(57)【要約】【課題】積層される単電池を構成する部材形状を同一形状としつつ、単電池ごとに電圧検出可能なバイポーラ電池を提供する。【解決手段】第１面に正極、第２面に負極が形成された集電体１２からなるバイポーラ電極がセパレータを介して複数積層されたバイポーラ電極の集電体１２の端面１７にそれぞれ導電線２１を異方導電フィルム２４により接続したバイポーラ電池。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体の第１面に正極が形成され、前記第１面と対向する第２面に負極が形成されたバイポーラ電極と、
前記正極と前記負極の間に電解質層を介在させて前記バイポーラ電極が複数枚積層された状態の前記集電体の端面に接続された導電線と、
を有することを特徴とするバイポーラ電池。
【請求項２】
前記導電線は、一つの支持部材に複数本互いに絶縁された状態で配置されており、当該複数本の導電線の配置ピッチが、前記複数枚積層された状態の前記集電体の端面のピッチと等しいことを特徴とする請求項１記載のバイポーラ電池。
【請求項３】
前記導電線は、前記支持部材の外側から保持部材により前記端面方向へ保持されている特徴とする請求項２記載のバイポーラ電池。
【請求項４】
前記導電線は、前記端面と異方性導電材料によって接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のバイポーラ電池。
【請求項５】
前記導電線は、前記バイポーラ電池を覆うパッケージの外側に引き出されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のバイポーラ電池。
【請求項６】
前記導電線は、前記端面のある辺と隣接する辺から３０ｍｍ以内の位置で前記端面と接続され、前記端面のある辺から前記隣接する辺方向へ延長されて前記パッケージから引き出されていることを特徴とする請求項５記載のバイポーラ電池。
【請求項７】
前記バイポーラ電極は、同一形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のバイポーラ電池。
【請求項８】
集電体の第１面に正極が形成され、前記第１面と対向する第２面に負極が形成されたバイポーラ電極を複数、前記正極と前記負極の間に電解質層を介在させて積層する段階と、
前記積層された状態のバイポーラ電池の前記集電体の端面を整列させる段階と、
整列させた前記端面に異方性導電材料を介して導電線を接続する段階と、
を有することを特徴とするバイポーラ電池の製造方法。
【請求項９】
前記集電体の端面を整列させる段階は、
積層されたバイポーラ電池の前記端面を整列させる側を裁断することにより行われることを特徴とする請求項８記載のバイポーラ電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか一つに記載のバイポーラ電池を複数個直列および／または並列に接続したことを特徴とする組電池。
【請求項１１】
請求項１０記載の組電池を電動動力源の電源として用いたことを特徴とする自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイポーラ電池およびその製造方法、このバイポーラ電池からなる組電池、この組電池を用いた自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイポーラ電池は、単電池が複数直列に接続されるように積層したリチウムイオン二次電池である。
【０００３】
このような複数の単電池を積層した電池では、一つひとつの単電池の電圧を計測するために単電池ごとに電圧検出用のタブを各単電池から引き出している。このような電圧検出用タブは、積層された単電池の一つひとつの正極と負極から取り出されるため、隣接する電極（正極と負極、または正極同士や負極同士）が互いに接触して短絡しないように、電圧検出用タブの取り付け位置を単電池同士で互いに異なる位置となるように配置している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−８７２３８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このように単電池ごとに電圧検出用タブを設け、しかもその設置位置を積層される単電池ごとに異なる位置に配置するとなると、電圧検出用タブ以外は積層される単電池同士で同じ形状であるにも関わらず、電圧検出用タブを形成するために単電池ごとにそれぞれ異なる形状の電極または集電体を製造する必要があった。このため製造効率が悪く、また、製造コストがかさんでしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、積層される単電池を構成する部材形状を同一形状としつつ、単電池ごとに電圧検出可能なバイポーラ電池およびその製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、製造コストの低減を図ることのできる組電池を提供することであり、このような組電池を搭載した自動車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、集電体の第１面に正極が形成され、前記第１面と対向する第２面に負極が形成されたバイポーラ電極と、前記正極と前記負極の間に電解質層を介在させて前記バイポーラ電極が複数枚積層された状態の前記集電体の端面に接続された導電線と、を有することを特徴とするバイポーラ電池である。
