(57)【要約】  本発明によれば、第１の樹脂を基材とする、導電性を有する樹脂層を含む集電体と、集電体の一方の面に形成された正極活物質層と、集電体の他方の面に形成された負極活物質層とを有する第１及び第２の双極型電極と、第１及び第２の双極型電極の間に配置され、第２の樹脂を基材とし、電解質を保持して電解質層を形成するセパレータと、を備え、第１の双極型電極の正極活物質層と、電解質層と、第２の双極型電極の負極活物質層から構成される単電池層が設けられた、発電要素を含み、第１の樹脂の融点が、第２の樹脂の融点以下であり、第１及び第２の双極型電極の集電体の周縁部とセパレータの周縁部とが融着されて、単電池層の外周部を封止する、双極型二次電池が提供される。
2010100979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の樹脂を基材とする、導電性を有する樹脂層を含む集電体と、集電体の一方の面に形成された正極活物質層と、集電体の他方の面に形成された負極活物質層とをそれぞれ有する第１及び第２の双極型電極と、第１及び第２の双極型電極の間に配置され、第２の樹脂を基材とし、電解質を内部に保持して電解質層を形成するセパレータと、を備え、第１の双極型電極の正極活物質層と、電解質層と、第２の双極型電極の負極活物質層から構成される単電池層が設けられた、発電要素を含み、第１の樹脂の融点が、第２の樹脂の融点以下であり、第１及び第２の双極型電極の集電体の周縁部とセパレータの周縁部とが融着されて、単電池層の外周部を封止する、双極型二次電池。
【請求項２】
前記第１の樹脂が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含み、前記第２の樹脂が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデンからなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１に記載の双極型二次電池。
【請求項３】
前記第２の樹脂層が、熱硬化性樹脂である、請求項１に記載の双極型二次池。
【請求項４】
前記導電性を有する樹脂層が、導電性フィラーを含み、前記導電性フィラーの粒子径が、前記セパレータの孔径よりも大きい、請求項１に記載の双極型二次電池。
【請求項５】
リチウムイオン二次電池である、請求項１に記載の双極型二次電池。
【請求項６】
第１の樹脂を基材とする、導電性を有する樹脂層を含む集電体と、集電体の一方の面に形成された正極活物質層と、集電体の他方の面に形成された負極活物質層とをそれぞれ有する第１及び第２の双極型電極と、第１及び第２の双極型電極の間に配置され、第２の樹脂を基材とし、電解質を内部に保持して電解質層を形成するセパレータと、を備え、第１の双極型電極の正極活物質層と、電解質層と、第２の双極型電極の負極活物質層から構成される単電池層が設けられた、発電要素を含み、第１及び第２の双極型電極の集電体の周縁部における第１の樹脂と、セパレータの周縁部における第２の樹脂とが分子間力で結合されて、単電池層の外周部を封止する、双極型二次電池。
【請求項７】
第１の樹脂の融点が、第２の樹脂の融点以下である、請求項６に記載の双極型二次電池。
【請求項８】
導電性を有する樹脂層を含む集電体と、集電体の一方の面に形成された正極活物質層と、集電体の他方の面に形成された負極活物質層とを有する第１及び第２の双極型電極を準備する工程と、樹脂を基材として含むセパレータを準備する工程と、セパレータを介して、第１の双極型電極の正極活物質層と、第２の双極型電極の負極活物質層とが対向するように積層する工程と、セパレータの内部に電解質を注入して、電解質層を形成する工程と、第１の双極型電極の正極活物質層と、電解質層と、第２の双極型電極の負極活物質層から構成される単電池層の外周部を加熱プレスして、第１及び第２の双極型電極の集電体の周縁部とセパレータの周縁部とを融着する工程と、を含む、双極型二次電池の製造方法。
【請求項９】
単電池層の外周部の一辺を除く残りの全ての辺を加熱プレスして、第１及び第２の双極型電極の集電体の周縁部とセパレータの周縁部の対応部分を融着する、請求項８に記載の双極型二次電池の製造方法。
【請求項１０】
セパレータに電解質を注入した後で、前記単電池層の外周部の一辺を加熱プレスして、第１及び第２の双極型電極の集電体の周縁部とセパレータの周縁部の残りの部分を融着する、請求項９に記載の双極型二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単電池層からの電解液漏れを防ぐために設けられた封止部分が優れたシール耐久性を有する双極型二次電池、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境や燃費の観点から、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）、さらには燃料電池自動車が製造・販売され、新たな開発が続けられている。これらのいわゆる電動車両においては、放電・充電ができる電源装置の活用が不可欠である。この電源装置としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等が利用される。特に、リチウムイオン二次電池はそのエネルギー密度の高さや繰り返し充放電に対する耐久性の高さから、電動車両に好適と考えられ、各種の開発が鋭意進められている。但し、各種自動車のモータ駆動用電源に適用するためには、大出力を確保するために、複数の二次電池を直列に接続して用いる必要がある。【０００３】
しかしながら、接続部を介して電池を接続した場合、接続部の電気抵抗によって出力が低下してしまう。また、接続部を有する電池は空間的にも不利益を有する。即ち、接続部によって、電池の出力密度やエネルギー密度の低下がもたらされる。【０００４】
この問題を解決するものとして、双極型リチウムイオン二次電池等の双極型二次電池が開発されている。双極型二次電池は、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た双極型電極が、電解質層やセパレータを介して複数積層された発電要素を有する。換言すると、正極活物質層、電解質層、及び負極活物質層が一つの単電池層を形成し、該単電池層が集電体を介して複数積層した構造となっている。【０００５】
双極型二次電池に液体電解質や高分子ゲル電解質などの電解液を含む電解質を用いる場合、単電池層から電解液が外部に漏れ、他の単電池層の電解液と接触し、液絡を起こすという問題が生じうる。そのため、例えば、特許文献１では、双極型二次電池の単電池層の外周部を包囲するように、フッ素樹脂ゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム等の高分子材料からなるシール部材を配置し、単電池層を封止することにより液絡を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２３２００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
双極型二次電池において、集電体は、電池の単位質量当たりの出力密度向上の観点から、より軽量な材料からなることが望ましい。そこで、近年、従来の金属箔に代わって、導電性フィラーが添加された樹脂または導電性高分子材料から構成される集電体が提案されている。【０００８】
