(57)【要約】【課題】製造工程を簡略化し得るバイポーラ電池を提供する。【解決手段】集電体および負極活物質のいずれの役割をも果たし得る負極集電体層の片面に正極層を有する構造体が、固体電解質層を介して積層して構成されてなるバイポーラ電池。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体および負極活物質のいずれの役割をも果たし得る負極集電体層の片面に正極層を有する構造体が、固体電解質層を介して積層して構成されてなるバイポーラ電池。
【請求項２】
前記負極集電体層が、電子伝導性を有し且つＬｉ合金化する材料からなる請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項３】
前記負極集電体層が、Ａｌ、ＩｎおよびＳｎからなる群から選択される少なくとも１種を含む材料からなる請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項４】
前記負極集電体層が、実際に使用される容量範囲において、全量がＬｉ合金化されない量の材料からなる請求項２又は３に記載のバイポーラ電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイポーラ電池に関し、さらに詳しくは特定の構成を有する負極集電体層によって製造工程を簡略化し得るバイポーラ電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高電圧および高エネルギー密度を有する電池としてリチウム電池が実用化されている。リチウム電池の用途が広い分野に拡大していることおよび高性能の要求から、リチウム電池の更なる性能向上のために様々な研究が行われている。
その中で、リチウム電池のエネルギー密度の向上にとって、電極厚みの低減が最も効果的であり、正極層、セパレータおよび負極層が順次積層された単電池が複数積層されたバイポーラ電池が提案されている。
しかし、従来のバイポーラ電池では、正極集電体と負極集電体とを直列に接続するための接続部によってエネルギー密度が低下することが知られている。
【０００３】
このため、例えば、特許文献１には、正極活物質層、集電体および負極活物質層がこの順序で積層されたバイポーラ電極と、高分子固体電解質層とを含み、前記正極活物質層又は負極活物質層の少なくとも一方が高分子固体電解質を含み、前記集電体の表面材質がアルミニウムであるバイポーラ電池が記載されており、具体例として表面材質がアルミニウムである金属製集電体の両面に各々負極活物質層および正極活物質層を形成したバイポーラ電極を、高分子固体電解質層を介して複数積層したバイポーラ電池が示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、集電体の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極を、電解質を挟んで複数枚直列に積層してなり、負極材料としてＳｎ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｓｂの酸化物、硫化物もしくは塩、又はホウ素添加炭素を用いたバイポーラ電池が記載されている。そして、具体例として集電体の片面に正極電極（正極活物質層）を、他の面にホウ素添加グラファイトを含む負極（負極活物質層）を作製し、正極側と負極側にゲル電解質を順次積層したバイポーラ型電池が示されている。
【０００５】
しかし、これら公知の技術をそのまま固体電解質系バイポーラ電池に適用したのでは、得られるバイポーラ電池が複雑な製造工程を必要とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−７１４０５号公報
【特許文献２】特開２００４−３３５１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、製造工程を簡略化し得るバイポーラ電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、集電体および負極活物質のいずれの役割をも果たし得る負極集電体層の片面に正極層を有する構造体が、固体電解質層を介して積層して構成されてなるバイポーラ電池に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、製造工程を簡略化し得るバイポーラ電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の基本的な構成を有するバイポーラ電池の模式図である。
【図２】図２は、従来のバイポーラ電池の模式図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施態様のバイポーラ電池の部分的模式図（左図）およびその説明のための部分拡大模式図（右図）である。
【図４】図４は、本発明の実施態様のバイポーラ電池の積層端の部分拡大模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
特に、本発明において、以下の実施態様を挙げることができる。
１）前記負極集電体層が、電子伝導性を有し且つＬｉ合金化する材料からなる前記のバイポーラ電池。
２）前記負極集電体層が、Ａｌ、ＩｎおよびＳｎからなる群から選択される少なくとも１種を含む材料からなる前記のバイポーラ電池。
３）前記負極集電体層が、実際に使用される容量範囲において、全量がＬｉ合金化されない量の材料からなる前記のバイポーラ電池。
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳説する。
本発明の実施態様のバイポーラ電池１は、図１に示すように、集電体および負極活物質のいずれの役割をも果たし得る負極集電体層２の片面に正極層３を有する構造体が、固体電解質層４を介して複数枚積層して構成されてなり、負極と集電体とが一体化されていることにより、用いられる部材数が少ないためバイポーラ電池製造プロセスを簡略化し得て、且つ体積エネルギー密度の向上に繋がり得る。