【０００７】
また、本発明は、集電体の第１面に正極が形成され、前記第１面と対向する第２面に負極が形成されたバイポーラ電極を複数、前記正極と前記負極の間に電解質層を介在させて積層する段階と、前記積層された状態のバイポーラ電池の前記集電体の端面を整列させる段階と、整列させた前記端面に異方性導電材料を介して導電線を接続する段階と、を有することを特徴とするバイポーラ電池の製造方法である。
【０００８】
また、本発明は、前記バイポーラ電池を複数個直列および／または並列に接続したことを特徴とする組電池である。
【０００９】
また、本発明は、前記組電池を電動動力源の電源として用いたことを特徴とする自動車である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、積層した複数のバイポーラ電極の集電体端面に導電線を接続したので、集電体やバイポーラ電極などのそれぞれに電圧検出用タブを設ける必要がない。このため、バイポーラ電極を構成する部材である集電体、正極および負極などの形状は同一形状でよく、各部材の製造効率が向上し、製造コストの低減に効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１２】
図１は、本発明で使用するバイポーラ電極を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ線に沿う断面図である。図２は、このバイポーラ電極を使用した本発明によるバイポーラ電池の一実施形態を説明するための図面であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ線に沿う断面図である（ただし後述する側面裁断後の断面図である）。また、図３は、本実施形態によるバイポーラ電池の概略斜視図である。
【００１３】
まず、図１を参照して、本発明のバイポーラ電池を構成するバイポーラ電極について説明する。
【００１４】
バイポーラ電極１４は、第１面に正極１１が形成され、この第１面と対向する第２面に負極１３が形成された集電体１２からなる。
【００１５】
このバイポーラ電極１４には、バイポーラ電池を製造する際に使用するシール材１６を、図示するようにバイポーラ電極１４の一方の面側（図では正極１１側）に電極を取り囲むようにあらかじめ配置している。なお、このシール材１６は、バイポーラ電極１４の積層時に挿入するようにしてもよい。
【００１６】
バイポーラ電池１の基本構造は、図２に示すように、バイポーラ電極１４が電解質層となるセパレータ１５を正極１１および負極１３の間に介在させて複数積層した構造である。
【００１７】
これにより、一つのバイポーラ電極１４の正極１１と、セパレータ１５を介在させて隣接するバイポーラ電極１４の負極１３とで一つの単電池を構成し、このような単電池が集電体１２により直列に接続された構造となる。
【００１８】
このようにバイポーラ電極１４は、電極であると共に各単電池を直列に接続する。このため単電池を直列に接続するための他の接続部材を介在させる必要がない。したがって接続部材などの抵抗成分による出力の低下がない。また、接続部分が存在しないため電池モジュールの小型化が図れる。さらには、接続部分が存在しない分、電池モジュール全体のエネルギー密度が向上する。
【００１９】
なお、最外部の集電体１２ａおよび１２ｂは、正極１１または負極１３のいずれか一方のみが形成されており、そのまま電池全体の電極となる端子板が積層され接続されている。なお、図では、集電体１２ａ側は負極１３のみが形成され、集電体１２ｂ側は正極１１のみが形成されている。
【００２０】
このようにしてバイポーラ電極１４が複数積層されたバイポーラ電池１は、正極１１または負極１３の少なくとも一方の活物質層に高分子固体電解質が含浸されている。このように活物質層における活物質間の空隙に高分子固体電解質を充填することによって、活物質層におけるイオン伝導がスムーズになり、バイポーラ電池全体としての出力向上が図れる。また、セパレータ１５にも高分子固体電解質が含浸されている（詳細後述）。
【００２１】
各単電池には、その外周部、集電体１２と集電体１２の間にシール材１６を設けて内部の電解質が漏れ出るのを防いでいる。これにより一つひとつの単電池内部がシール材１６で密封され、電極やセパレータ１５から滲出する可能性のある電解液が単電池の外に漏れ出すのを防止し、単電池同士の液絡を防止する。
【００２２】
そして、本実施形態では、図３に示すように、複数のバイポーラ電極１４が積層された状態の各集電体１２の端面１７（図２、図４参照）に複数の導電線２１が設けられているフレキシブル配線２０を接続している。
【００２３】