樹脂を基材とした集電体を用いた場合においても、上述のシール部材を設けるというような単電池層を封止するための封止手段が必須である。しかしながら、集電体とシール部材とを熱融着させても、集電体表面とシール部材表面とが接する部分に界面が残存してしまう。接着面において界面が存在すると、充放電を繰り返すうちに接着面が剥がれ易くなるため、所望のシール耐久性が得られないという問題点を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、シール耐久性に優れた単電池層の封止手段を有する双極型二次電池を提供することを目的とする。【００１０】
本発明者らは、上記の問題を解決すべく、鋭意研究を行った。その過程で、単電池層を封止するためにシール部材を別途設けるという従来の発想を転換し、集電体同士を接着することによりシール部を形成することを着想した。そして、対向する２つの集電体と、該集電体の間に設けられるセパレータとを熱融着により接着することにより、従来のシール部材を設ける場合よりも顕著に優れたシール耐久性が達成できることを見出し、本発明を完成させた。【００１１】
即ち、本発明の双極型二次電池は、第１の樹脂を基材とする、導電性を有する樹脂層を含む集電体と、集電体の一方の面に形成された正極活物質層と、集電体の他方の面に形成された負極活物質層とをそれぞれ有する第１及び第２の双極型電極と、第１及び第２の双極型電極の間に配置され、第２の樹脂を基材とし、電解質を内部に保持して電解質層を形成するセパレータと、を備え、第１の双極型電極の正極活物質層と、電解質層と、第２の双極型電極の負極活物質層から構成される単電池層が設けられた、発電要素を含み、第１の樹脂の融点が、第２の樹脂の融点以下であり、第１及び第２の双極型電極の集電体の周縁部とセパレータの周縁部とが融着されて、単電池層の外周部を封止することを特徴とする。【００１２】
また、本発明の双極型二次電池は、第１の樹脂を基材とする、導電性を有する樹脂層を含む集電体と、集電体の一方の面に形成された正極活物質層と、集電体の他方の面に形成された負極活物質層とをそれぞれ有する第１及び第２の双極型電極と、第１及び第２の双極型電極の間に配置され、第２の樹脂を基材とし、電解質を内部に保持して電解質層を形成するセパレータと、を備え、第１の双極型電極の正極活物質層と、電解質層と、第２の双極型電極の負極活物質層から構成される単電池層が設けられた、発電要素を含み、第１及び第２の双極型電極の集電体の周縁部における第１の樹脂と、セパレータの周縁部における第２の樹脂とが分子間力で結合されて、単電池層の外周部を封止することを特徴とする。【００１３】
さらに、本発明の双極型二次電池の製造方法は、導電性を有する樹脂層を含む集電体と、集電体の一方の面に形成された正極活物質層と、集電体の他方の面に形成された負極活物質層とを有する第１及び第２の双極型電極を準備する工程と、樹脂を基材として含むセパレータを準備する工程と、セパレータを介して、第１の双極型電極の正極活物質層と、第２の双極型電極の負極活物質層とが対向するように積層する工程と、セパレータの内部に電解質を注入して、電解質層を形成する工程と、第１の双極型電極の正極活物質層と、電解質層と、第２の双極型電極の負極活物質層から構成される単電池層の外周部を加熱プレスして、第１及び第２の双極型電極の集電体の周縁部とセパレータの周縁部とを融着する工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る双極型二次電池の断面概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る双極型二次電池の単電池層の封止手段の断面外略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る組電池の平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る組電池の正面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る組電池の側面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る組電池を搭載した車両の模式図である。
【図７】実施例１の双極型二次電池における熱融着部の断面の電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の実施形態のみに制限されない。尚、図面の説明において同一の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、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１６】
［双極型二次電池］
図１は、本発明の実施形態に係る双極型二次電池１０の全体構造を示す断面概略図である。図２は、双極型二次電池１０の部分拡大断面図である。双極型二次電池１０は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素２１が、電池外装材であるラミネートフィルム２９の内部に封止された構造を有する。
【００１７】
発電要素２１は、集電体１１と、集電体１１の一方の面に電気的に結合した正極活物質層１３と、集電体１１の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層１５からなる複数の双極型電極２３と、面方向中央部に電解質を保持して電解質層１７を形成する複数のセパレータ３２とを有する。本実施形態では、集電体１１は、第１の樹脂を基材とする、導電性を有する樹脂層を含み、セパレータ３２は、第２の樹脂を基材とする。（詳細は後述する。）
【００１８】
双極型電極２３及びセパレータ３２は、一の双極型電極２３の正極活物質層１３と前記一の双極型電極２３に隣接する他の双極型電極２３の負極活物質層１５とが電解質層１７を介して向き合うように、交互に積層されている。即ち、一の双極型電極２３の正極活物質層１３と前記一の双極型電極２３に隣接する他の双極型電極２３の負極活物質層１５との間に電解質層１７が挟まれて配置されている。これらの隣接する正極活物質層１３、電解質層１７、及び負極活物質層１５は、一つの単電池層１９を構成する。従って、双極型二次電池１０は、単電池層１９が積層されてなる構成を有するとも言える。尚、発電要素２１の最外層に位置する正極側の最外層集電体１１ａには、片面のみに正極活物質層１３が形成されている。また、発電要素２１の最外層に位置する負極側の最外層集電体１１ｂには、片面のみに負極活物質層１５が形成されている。但し、正極側の最外層集電体１１ａの両面に正極活物質層１３が形成されてもよく、負極側の最外層集電体１１ｂの両面に負極活物質層１５が形成されてもよい。
【００１９】
双極型二次電池１０では、正極側の最外層集電体１１ａに隣接するように正極集電板２５が配置され、これが延長されてラミネートフィルム２９から導出している。一方、負極側の最外層集電体１１ｂに隣接するように負極集電板２７が配置され、同様にこれが延長されてラミネートフィルム２９から導出している。
【００２０】
尚、単電池層１９の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。双極型二次電池１０では、電池１０の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層１９の積層回数を少なくしてもよい。双極型二次電池１０でも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素２１をラミネートフィルム２９に減圧封入し、正極集電板２５及び負極集電板２７をラミネートフィルム２９の外部に取り出した構造とするのがよい。
【００２１】