【００１３】
これに対して、従来のバイポーラ電池１０は、図２に示すように、正極層３、集電体1１１および負極層１２がこの順序で積層されたバイポーラ電極と、固体電解質層４とを複数枚積層したものであり、用いられている部材数が多くバイポーラ電池製造プロセスが複雑となる。
【００１４】
本発明の実施態様のバイポーラ電池１において、前記の負極集電体層２は、集電体および負極活物質のいずれの役割をも果たし得るものであることが必要である。
前記の負極集電体層の材料として、電子伝導性を有し且つＬｉ合金化する材料が挙げられ、例えばＡｌ、Ｉｎ、Ｓｎなどが挙げられる。前記材料はこれらのうち１種であってもよく複数であってもよい。
【００１５】
前記の負極集電体層における前記材料の量は、実際に使用される充電放電の容量範囲において、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎなどの全量がＬｉ合金化されない量であることが望ましい。前記材料の量を前記の範囲内にすることによって、全量がＬｉ合金化しても隣接する正極層との間でイオン短絡が生じないので好適である。
【００１６】
本発明の実施態様のバイポーラ電池１においては、図３に示すように、正極層３／固体電解質層４を介して隣接する２つの負極集電体層２の間で電子（ｅ−）の移動が行われ、固体電解質層４を介して隣接する負極集電体層２と正極層３との間でＬｉ＋の移動が行われる。
【００１７】
本発明の実施態様のバイポーラ電池１は、図４に示すように、負極集電体層２／正極層３間にＬｉ＋ブロック層５を設けてもよい。
前記ブロック層５としては、Ｌｉ＋と反応しない材料又は負極集電体層２よりも酸化還元電位の低い材料、例えばＦｅあるいは炭素（Ｃ）からなるものであり得る。放置時間が極端に長い場合、Ｌｉが負極集電体層２の全体に拡散し、隣接する正極とイオン短絡が生じてしまう恐れがあるが、このＬｉ＋ブロック層５によって防止し得る。
【００１８】
前記のＬｉ＋ブロック層５を設ける場合、このブロック層５の膜厚は負極集電体層２よりも小さいことが望ましい。
前記のＬｉ＋ブロック層５はＬｉ＋をブロックできていればよく、体積エネルギー密度の低下を考慮すると薄膜である程好適である。
【００１９】
また、本発明の実施態様のバイポーラ電池１は、図４に示すように、積層端の負極集電体層２において、保護集電体層６を設けてもよい。その材料として、Ａｌ、ＳＵＳ、Ｃｕなどが挙げられる。
前記のバイポーラ電池１においては、保護集電体層６によって積層端の負極集電体層２が合金化および脱合金化反応を繰り返し、引っ張りに対して弱くなるのを防止乃至は抑制し得る。
【００２０】
前記正極層３に含有させる正極活物質としては、リチウムイオン二次電池の正極層に含有させることが可能な公知の活物質を適宜用いることができる。そのような正極活物質としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）等の層状活物質のほか、オリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）等のオリビン型活物質や、スピネル型マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）等のスピネル型活物質等を例示することができる。また、正極層３には、リチウムイオン二次電池の正極層に含有させることが可能な公知の固体電解質を適宜含有させることができる。このほか、正極層３には、正極活物質や固体電解質を結着させるバインダーや導電性を向上させる導電材が含有されていてもよい。
【００２１】
また、前記固体電解質層４は、リチウム二次電池の固体電解質材料として用いられ得る材料、例えばＬｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ−ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯなどの固体酸化物系非晶質電解質粉末、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ｌｉＩ−ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−Ｓｉ２Ｓ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｏ５、ＬｉＩ−Ｌｉ３ＰＯ４−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ３ＰＳ４、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５などの固体硫化物系非晶質電解質粉末を圧縮して形成され得る。
【００２２】
本発明のバイポーラ電池１は、前記の負極集電体層２の片面に正極層を積層一体化して構造体（電極）を形成し、この構造体と固体電解質層４とを順次重ねてプレスすることによって作製し得る。
本発明のバイポーラ電極１は、前記の構成を有することによって、製造プロセスが簡潔になり得る。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明によれば、製造工程を簡略化し得るバイポーラ電池を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１    本発明の実施態様のバイポーラ電池
２    負極集電体層
３    正極層
４    固体電解質層
５    Ｌｉ＋ブロック層
６    保護集電体層
１０    従来のバイポーラ電池
１１    集電体
１２    負極層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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