この導電線２１を接続するために、本実施形態のバイポーラ電池１は、複数のバイポーラ電極１４をセパレータ１５を介して積層した状態で、導電線２１を接続する側の一辺を裁断している。裁断位置は、図２（ａ）に示した鎖線Ｃで示した位置である。この裁断位置は積層したままの状態で、バイポーラ電池１の辺の端からわずかに内側に入った位置で積層された集電体１２のすべての一部を切り落とすことのできる位置である。この裁断によって、図２（ｂ）に示すように、各集電体１２の端面１７を整列させることができる。
【００２４】
図４は、フレキシブル配線の構造を示す図面であり、（ａ）は接続部分の接続側部分平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【００２５】
フレキシブル配線２０は、支持部材となるポリイミドなどの樹脂２２内に、この樹脂２２により互いに絶縁された状態で複数の導電線２１が埋め込まれて一体化されたものである。そして、先端部分は、集電体１２の端面と接続されるために、樹脂２２の一部が剥離されていて、各導電線２１が露出している。
【００２６】
各導電線２１の配置ピッチｐは、積層された状態での集電体１２のピッチＰ（図５参照）と同じになるように形成している。なお、導電線２１の配置ピッチｐおよび集電体１２のピッチＰはいずれもそれぞれ中心間距離とする。
【００２７】
たとえば、バイポーラ電極１４を１００層積層した場合、全厚さは５〜１０ｍｍ程度であり、各集電体１２のピッチＰは０．０５〜０．１ｍｍ程度になる。したがって、導電線２１の配置ピッチｐもこれに合わせて０．０５〜０．１ｍｍとする。
【００２８】
集電体１２の端面と導電線２１との接続は、異方性導電材料を使用して行っている。
【００２９】
図５は集電体の端面と導電線との接続を説明するための接続部の拡大断面図であり、図６は接続部の概略分解斜視図である。
【００３０】
本実施形態では、集電体１２の端面と導電線２１との接続に異方性導電材料である異方導電フィルム２４を用いている。
【００３１】
この異方導電フィルム２４は、接着、導電、そして絶縁という３つの機能を同時に有する高分子材料である。この異方導電フィルム２４は基本的に樹脂材料内部にランダムに導電性微粒子２５が配合されたもので、熱圧着加工により圧着部における厚み方向（圧を加えた方向）に対しては導通性を示し、その圧着部の面方向に対しては絶縁性を示すという電気的異方性を持つ材料である。このような材料は、一例を挙げれば、異方導電フィルム（日立化成工業株式会社製）、異方性導電フィルム（株式会社フジクラ製）などがある。また、ペースト状の異方性導電ペースト（株式会社フジクラ製）も同様に用いることが可能である。
【００３２】
この異方導電フィルム２４を用いた接続は、まず、図５（ａ）に示すように、積層された状態のバイポーラ電極１４の集電体１２の端面１７側全面に異方導電フィルム２４をおいてその上から各導電線２１が集電体端面１７の位置と一致するようにフレキシブル配線２０をおく。そして、図５（ｂ）に示すように、フレキシブル配線２０側から集電体端面１７方向に押圧力を加える。これにより異方導電フィルム２４内部の導電性微粒子２５が圧力が加えられた方向には凝集して集電体端面１７と導電線２１とを電気的に接続するようになる。この状態で導電性微粒子２５は、圧力が加えられていない方向には、凝集することはないので、横方向には導通しない。したがって、各集電体１２と対応した各導電線２１のみがそれぞれ導通し、集電体１２どうしや導電線２１どうしが互いに短絡したり、対応しない集電体１２と導電線２１が短絡するようなことはない。
【００３３】
ここで、異方導電フィルム２４に含まれている導電性微粒子２５は、たとえばニッケル粒子であり、その大きさは、２〜８μｍである。
【００３４】
一方、一枚の集電体１２の厚さは、１〜１００μｍ程度でいかようにも形成可能である。したがって、一枚の集電体１２の厚さは特に限定されるものではないが、導電線２１との十分な道津性を確保するためには、幅方向にも複数の導電性微粒子２５と接触できることが望ましい。その観点から、集電体１２の厚さは、導電性微粒子２５の最小径である２μｍより大きく、たとえば、２〜１００μｍ程度が好ましく、より好ましくは１０〜１００μｍ程度とするとよい。また、隣接する集電体１２どうしの間隔は導電性微粒子２５の最大径よりも離れるように形成する。したがって、隣接する集電体１２どうしの間隔ＰＧ（図５参照）は８μｍより大きくする。好ましくは製造上の誤差なども見込んで１０μｍ以上とする。なお、この隣接する集電体１２どうしの間隔ＰＧは、正極１１、負極１３、およびセパレータ１５の厚さで調整する。
【００３５】
一方、導電線２１も、その幅ｐｗ（図４参照）が集電体１２の厚さ同様に、最低一つの導電性微粒子２５と接触でき、かつ、隣接する導電線２１どうしの間隔ｐｇ（図４参照）が導電性微粒子２５の最大径よりも離れるように形成する。したがって、導電線２１は、集電体１２のピッチＰと同じピッチｐで、幅ｐｗが２μｍより大きく（より好ましくは１０μｍ以上）、隣接する導電線２１どうしの間隔ｐｇが８μｍより大きく、好ましくは１０μｍ以上となるように形成する。また、接触長さ（集電体１２と接触する部分の長さ、すなわち、図４において銅電線が露出している長さＬ）は、これも最低一つの導電性微粒子２５と接触できる長さ、すなわち１０μｍもあればよいが、あまり短いと製造しづらくなることもあるので１ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とする。