図２に示すように、本実施形態では、隣接する２つの双極型電極２３の集電体１１の周縁部が、セパレータ３２の周縁部と熱融着により接着されて、単電池層１９の外周部３１を封止している。この封止部分では、熱融着の際に溶融した集電体１１の基材である第１の樹脂がセパレータ３２の孔部３３に入り込み、硬化して、アンカー効果が発現している。熱融着により、集電体１１の第１の樹脂を形成する分子と、セパレータ３２の第２の樹脂を形成する分子とが分子間力で結合することで、集電体１１の周縁部とセパレータ３２の周縁部の間には界面がされていない。そのため、集電体１１とセパレータ３２との接着性が強まり、優れたシール耐久性を発揮することができる。このような単電池層１９の封止手段により、単電池層１９から電解液が漏れ出て、他の単電池層１９の電解液と接触する液絡を防止することができる。また、電池１０の内部で隣り合う集電体１１同士が接触したり、発電要素２１における単電池層１９の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止することもできる。よって、本実施形態の封止手段によって、長期間の信頼性及び安全性が確保され、高品質の双極型二次電池１０が提供されうる。
【００２２】
尚、本実施形態において、双極型二次電池１０は、略矩形の積層型（扁平型）電池として構成したが、双極型二次電池１０の構造は特に制限されず、巻回型（円筒型）電池など、他の従来公知の構造にも適用されうる。また、双極型二次電池１０の形態も特に制限されず、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、カリウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素電池などとして構成されうる。双極型二次電池１０は、セル（単電池層１９）の電圧を大きくし、高エネルギー密度、高出力密度が達成できるという点から、リチウムイオン二次電池であることが好ましい。
【００２３】
以下、双極型二次電池１０の主な構成要素について詳細に説明する。
【００２４】
［双極型電極］
双極型電極２３は、集電体１１と、集電体１１の一方の面に形成された正極活物質層１３と、集電体１１の他方の面に負極活物質層１５とを有する。
【００２５】
（集電体）
集電体１１は、正極活物質層１３と接する一方の面から、負極活物質層１５と接する他方の面へと電子の移動を媒介する機能を有する。本実施形態の集電体１１は、少なくとも１つの導電性を有する樹脂層を含み、必要に応じてその他の層をさらに含みうる。集電体１１において、導電性を有する樹脂層は、必須の構成要素であり、電子移動媒体としての機能を果たす他、集電体の軽量化に寄与しうる。該樹脂層は、第１の樹脂からなる基材と、必要に応じて導電性フィラー等のその他の部材を含みうる。
【００２６】
基材に使用される第１の樹脂は、特に制限はなく、従来公知の非導電性高分子材料または導電性高分子材料を制限なく使用することができる。好ましい非導電性高分子材料としては、例えば、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）などが挙げられる。このような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。この他にも、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、及びアルキド樹脂などの熱硬化性樹脂を使用することもできる。また、好ましい導電性高分子材料としては、例えば、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、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。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を有するため、製造工程の容易化や集電体の軽量化の点において有利である。これらの非導電性高分子材料又は導電性高分子材料は、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて混合物として使用しても構わない。
【００２７】
これらの高分子材料のうち、集電体１１とセパレータ３２との融着を容易にする観点からは、熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。熱可塑性樹脂は、熱により簡単に溶融するので、ホットプレスなどによって単電池層１９の封止が容易に行うことができる。
【００２８】
樹脂層の導電性を確保するために、基材には必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、第１の樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、第１の樹脂に導電性を付与するために導電性フィラーが必須となる。導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性に優れ、双極型二次電池１０がリチウムイオン二次電池である場合は高いリチウムイオン遮断性を有する材料として、金属及び導電性カーボンなどが挙げられる。
【００２９】
金属としては、特に制限はないが、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、もしくはこれらの金属を含む合金又は金属酸化物を含むことが好ましい。これらの金属は、集電体表面に形成される正極または負極の電位に対して耐性を有する。これらのうち、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、及びＣｒからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む合金であることがより好ましい。
【００３０】
合金としては、具体的には、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、インコネル（登録商標）、ハステロイ（登録商標）、およびその他Ｆｅ−Ｃｒ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金等が挙げられる。これらの合金を用いることにより、より高い耐電位性が得られうる。
【００３１】
導電性カーボンとしては、特に制限はないが、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、及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。これらの導電性カーボンは、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、優れた導電性を有する。尚、これらの金属及び導電性カーボンなどの導電性フィラーは、１種を単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００３２】
導電性フィラーの形状は、特に制限はなく、粒状、繊維状、板状、塊状、布状、及びメッシュ状などの公知の形状を適宜選択することができる。例えば、樹脂に対して広範囲に亘って導電性を付与したい場合は、粒状の導電性フィラーを使用することが好ましい。一方、樹脂において特定方向への導電性をより向上させたい場合は、繊維状等の形状に一定の方向性を有するような導電性フィラーを使用することが好ましい。
【００３３】
