】
2010010717.tif 000039
【図９Ｃ】
2010010717.tif 000040
【図１０Ａ】
2010010717.tif 000041
【図１０Ｂ】
2010010717.tif 000042
【図１０Ｃ】
2010010717.tif 000043
【図１１】
2010010717.tif 000044
【国際調査報告】
2010010717.tif 000045
2010010717.tif 000046
2010010717.tif 000047
2010010717.tif 000048