【００３６】
導電線２１の接続位置は、パイオーラ電池１の端から約３０ｍｍ以内の角部分に設けることが好ましい。これは、後述するように、パイオーラ電池１をパッケージした際にフレキシブル配線２０を外側に引き出すためにねじりを加えるのであるが、角部分に導電線２１の接続位置を設けることで、簡単な折り曲げにより１軸で９０度のねじりを加えることができる。したがって、フレキシブル配線２０の向きを変える際の応力の発生を少なくして、集電体１２と導電線２１の接続信頼性を向上することができる。
【００３７】
集電体１２と導電線２１との接続は、集電体端面１７方向に押圧力を加えるだけでも異方導電フィルム２４によって行われるが、本実施形態では、一層確実に集電体１２と導電線２１との接続が保たれるように、図６に示すように、保持部材となるクリップ部材２６がフレキシブル配線２０をバイポーラ電池１方向に押さえつけて、バイポーラ電池１に噛みこむように取り付けている。これにより、集電体１２と導電線２１との接続状態を安定確実に保つことができる。
【００３８】
また、このクリップ部材２６は、バイポーラ電池１をラミネートフィルム４１によりパッケージして一つの電池４０とした場合に、図７に示すように、フレキシブル配線２０をパッケージから取り出しやすいように、フレキシブル配線２０にねじりを加えつつその形状を安定させる役割も担っている。このためにクリップ部材２６には、フレキシブル配線２０を挿入することで、フレキシブル配線２０の形が集電体端面１７に対して９０度ひねった状態となるようにする溝部２７が設けられている。
【００３９】
このようなクリップ部材２６を用いることで、たとえば、後述する自動車などの振動が生じるようなものにこのバイポーラ電池を搭載した場合でも、集電体１２と導電線２１との接続が外れてしまうような不具合を防止することができる。
【００４０】
なお、クリップ部材２６とフレキシブル配線との間には、さらにずれ防止などのために補助部材などを設けてもよい。補助部材は弾力性のある合成ゴムや樹脂材料などが好ましい。
【００４１】
集電体１２と導電線２１との接続のため工程は、バイポーラ電極１を積層した状態のバイポーラ電池自身に多少柔軟性があるため、フレキシブル配線２０側から集電体端面１７方向に押圧力を加える際に、バイポーラ電池１自身が変形するおそれがある。そこで、本実施形態では、図８に示すように、複数のバイポーラ電極１４を積層した状態のバイポーラ電池１を枠体３０に入れて、上下面および押圧する側を除く３辺を抑えて、バイポーラ電池１が変形しないようにした上で、フレキシブル配線２０をクリップ部材２６により集電体１２の端面１７に押さえつけるようにして取り付ける。なお、枠材３０には、クリップ部材２６がちょうど入るように切り込み３１が設けられている。
【００４２】
このような枠材３０を用いることで、フレキシブル配線２０取り付け時のバイポーラ電池１の変形を防止すると共に、枠材３０に設けた切り込み３１にクリップ部材２６をはめ込むことで導電線２１と集電体１２との位置合わせに利用することができる。
【００４３】
このようにしてフレキシブル配線２０の取り付けられたバイポーラ電池１は、ラミネートパックに減圧封入することで、ラミネートパック材によって各集電体１２にはほぼ均等に圧力が加わるようになる。このときバイポーラ電池１の端部の集電体１２ａおよび１２ｂに設けられた正極端子板４８および負極端子板４９（必要により、さらに電極リードを取り付けてもよい）が、ラミネートパックから外に出され、同時にフレキシブル配線２０もラミネートパックから外に引き出される。このときフレキシブル配線２０の向きが９０度のねじられているため、フレキシブル配線２０の扁平面とラミネートパックの扁平が平行になって、余分な隙間がなくバイポーラ電池１を封入することができる。
【００４４】
図９は、フレキシブル配線の引き出し方向を変えた場合の実施形態を示す斜視図であり、図１０はこの場合のパッケージされた電池を示す斜視図である。
【００４５】
上述した図６〜７に示した形態では、フレキシブル配線２０を電池長手方向に延長した方向に引き出した例を示したが、フレキシブル配線２０の引き出し方法は、これに限らず、たとえば、図９および図１０に示すように、導電線３１を接続した端面１７があるバイポーラ電池１の長手方向の辺に対して垂直な方向でもよい。
【００４６】
この場合、図１１に示すように、クリップ部材２８の形状が前述したクリップ部材２６とわずかに異なり、溝部２９がバイポーラ電池１の長手方向の辺に対して垂直な方向にフレキシブル配線２０を向けることができるように設けている。したがって、フレキシブル配線２０は、前述したと同様に枠材を使って（図示省略）、バイポーラ電池１の長手方向の辺に、このクリップ部材２８により押し付けるようにして取り付け、その後、図示矢印のようにフレキシブル配線２０をクリップ部材２８の溝部２９に取り付けて向きを変える。