導電性フィラーの大きさは、特に制限はなく、樹脂層の大きさや厚さ、又は導電性フィラーの形状によって、様々な大きさのフィラーを使用することができる。一例として、導電性フィラーが粒状の場合の平均粒子径は、樹脂層の成形を容易にする観点から、０．１〜１０μｍ程度であることが好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電性フィラー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。
【００３４】
樹脂層に含まれる導電性フィラーの含有量も特に制限はない。特に、樹脂が導電性高分子材料を含み、十分な導電性が確保できる場合は、導電性フィラーを必ずしも添加する必要はない。しかしながら、樹脂が非導電性高分子材料のみからなる場合は、導電性を付与するために導電性フィラーの添加が必須となる。この際の導電性フィラーの含有量は、非導電性高分子材料の全質量に対して、好ましくは５〜３５質量％であり、より好ましくは５〜２５質量％であり、さらに好ましくは５〜１５質量％である。かような量の導電性フィラーを樹脂に添加することにより、樹脂層の質量増加を抑制しつつ、非導電性高分子材料にも十分な導電性を付与することができる。
【００３５】
樹脂層中の導電性フィラーの分散の形態は特に制限はなく、基材である樹脂中に均一に分散されている形態であってもよいし、部分的に局在して分散されていても勿論よい。樹脂層全体に亘って均一に導電性を付与したい場合は、導電性フィラーは樹脂全体に均一に分散されていることが好ましい。また、本実施形態では、集電体１１の周縁部とセパレータ３２の周縁部とを融着することによって単電池層１９の外周部３１を封止しているため、封止部分となる集電体１１の周縁部に導電性フィラーを添加せずに、活物質層１３、１５が形成される部分にのみ導電性フィラーを添加することも効果的である。このような構成により、封止部分における集電体１１同士の短絡を防止することができ、また、封止部分のシール耐久性がより強まる。
【００３６】
導電性を有する樹脂層の１層分の厚さは、１〜２００μｍであることが好ましく、１０〜１００μｍであることがより好ましく、１０〜５０μｍであることがさらに好ましい。樹脂層の厚さがかような範囲にあると、厚み方向の抵抗を充分低く抑えることができる。そのため集電体１１の導電性を確保した上で、軽量化による電池１０の出力密度を高めることができる。さらに、液絡低減による電池１０寿命特性向上や耐振動性向上を図ることができる。
【００３７】
集電体１１の形態は、導電性を有する樹脂層を含むものであれば、特に制限はなく、様々な形態を取りうる。例えば、樹脂層のほかに、必要に応じてその他の層を含む積層体であってもよい。樹脂層以外のその他の層としては、金属層または接着層などが挙げられるが、これらに制限されるものではない。但し、本実施形態においては、導電性を有する樹脂層が集電体１１の表面に存在することが必須であることはいうまでもない。
【００３８】
集電体の厚さは、軽量化により電池の出力密度を高める上では、薄い方が好ましい。双極型二次電池１０においては、双極型電極２３の正極活物質層１３と負極活物質層１５の間に存在する集電体１１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１１の厚さを薄くすることが可能である。具体的には、集電体１１の厚さは、１〜２００μｍであることが好ましく、５〜１５０μｍであることがより好ましく、１０〜１００μｍであることがさらに好ましい。集電体１１の厚さがかような範囲にあると、出力特性及び長期信頼性に優れた電池１０を構築することできる。
【００３９】
（正極活物質層）
正極活物質層１３は正極活物質を含む。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を有する。好ましい正極活物質としては、双極型二次電池１０がリチウムイオン二次電池である場合、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系複合酸化物及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が使用できる。これらリチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル特性に優れ、低コストな材料である。そのためこれらの材料を電極２３の正極活物質として用いることにより、出力特性に優れた電池１０を形成することが可能である。この他、正極活物質としては、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、を用いることもできる。上記正極活物質は、単独で使用されてもあるいは２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
【００４０】
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。正極活物質の平均粒子径がこのような範囲であれば、高出力条件下での充放電時における電池１０の内部抵抗の増大が抑制され、二次電池１０から充分な電流を取り出しうる。尚、正極活物質が２次粒子である場合には該２次粒子を構成する１次粒子の平均粒子径が１０ｎｍ〜１μｍの範囲であるのが望ましいといえるが、本実施形態では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。但し、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良いことはいうまでもない。かかる正極活物質の粒径及び１次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径使用できる。尚、正極活物質の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状（粉末状）、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ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のが望ましい。
【００４１】
（負極活物質層）
負極活物質層１５は負極活物質を含む。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を有する。負極活物質は、双極型二次電池１０がリチウムイオン二次電池である場合、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。好ましい負極活物質としては、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挙げられる。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１０を得ることが可能となる。上記負極活物質は、単独で使用されてもあるいは２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
【００４２】
リチウムと合金化する元素としては、以下に制限されることはないが、具体的には、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等が挙げられる。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１０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良いし、２種以上を併用してもよい。
【００４３】