【００４７】
以上のように構成されたバイポーラ電池１では、集電体１２の端面に直接導電線２１を接続することとしたので、集電体はもとより、この集電体に形成する正極および負極、またその他の部材においても、積層するすべてのバイポーラ電極の形状を同じ形状のものを用いることができる。したがって、各部材の製造コストを低減することができ、ひいては電池そのもののコスト低減を図ることも可能になる。
【００４８】
なお、本実施形態では、すべての集電体に対して導電線２１を接続するようにしたが、これに代えて、たとえば、積層されたバイポーラ電極の集電体一つおきなど複数の集電体おきに、一つの導電線を接続するようにしてもよい。
【００４９】
以下さらに電池を構成する主要な部材について説明する。
【００５０】
［集電体］
集電体１２は、製法上、スプレーコートなどの薄膜製造技術により、いかような形状を有するものにも製膜積層して形成し得る必要上、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）、これらの合金などの金属粉末を主成分として、これにバインダー（樹脂）、溶剤を含む集電体金属ペーストを加熱して成形してなるものであり、上記金属粉末およびバインダーにより形成されてなるものである。また、これら金属粉末を１種単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよいし、さらに、製法上の特徴を生かして金属粉末の種類の異なるものを多層に積層したものであってもよい。
【００５１】
上記バインダーとしては、特に制限されるべきものではなく、たとえば、エポキシ樹脂など、従来公知の樹脂バインダー材料を用いることができるほか、導電性高分子材料を用いてもよい。また集電体１２は、上記金属（またはそれらの合金）の薄膜であってもよい。
【００５２】
［正極（正極活物質層）］
正極は、正極活物質を含む。このほかにも、イオン伝導性を高めるために電解質、リチウム塩、導電助材などが含まれ得る。特に、正極または負極の少なくとも一方に電解質、好ましくは高分子電解質が含まれていることが望ましいが、バイポーラ電池の電池特性をより向上させるためには、双方に含まれることが好適である。
【００５３】
上記正極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される、遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用できる。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系複合酸化物などが挙げられる。このほか、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などが挙げられる。
【００５４】
正極活物質の粒径は、製法上、正極材料をペースト化してスプレーコートなどにより製膜し得るものであればよいが、さらにバイポーラ電池の電極抵抗を低減するために、電解質が固体でない溶液タイプのリチウムイオン電池で一般に用いられる粒径よりも小さいものを使用するとよい。具体的には、正極活物質の平均粒径が１０〜０．１μｍであるとよい。
【００５５】
上記正極に含まれる電解質としては、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利用できる。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することもできる。好ましくは、高分子ゲル電解質を構成する高分子と電解液との比率（質量比）が、２０：８０〜２：９８とする、比較的電解液の比率が大きい範囲である。
【００５６】
高分子ゲル電解質は、イオン伝導性を有する高分子骨格中に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を保持させたものや、あるいは、それ自身ではリチウムイオン伝導性を持たない高分子骨格中に同様の電解液を保持させたものなどが含まれる。
【００５７】
ここで、高分子ゲル電解質として用いる高分子は、たとえば、ポリエチレンオキシドを主鎖または側鎖に持つ高分子（ＰＥＯ）、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）などが用いられる。ただし、これに限られるわけではない。
【００５８】
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）、またはこれらの混合物を含み、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、エチルメチルカーボネート、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、これらに限られるわけではない。
【００５９】
上記リチウム塩としては、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が使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００６０】
導電助材としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００６１】
正極における、正極活物質、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、目的に合致した電解質量を決定する。
【００６２】
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べきである。一般的な正極活物質層の厚さは１０〜５００μｍ程度である。
【００６３】
［負極（負極活物質層）］
負極１３は、負極活物質を含む。このほかにも、イオン伝導性を高めるために電解質、リチウム塩や導電材などが含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極」の項で記載した内容と同様であるため説明を省略する。
【００６４】
負極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される負極活物質を用いることができる。たとえば、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物金属、カーボンなどが好ましい。より好ましくは、カーボン、遷移金属酸化物、リチウム−遷移金属複合酸化物である。さらに好ましくは、チタン酸化物、リチウム−チタン複合酸化物、カーボンである。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００６５】
［セパレータ］
ここで用いているセパレータ１５は電解質層となるもので、正極１１および負極１３内の活物質そのものが混合することなく分離させた状態を保ち、かつ、イオンのみを通過させるものである。このようなセパレータ１５としては、たとえば、高分子繊維や高分子膜などを基材として、この基材に、高分子骨格中に数質量％〜９８質量％程度電解液を保持させたゲル電解質を保持させて、膜状に整形したものである。
【００６６】
［電解質］
セパレータ１５に含ませる電解質としては、たとえば、高分子ゲル電解質である。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。
【００６７】
高分子ゲル電解質を用いる場合、該高分子ゲル電解質を構成する高分子と電解液との比率（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。
【００６８】
このような高分子ゲル電解質としては、イオン伝導性を有する高分子骨格中に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を保持させたものや、あるいは、それ自身ではリチウムイオン伝導性を持たない高分子骨格中に同様の電解液を保持させたものなどが含まれる。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ため、ここでの説明は省略する。
【００６９】
これら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。
【００７０】
なお、セパレータ自体に電解質を含ませず、セパレータに代えて固体高分子電解質を用いることも可能である。固体高分子電解質を用いた場合の電解質層の厚さは、特に限定するものではない。しかしながら、コンパクトなバイポーラ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る。
【００７１】
［正極および負極端子］
正極および負極の端子板４８および４９は、電池全体の電極端子としての機能を有する。電池の薄型化の観点からは、この端子板４８および４９も極力薄い方がよいが、製膜により積層されてなる電極（正極および負極）、電解質、および集電体はいずれも機械的強度が弱いため、これらを両側から挟示し支持するだけの強度を持たせることが望ましい。さらに、端子部での内部抵抗を抑える観点から、正極および負極端子板の厚さは、通常０．１〜２ｍｍ程度が望ましいといえる。
【００７２】
正極および負極端子板の材質は、通常リチウムイオン電池で用いられる材質を用いることができる。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）、これらの合金などを利用することができる。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウムを用いることが好ましい。
【００７３】
正極および負極端子板の材質は、同一の材質を用いてもよいし、異なる材質のものを用いてもよい。さらに、これら正極および負極端子板は、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。
【００７４】
［電池外装材（電池ケース）］
バイポーラ電池は、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、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、バイポーラ電池本体である型板を含めた電池積層体全体を電池外装材または電池ケースに収容するとよい。