負極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、負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。負極活物質の平均粒子径がこのような範囲であれば、高出力条件下での充放電時における電池１０の内部抵抗の増大が抑制され、二次電池１０から充分な電流を取り出しうる。尚、負極活物質が２次粒子である場合には該２次粒子を構成する１次粒子の平均粒子径が１０ｎｍ〜１μｍの範囲であるのが望ましいといえるが、本形態では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。但し、製造方法にもよるが、負極活物質が凝集、塊状などにより２次粒子化したものでなくても良いことはいうまでもない。かかる負極活物質の粒径及び１次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径使用できる。なお、負極活物質の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状（粉末状）、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ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のが望ましい。
【００４４】
活物質層１３、１５には、必要であれば、その他の物質が含まれてもよい。例えば、導電助剤、バインダ等が含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には該ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれてもよい。
【００４５】
導電助剤とは、活物質層１３、１５の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。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、ケッチェンブラック、グラファイト等のカーボン粉末や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ；登録商標）等の種々の炭素繊維、膨張黒鉛などが挙げられる。しかし、導電助剤がこれらに限定されないことはいうまでもない。
【００４６】
バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリイミド、ＰＴＦＥ、ＳＢＲ、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。しかし、バインダがこれらに限定されないことはいうまでもない。また、バインダとゲル電解質として用いるマトリックスポリマーとが同じ場合にはバインダを使用する必要はない。
【００４７】
活物質層１３、１５に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。活物質層１３、１５の厚さについても特に制限はなく、二次電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、活物質層１３、１５の厚さは、好ましくは１０〜１００μｍ程度であり、より好ましくは２０〜５０μｍである。活物質層１３、１５が１０μｍ程度以上であれば、電池容量が充分に確保されうる。一方、活物質層１３、１５が１００μｍ程度以下であれば、電極深部（集電体側）にリチウムイオンが拡散しにくくなることに伴う内部抵抗の増大という問題の発生が抑制されうる。
【００４８】
集電体１１の表面上への活物質層１３、１５の形成方法は、特に制限されず、公知の方法が同様にして使用できる。
【００４９】
例えば、上記したように、活物質、ならびに必要であれば、イオン伝導性を高めるための電解質塩、電子伝導性を高めるための導電助剤、及びバインダを、適当な溶剤に分散、溶解などして、活物質スラリーを調製する。溶剤としては、特に制限されないが、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、シクロヘキサン、ヘキサンなどが用いられうる。バインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を採用する場合には、ＮＭＰを溶媒として用いるとよい。この活物質スラリーを集電体１１上に塗布、乾燥して溶剤を除去した後、プレスすることによって、活物質層１３、１５が集電体１１上に形成される。この際、プレス条件を調節することにより、活物質層１３、１５の空隙率が制御されうる。
【００５０】
プレス処理の具体的な手段やプレス条件は特に制限されず、プレス処理後の活物質層１３、１５の空隙率が所望の値となるように、適宜選択しうる。プレス処理の具体的な形態としては、例えば、ホットプレス機やカレンダーロールプレス機などが挙げられる。また、プレス条件（温度、圧力など）も特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。
【００５１】
［電解質層］
電解質層１７は、電極間でリチウムイオンの移動する際の媒体としての機能を有する。本実施形態において、電解質層１７を構成する電解質は、電解液として溶媒を含むものであれば特に制限はなく、従来公知の液体電解質および高分子ゲル電解質を適宜採用することができる。双極型二次電池１０がリチウムイオン二次電池である場合、下記の液体電解質や高分子ゲル電解質が好適に用いられる。
【００５２】
液体電解質は、溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解したものである。溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、プロピオン酸メチル（ＭＰ）、酢酸メチル（ＭＡ）、ギ酸メチル（ＭＦ）、４−メチルジオキソラン（４ＭｅＤＯＬ）、ジオキソラン（ＤＯＬ）、２−メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、およびγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）などが挙げられる。これらの溶媒は、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせた混合物として使用してもよい。
【００５３】
支持塩（リチウム塩）としては、特に制限はないが、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＴａＦ6、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、Ｌｉ2Ｂ10Ｃｌ10、ＬｉＩ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ、ＬｉＡｌＣｌ、ＬｉＨＦ2、ＬｉＳＣＮ等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ、ＬｉＢＯＢ（リチウムビスオキサイドボレート）、ＬｉＢＥＴＩ（リチウムビス（パーフルオロエチレンスルホニルイミド）；Ｌｉ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2Ｎとも記載）等の有機酸陰イオン塩などが挙げられる。これらの電解質塩は、単独で使用されてもあるいは２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
【００５４】