【００７５】
軽量化の観点からは、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等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムなど、従来公知の電池外装材を用いて、その周辺部の一部または全部を熱圧着にて接合することにより、電池積層体（バイポーラ電池１）を減圧封入し密封することが好ましい。
【００７６】
なお、本実施例では、ラミネートパックとしている（図７、図１０参照）が、このほか、金属ケースなどに封入しても同様に電池として構成できることは言うまでもない。
【００７７】
［組電池］
ラミネートパックされた電池４０は、さらにこの電池４０を複数個直列および／または並列に接続して組電池や電池モジュールとして提供することも可能である。そして、このような組電池や組電池モジュールを制作する場合でも、バイポーラ電池１を構成する部品の一つひとつの形状が同じでその製造コストを低減させることができるため、このようなバイポーラ電池１の集合体である組電池や組電池モジュールもまた、その製造コストを大きく低減することが可能となる。
【００７８】
図１２は組電池の斜視図であり、図１３はこの組電池の内部構成を上方から見た図面である。
【００７９】
図示するようにこの組電池５０は、上述した電池４０を複数個直列に接続したものをさらに並列に接続したものである。電池４０同士は、導電バー５３により各電池の端子板４８および４９が接続されている。この組電池５０には電極ターミナル５１および５２が、この組電池５０の電極として組電池５０の一側面に設けられている。
【００８０】
この組電池においては、電池４０を直接に接続しさらに並列に接続する際の接続方法として、超音波溶接、熱溶接、レーザー溶接、リベット、かしめ、電子ビームなどを用いることができる。このような接続方法をとることで、長期的信頼性のある組電池を製造することができる。
【００８１】
なお、組電池としての電池４０の接続は、電池４０を複数個すべて並列に接続してもよいし、また、電池４０を複数個すべて直列に接続してもよい。
【００８２】
図１４は、組電池モジュールの斜視図である。
【００８３】
この組電池モジュール６０は、前述した組電池５０を複数個積層し、各組電池５０の電極ターミナル５１、５２をパワータブ６１および６２によって接続し、モジュール化したものである。
【００８４】
組電池５０をモジュール化することによって、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車などの車載用として最適な組電池モジュールとなる。なお、このような組電池モジュールも組電池の一種である。
【００８５】
［自動車］
図１５は、組電池モジュール６０を搭載する自動車１００の概略図であり、図１６はこの組電池モジュール６０を含む自動車内の電気系統の一例を示すブロック図である。
【００８６】
この自動車は、上述した組電池モジュール６０を搭載し、モータの電源として使用してなる自動車である。
【００８７】
組電池モジュール６０をモータ用電源として用いる自動車としては、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車など、車輪をモータによって駆動している自動車である。これらの自動車に本発明を適用したバイポーラ電池による組電池や電池モジュールを用いることで、単電池ごとの充電制御を行うなど非常にきめ細かい制御が可能となり、電気自動車などの性能の向上、たとえば１回の充電当たりの走行距離の向上、車載電池としての寿命の向上などが期待できる。
【００８８】
図１６に示した電気系統のブロック図は、ハイブリット自動車のものであり、主に電源系を示したが一部動力伝達経路なども示している。
【００８９】
このハイブリッド自動車は、本発明による複数のバイポーラ電池１からなる組電池モジュール６０を搭載し、各バイポーラ電池１から引き出されたフレキシブル配線２０が、電池コントロールユニット１１０に電圧計１１５を介して引き込まれている。ここで、電圧計１１５は、電池コントロールユニット１１０からの指令により、任意の単電池の電圧を計測し、その計測値を電池コントロールユニット１１０に応答するためのスイッチ機構（不図示）を持っている。通常の制御では、電池コントロールユニット１１０が、各バイポーラ電池１ごとに導電線３１の組み合わせをスイッチングして、その内部の単電池を順次スキャンして電圧測定を行っている。
【００９０】
一方、組電池モジュール６０のパワータブ６１および６２からインバータ１１１に接続されている。
【００９１】
また、組電池モジュール６０を構成する各バイポーラ電池１の電圧、電流も測定するためにバイポーラ電池１ごとに電池コントロールユニット１１０まで配線１２０が引かれている。さらに組電池モジュール６０全体として電流の流れを監視するためにパワータブ６１側の配線上に電流計１３０が設けられその測定値が電池コントロールユニット１１０に入るようになっている。さらに各バイポーラ電池１の近傍には、温度センサ１３１が設けられていて、各バイポーラ電池１の温度が電池コントロールユニット１１０により監視されている。