一方、高分子ゲル電解質は、リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー（ＰＰＯ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリル酸エステル、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）、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）などが挙げられる。また、上記のポリマー等の混合物、変成体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体なども使用できる。これらのうち、ＰＥＯ、ＰＰＯおよびそれらの共重合体、ＰＶｄＦ、ＰＶｄＦ−ＨＦＰを用いることが望ましい。かようなマトリックスポリマーには、リチウム塩等の電解質塩がよく溶解しうる。また、マトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発揮しうる。
【００５５】
［セパレータ］
セパレータ３２は、電解質を保持するために設けられる部材であり、基材として第２の樹脂を含む。特に、本実施形態においては、集電体１１とセパレータ３２とを融着することにより単電池層１９を封止する封止手段を形成するため、セパレータ３２は必須の構成要素である。セパレータ３２の基材となる第２の樹脂は、集電体１１同士を絶縁するため、非導電性高分子材料であることが必要である。第２の樹脂として使用される非導電性高分子材料は、集電体１１の基材として使用される第１の樹脂で説明した非導電性高分子材料と同様のものを制限なく使用することができる。
【００５６】
セパレータ３２の形態は特に制限はなく、微細な孔を多数有する多孔質膜（多孔質フィルム）や、不織布、またはこれらの積層体でありうる。他に、ポリオレフィン系樹脂不織布またはポリオレフィン系樹脂多孔膜を補強材層に用い、前記補強材層中にフッ化ビニリデン樹脂化合物を充填した複合樹脂膜なども挙げられる。
【００５７】
本実施形態においては、集電体１１の基材である第１の樹脂の融点が、セパレータ３２の基材である第２の樹脂の融点以下であることが必須である。この条件を満たすことにより、集電体１１とセパレータ３２とを熱融着する際に、セパレータ３２表面に存在する微細な孔３３に集電体１１の基材である第１の樹脂が入り込んで、そのまま硬化することにより接着される。即ち、セパレータ３２の孔３３中に集電体１１の樹脂の一部が埋め込まれることによって、アンカー効果が発現し、顕著な接着力が発現されるのである。さらに、第１の樹脂の融点は、第２の樹脂の融点よりも２０℃以上低いことが好ましく、５０℃以上低いことがより好ましい。
【００５８】
第１の樹脂と第２の樹脂との好ましい組み合わせは、以下の通りである。第１の樹脂としては、ポリエチレン（融点１１０〜１３０℃）、およびポリプロピレン（融点１６０〜１７０℃）等のポリオレフィ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。第２の樹脂としては、ポリエチレン（融点１１０〜１３０℃）、およびポリプロピレン（融点１６０〜１７０℃）等のポリオレフィン；ポリエチレンテレフタレート（融点２５０〜２６０℃）、およびポリエーテルニトリル（融点２６９℃）などのポリエステル；熱可塑性ポリイミド（３８０℃）、ポリアミド（１７６〜２７５℃）、ならびにポリフッ化ビニリデン（１３４〜１６９℃）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。第１の樹脂および第２の樹脂を、これらの樹脂から選択することによって、シール信頼性をより高めることができる。
【００５９】
また、第１の樹脂の融点を第２の樹脂の融点以下とすることから、第２の樹脂として、熱によって溶融しない、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、およびアルキド樹脂などの熱硬化性樹脂を使用することも好ましい。第２の樹脂として熱硬化性樹脂を使用することにより、ホットプレス処理などによっても第２の樹脂が溶融せず２つの集電体間１１での絶縁性を確保することができるからである。
【００６０】
本実施形態の封止手段では、従来の封止手段で使用していたシール部材を使用せず、集電体１１とセパレータ３２とを融着することにより単電池層１９を封止する封止部分を形成する点が特徴である。集電体１１の樹脂は一度溶融してセパレータ３２の孔３３に入り込むが、粘度はきわめて高く完全に孔３３の内部に入り込むことはない。例えば、セパレータ３２として微多孔膜セパレータを用いた場合、微多孔膜セパレータには縦方向の貫通孔が空いているが面方向に空隙のパスはないため、シール漏れを防ぐことは可能である。
【００６１】
また、従来のシール部材は、集電体同士や、集電体とセパレータとを接着させるための役割の他にも、集電体同士を短絡させないための絶縁層としての役割も担っていた。当然のことながら、本実施形態の封止手段においても、２つの集電体１１同士の短絡を防止することが可能である。上述のように、溶融した集電体１１の樹脂の粘度が高いため、セパレータ３２の孔３３の中に完全に入り込んで、孔３３の内部で集電体１１同士が短絡するということは、通常はない。しかしながら、より厳密に短絡を防止するための手段としては、以下の方法が挙げられる。
【００６２】
短絡防止の第１の方法としては、集電体１１とセパレータ３２とを融着する際の条件を適宜調整することである。より具体的には、ホットプレス処理の温度や、圧力、時間を調節し、集電体どうしが、セパレータ３２の孔３３内で接触しないようにすることである。本実施形態においては、セパレータ３２の孔３３に少しでも集電体１１の樹脂が入り込んでいれば十分にアンカー効果が発現し、所望のシール耐久性が得られるので、過度なホットプレス条件は好ましくない。条件は、各部材の厚さや積層回数にもよるので、一概にはいえないが、例えば、集電体１１およびセパレータ３２の基材としてポリエチレンを使用した場合においては、圧力；０．１〜０．５ＭＰａ、温度；１３０〜１８０℃、時間；３〜２０秒程度が好ましい。
【００６３】
短絡防止の第２の方法としては、集電体１１に含まれる、導電性を有する樹脂層に導電性フィラーが添加される場合において、導電性フィラーを該樹脂層の封止部分に添加しないようにすることである。
【００６４】
短絡防止の第３の方法としては、集電体１１に含まれる導電性を有する樹脂層に導電性フィラーが添加される場合において、導電性フィラーの粒子径をセパレータ３２の孔径よりも大きくすることである。一般的なセパレータの孔径は、１００〜１０００ｎｍ程度であるので、導電性フィラーの平均粒子径を５００〜５０００ｎｍ程度に設定することが好ましい。
【００６５】
以上、本実施形態の封止手段における集電体１１間の短絡防止の方法について示したが、集電体１１間の短絡防止方法は上記実施形態に制限されず、適宜変更、省略、及び追加等することできることはいうまでもない。
【００６６】
［電池外装材］
本実施形態では、電池外装材として、高出力化や冷却性能に優れ、ＥＶ、ＨＥＶ用等の大型機器用電池に好適に利用することができるラミネートフィルム２９が好適に用いられる。ラミネートフィルム２９としては、アルミニウムを含むラミネートフィルム、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる３層構造のラミネートフィルム等が挙げられ、発電要素２１を覆うことができる袋状のケースに形成するができるが、これらに何ら制限されるものではない。或いは、電池外装材として、従来公知の金属缶ケースを用いてもよい。
【００６７】
［双極型二次電池の製造方法］
双極型二次電池１０の製造方法は、特に限定されない。例えば、双極型電極２３及びセパレータ３２をそれぞれ準備する工程と、セパレータ３２を介して、一の双極型電極２３の正極活物質層１３と前記一の双極型電極２３に隣接する他の双極型電極２３の負極活物質層１５とが対向するように積層する工程と、セパレータ３２に電解質を注入して、電解質層１７を形成する工程と、得られた単電池層１９（発電要素２１）の外周部を加熱プレスして、集電体１１の周縁部とセパレータ３２の周縁部とを融着する工程により、双極型二次電池１０は製造される。この際、製造の効率化を図るため、単電池層１９（発電要素２１）の外周部の三辺（一辺を除く残りの全ての辺）を加熱プレスして、集電体１１の周縁部とセパレータ３２の周縁部の対応部分を融着し、セパレータ３２に電解質を注入した後で、単電池層１９（発電要素２１）の外周部の一辺を加熱プレスして、集電体１１の周縁部とセパレータ３２の周縁部の残りの部分を融着することができる。
【００６８】
［組電池］
本実施形態の双極型二次電池１０を直列及び／又は並列に電気的に接続することにより組電池を構成することができる。組電池の容量及び電圧は二次電池１０を直列及び／又は並列に接続することで自由に調節することできる。
【００６９】
図３、図４、図５は、組電池の一例の外観を示す平面図、正面図、側面図である。図３、図４、図５に示すように、複数の双極型二次電池１０を直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池２５０を形成し、この組電池２５０をさらに複数、直列にまたは並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池３００を形成している。組電池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、この組電池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１０を接続して組電池２５０を作製するか、また、何段の組電池２５０を積層して組電池３００を作製するかは、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。
【００７０】
［車両］
本実施形態の双極型二次電池１０又はこれらを複数個を組み合わせてなる組電池は、車両に好適に搭載することができる。本実施形態の双極型二次電池１０は、長期信頼性及び出力特性に優れ、高寿命を実現できることから、こうした電池１０を搭載するとＥＶ走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。言い換えれば、本実施形態の双極型二次電池１０又はこれらを複数個組み合わせてなる組電池は、車両の駆動用電源として好適に用いられ、車両、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車（いずれも四輪車（乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など）の他、二輪車（バイク）や三輪車を含む）に用いることにより、高寿命で信頼性の高い自動車を提供することができる。但し、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、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。
【００７１】
図６は、図３、図４、図５の組電池３００を搭載した車両の一例として電気自動車４００を示す概念図である。図６に示すように、組電池３００は、電気自動車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。尚、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よいし、車両前方のエンジンルームでも良い。このような組電池３００を用いた電気自動車４００は、高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供することができ、優れた燃費・走行性能を示す。組電池を搭載した車両としては、図４に示す電気自動車の他、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに幅広く適用できる。
【実施例】
【００７２】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【００７３】
［双極型電極の作製］
（実施例１）
正極活物質としてＬｉＭｎ2Ｏ4  ８５質量％、導電助剤としてアセチレンブラック５質量％、バインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＤＤＦ）１０質量％、およびスラリー粘度調整溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）適量を混合し、正極活物質ペーストを調製した。また、負極活物質としてＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12  ８５質量％、導電助剤としてアセチレンブラック５質量％、バインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＤＤＦ）１０質量％、およびスラリー粘度調整溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）適量を混合し、負極活物質ペーストを調製した。ポリエチレンを基材とし、導電性フィラーとしてカーボン粒子（平均粒径０．８μｍ）を添加した導電性を有する樹脂層を集電体として使用した（厚さ３０μｍ、厚み方向の体積抵抗率１×１０-2Ω・ｃｍ）。集電体の一方の面に正極活物質ペーストを塗布、乾燥することによって、正極活物質層を形成し、その後、集電体の他方の面に負極活物質ペーストを塗布、乾燥することによって、負極活物質層を形成した。この集電体−活物質層（以下、「電極合材」とも称する）に加熱ロールプレス処理行い、活物質層が集電体を突き破らない程度に、加熱プレスを行った。得られた電極合材を１４０×９０ｍｍに切断し、電極合材の周縁部の幅１０ｍｍの活物質層を除去した。これにより、１４０×９０ｍｍの集電体表面に１２０×７０ｍｍの活物質層が形成され、集電体の周縁部の幅１０ｍｍを封止用のシールしろとした双極型電極が得られた。【００７４】
（実施例２）
集電体の基材としてポリプロピレンを使用したことを除いては、実施例１と同様の手法で双極型電極を作製した。【００７５】
（実施例３）
集電体の基材としてポリイミドを使用したことを除いては、実施例１と同様の手法で双極型電池を作製した。【００７６】
（比較例１）
集電体として、ＳＵＳ箔（厚さ３０μｍ）を使用したことを除いては、実施例１と同様の手法で双極型電池を作製した。【００７７】
［双極型二次電池の製造］
（実施例１〜３）
上記で得られた双極型電極の正極活物質層側に、セパレータとして１５０×１００ｍｍの多孔質フィルム（孔径５００ｎｍ以下）を、双極型電極全面が覆われるように重ねた。セパレータの基材は表１に示す通りである。そして、この上に、双極型電極の負極活物質層側を重ねた。このようにして、セパレータを介して双極型電極５枚を積層し、３辺の周縁部を上下からプレス（０．２ＭＰａ、１６０℃、５秒間）し、集電体とセパレータとを融着させた。残りの１辺から電解液（プロピレンカーネート：エチレンカーボネート＝１：１（容積比）混合溶媒にＬｉＰＦ6を１モル／Ｌの濃度で混合したもの）を注入した。これを真空チャンバー内で、全体を真空にした状態で、上記と同様の条件でプレスし、真空密封することで、各単電池層の周縁部が封止されてなる発電要素を形成した。集電板として一部に電気取り出し用の端子が設けられた１３０×８０ｍｍのアルミ板（厚さ１００μｍ）を２枚準備し、該集電板で発電要素を挟んだ。そして、これら全体を覆うようにアルミラミネートシートで真空密封することによって、双極型電池を作製した。【００７８】