【００９２】
インバータ１１１からの電力配線は、モータ１５０に接続されている。また、インバータ１１１およびモータ１５０には、それらの制御のための信号配線がモータコントローラ１５１に接続されている。
【００９３】
モータ１５０の動力は変速機１５２を介して車輪１５３に伝達されている。また、変速機１５２にはエンジン１５４からの動力も伝達されている。また、車輪１５３にはブレーキ１５５が当たるようになっている。エンジン１５４にはエンジンコントローラ１５６が接続され、ブレーキ１５５にはブレーキコントローラ１５７が接続されている。また、変速機１５８には変速機コントローラ１５８が接続されている。
【００９４】
電池コントロールユニット１１０、モータコントローラ１５１、エンジンコントローラ１５６、ブレーキコントローラ１５７、および変速機コントローラ１５８は、車内ＬＡＮなどのネットワーク１７０によって車両コントローラ１６０に接続されていて、車両コントローラ１６０からは、たとえばフロントパネルや各種車内警報機やインジケータランプなどのヒューマンインターフェース１６１に接続されている。
【００９５】
このように構成された電気系統にあって、電池コントロールユニット１１０は、主に組電池モジュール６０の充放電制御を行っており、たとえば、前述したように単電池単位で電圧を測定することで、電池内における充電量を一つひとつの単電池という非常に細かい単位で制御可能となる。この制御には、導電線２１を利用することができる。たとえば過放電や過充電状態になっている（またはそのような状態になりそうな）単電池を測定した電圧値などから判断して、そのような単電池をバイパスさせるように、単電池の両端となる集電体１２からの導電線２１間をスイッチングによって短絡させる、などの制御を行うことが可能となる。
【００９６】
もちろんこのような制御形態は任意のものであり、本発明によってさまざまな制御を単電池単位という細かな制御単位で実施できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、リチウムイオンに二次電池に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明で使用するバイポーラ電極を説明するための図である。
【図２】本発明によるバイポーラ電池の一実施形態を説明するための図面である。
【図３】上記バイポーラ電池の概略斜視図である。
【図４】フレキシブル配線の構造を示す図面である。
【図５】集電体の端面と導電線との接続を説明するための接続部の拡大断面図である。
【図６】集電体の端面と導電線との接続部の概略分解斜視図である。
【図７】パッケージした電池の外観を示す斜視図である。
【図８】集電体と導電線との接続工程を説明するための図面である。
【図９】集電体の端面と導電線との他の接続形態を説明するための接続部の拡大断面図である。
【図１０】集電体の端面と導電線との他の接続形態におけるパッケージした電池の外観を示す斜視図である。
【図１１】集電体の端面と導電線との他の接続形態における接続部の概略分解斜視図である。
【図１２】組電池の斜視図である。
【図１３】上記組電池の内部構成を上方から見た図面である。
【図１４】組電池モジュールの斜視図である。
【図１５】上記組電池モジュールを搭載する自動車の概略図である。
【図１６】ハイブリッド自動車の電気系統を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９９】
１…バイポーラ電池、
１１…正極活物質層、
１２…集電体、
１３…負極活物質層、
１５…セパレータ、
１６…シール材、
１７…端面、
２０…フレキシブル配線、
２１…導電線、
２４…異方導電フィルム、
２５…導電性微粒子、
２６、２８…クリップ部材、
４０…電池、
５０…組電池、
６０…組電池モジュール、
１００…自動車、
１１０…電池コントロールユニット、
１１５…電圧計。
【図１】
2006156000.tif 000003
【図２】
2006156000.tif 000004
【図３】
2006156000.tif 000005
【図４】
2006156000.tif 000006
【図５】
2006156000.tif 000007
【図６】
2006156000.tif 000008
【図７】
2006156000.tif 000009
【図８】
2006156000.tif 000010
【図９】
2006156000.tif 000011
【図１０】
2006156000.tif 000012
【図１１】
2006156000.tif 000013
【図１２】
2006156000.tif 000014
【図１３】
2006156000.tif 000015
【図１４】
2006156000.tif 000016
【図１５】
2006156000.tif 000017
【図１６】
2006156000.tif 000018