（比較例１）
上記で得られた双極型電極の、正極活物質層側の露出された集電体上の３辺にシール部材として幅１２ｍｍのポリエチレン製フィルムを配置した。この上に、セパレータ（基材ＰＥ、孔径５００ｎｍ以下）として１５０×１００ｍｍの多孔質フィルムを重ね、その周囲の３辺にシール部材として幅１２ｍｍのポリエチレン製フィルムを配置した。そして、この上に、双極型電極の負極活物質層側を重ねた。このようにして、セパレータおよびシール部材を介して双極型電極５枚を積層し、３辺の周縁部を上下からプレス（０．２ＭＰａ、１６０℃、５秒間）し、集電体とシール部材とを融着させた。残りの１辺から電解液（プロピレンカーネート：エチレンカーボネート＝１：１（容積比）混合溶媒にＬｉＰＦ6を１モル／Ｌの濃度で混合したもの）を注入した。そして、この残りの１辺に各層２枚ずつのシール部材を配置した。これを真空チャンバー内で、全体を真空にした状態で、上記と同様の条件でプレスし、真空密封することで、各単電池層の周縁部が封止されてなる発電要素を形成した。集電板として、一部に電気取り出し用の端子が設けられた１３０×８０ｍｍのアルミ板（厚さ１００μｍ）を２枚準備し、該集電板で発電要素を挟んだ。そして、これら全体を覆うようにアルミラミネートシートで真空密封することによって、双極型電池を作製した。【００７９】
［充放電試験］
各双極型二次電池について、６０℃の雰囲気下、定電流方式（ＣＣ、電流：１Ｃ）で１３．５Ｖまで充電し、１０分間休止させた後、定電流（ＣＣ、電流：１Ｃ）で７．５Ｖまで放電し、放電後１０分間休止させた。この充放電過程を１サイクルとして、充放電試験を行い、単電池層の封止部分のシール耐久性を評価した。評価結果を下記の表１に示す。
【表１】
2010100979.tif 000003
【００８０】
比較例１の双極型二次電池は、５００サイクルを超えた時点で電圧が著しく低下し、充放電のサイクルができない状態となった。電池内部を調べたところ、封止部分の接着が不十分なことから、単電池層から電解液が漏れ出ていた。一方、実施例１〜３は、１０００サイクル後も電圧が維持され、封止部分からの液漏れは観察されなかった。【００８１】
［顕微鏡分析］
実施例１〜３の双極型二次電池について、電子顕微鏡により熱融着部（封止部）の観察を行った。図７は実施例１の双極型二次電池における熱融着部の断面の電子顕微鏡写真である。図７に示すように、熱融着により、集電体の基材樹脂が多孔質フィルムからなるセパレータの孔部セパレータの孔部が入り込み、集電体の樹脂分子とセパレータの樹脂分子とが結合して硬化していた。そのため、熱融着部では、集電体とセパレータの間に界面が形成されていなかった。実施例２〜３でも同様に、熱融着により、集電体の基材樹脂が多孔質フィルムからなるセパレータの孔部セパレータの孔部が入り込み、硬化していた。【００８２】
以上の結果より、本発明によれば、セパレータに対する集電体の基材樹脂のアンカー効果により、優れたシール性耐久性を示す単電池層の封止手段を有する、双極型二次電池が提供できることが確認された。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成23年5月27日(2011.5.27)
【手続補正１】
【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】
第１の樹脂を基材とする、導電性を有する樹脂層を含む集電体と、集電体の一方の面に形成された正極活物質層と、集電体の他方の面に形成された負極活物質層とをそれぞれ有する第１及び第２の双極型電極と、第１及び第２の双極型電極の間に配置され、第２の樹脂を基材とし、電解質を内部に保持して電解質層を形成するセパレータと、を備え、第１の双極型電極の正極活物質層と、電解質層と、第２の双極型電極の負極活物質層から構成される単電池層が設けられた、発電要素を含み、第１の樹脂の融点が、第２の樹脂の融点以下であり、第１及び第２の双極型電極の集電体の周縁部とセパレータの周縁部とが融着されて、単電池層の外周部を封止する、双極型二次電池。
【請求項２】
前記第１の樹脂が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含み、前記第２の樹脂が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデンからなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１に記載の双極型二次電池。
【請求項３】
前記第２の樹脂層が、熱硬化性樹脂である、請求項１に記載の双極型二次池。
【請求項４】
前記導電性を有する樹脂層が、導電性フィラーを含み、前記導電性フィラーの粒子径が、前記セパレータの孔径よりも大きい、請求項１に記載の双極型二次電池。
【請求項５】
リチウムイオン二次電池である、請求項１に記載の双極型二次電池。
【請求項６】
第１の樹脂を基材とする、導電性を有する樹脂層を含む集電体と、集電体の一方の面に形成された正極活物質層と、集電体の他方の面に形成された負極活物質層とをそれぞれ有する第１及び第２の双極型電極と、第１及び第２の双極型電極の間に配置され、第２の樹脂を基材とし、電解質を内部に保持して電解質層を形成するセパレータと、を備え、第１の双極型電極の正極活物質層と、電解質層と、第２の双極型電極の負極活物質層から構成される単電池層が設けられた、発電要素を含み、第１の樹脂の融点が、第２の樹脂の融点以下であり、第１及び第２の双極型電極の集電体の周縁部における第１の樹脂と、セパレータの周縁部における第２の樹脂とが分子間力で結合されて、単電池層の外周部を封止する、双極型二次電池。
【請求項７】
第１の樹脂を基材とする、導電性を有する樹脂層を含む集電体と、集電体の一方の面に形成された正極活物質層と、集電体の他方の面に形成された負極活物質層とを有する第１及び第２の双極型電極を準備する工程と、第１の樹脂の融点が第２の樹脂の融点以下である第２の樹脂を基材として含むセパレータを準備する工程と、セパレータを介して、第１の双極型電極の正極活物質層と、第２の双極型電極の負極活物質層とが対向するように積層する工程と、セパレータの内部に電解質を注入して、電解質層を形成する工程と、第１の双極型電極の正極活物質層と、電解質層と、第２の双極型電極の負極活物質層から構成される単電池層の外周部を加熱プレスして、第１及び第２の双極型電極の集電体の周縁部とセパレータの周縁部とを融着する工程と、を含む、双極型二次電池の製造方法。
【請求項８】
単電池層の外周部の一辺を除く残りの全ての辺を加熱プレスして、第１及び第２の双極型電極の集電体の周縁部とセパレータの周縁部の対応部分を融着する、請求項７に記載の双極型二次電池の製造方法。
【請求項９】
セパレータに電解質を注入した後で、前記単電池層の外周部の一辺を加熱プレスして、第１及び第２の双極型電極の集電体の周縁部とセパレータの周縁部の残りの部分を融着する、請求項８に記載の双極型二次電池の製造方法。
【国際調査報告】
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