(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イミド基含有樹脂を含む基材に導電性フィラーが添加されてなる第１の導電性層と、
リチウムイオンを遮断する機能を有する第２の導電性層と、を有し、
前記第２の導電性層は、イミド基非含有樹脂を含む基材に導電性フィラーが添加されてなる遮断性樹脂層および金属層を含み、
前記第１の導電性層が第２の導電性層に対して正極活物質層側に位置するように用いられる、双極型リチウムイオン二次電池用集電体。
【請求項２】
前記金属層は、アルミニウム、ニッケル、銅、鉄、およびチタン、ならびにこれらの合金、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物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に記載の双極型リチウムイオン二次電池用集電体。
【請求項３】
前記金属層は、前記第１の導電性層よりも薄い、請求項１または２に記載の双極型リチウムイオン二次電池用集電体。
【請求項４】
前記第２の導電性層は、金属溶出防止層をさらに含み、
前記金属溶出防止層は、前記金属層の前記第１の導電性層と対向する側の表面に位置する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の双極型リチウムイオン二次電池用集電体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の集電体と、
前記集電体の前記第１の導電性層側の面に形成された正極活物質層と、
前記集電体の前記第２の導電性層側の面に形成された負極活物質層と、
を有する、双極型リチウムイオン二次電池用電極。
【請求項６】
請求項５に記載の電極と電解質層とが積層されてなる発電要素を有する、双極型リチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双極型リチウムイオン二次電池用集電体、ならびに該集電体を用いたリチウムイオン二次電池用双極型電極、および双極型リチウムイオン二次電池に関する。
【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。ただし、上記したような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。
【０００５】
このような双極型二次電池に用いる集電体は、より大きな出力密度を確保するために、軽量であって、かつ導電性に優れた材料からなることが望ましい。そこで、近年、導電性材料が添加された高分子材料を集電体（樹脂集電体）の材料として用いることが提案されている。例えば、特許文献１では、高分子材料に導電性材料として金属粒子またはカーボン粒子が混合された樹脂集電体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９０６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されているような樹脂集電体は、電解液中のリチウムイオンの遮断性が低い。そのため、双極型リチウムイオン二次電池に適用した場合には、双極型電極を構成する樹脂集電体の内部にリチウムイオンが浸透し、当該集電体の内部にリチウムイオンが吸蔵されたままになることが判明した。この吸蔵されたリチウムは集電体の内部から放出されにくいため、結果として電池容量の低下を招く虞がある。
【０００８】
樹脂集電体を構成する樹脂は、電池作製時の加熱処理や加圧処理によっても変形しにくく、かつ、電解液中の溶媒に溶解しにくい、耐熱性、強度、および耐溶媒性に優れた樹脂であることが望ましい。これらの特性を併せ持つ樹脂として、ポリイミドのようなイミド基含有樹脂が好適であるが、上述の樹脂集電体内部へのリチウムイオンの吸蔵は、イミド基含有樹脂を用いた場合に特に顕著であることも判明した。
【０００９】
そこで、本発明は、双極型リチウムイオン二次電池に用いられるイミド基含有樹脂を含む樹脂集電体において、集電体の内部へのリチウムイオンの吸蔵を抑制しうる手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った。その過程で、本発明者らは、樹脂集電体へのリチウムイオンの浸透・吸蔵のメカニズムを明らかにした。そして、イミド基含有樹脂を含む樹脂集電体に、イミド基非含有樹脂を含む遮断性樹脂層および金属層を設けることによりリチウムイオンの浸透・吸蔵を著しく抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の双極型リチウムイオン二次電池用集電体は、少なくとも２つの導電性層を有する。そして、集電体を構成する導電性層の１つ（本願において、「第１の導電性層」と称する）は、イミド基含有樹脂を含む基材に導電性フィラーが添加されてなる構成を有する。また、集電体を構成する導電性層の他の１つ（本願において、「第２の導電性層」と称する）は、リチウムイオンを遮断する機能を有する層であり、イミド基非含有樹脂を含む基材に導電性フィラーが添加されてなる遮断性樹脂層および金属層を含む。さらに、双極型電極の形成時には、第１の導電性層が第２の導電性層に対して正極活物質側に位置するように用いられる点にも特徴を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、イミド基含有樹脂を含む第１の導電性層よりも相対的に負極活物質層側に遮断性樹脂層および金属層を含む第２の導電性層を設けることにより、負極電位に曝された場合であってもリチウムイオンの移動を抑制することができる。よって、リチウムイオンの樹脂集電体内部への吸蔵を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る双極型リチウムイオン二次電池用集電体を用いた、リチウムイオン二次電池用双極型電極の全体構造を模式的に表した断面図である。
【図２】本発明の他の一実施形態に係る双極型リチウムイオン二次電池用集電体を用いた、リチウムイオン二次電池用双極型電極の全体構造を模式的に表した断面図である。
【図３】本発明の他の一実施形態に係る、金属溶出防止層を有する双極型リチウムイオン二次電池用集電体を用いた、リチウムイオン二次電池用双極型電極の全体構造を模式的に表した断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る双極型リチウムイオン二次電池を模式的に表した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態を説明するが、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、以下の形態のみに制限されない。なお、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。以下では、双極型リチウムイオン二次電池用集電体を単に「集電体」と、リチウムイオン二次電池用双極型電極を単に「双極型電極」と、双極型リチウムイオン二次電池を「双極型二次電池」と、それぞれ称する場合がある。
【００１５】
＜集電体、双極型電極＞
図１は、本発明の一実施形態に係る双極型リチウムイオン二次電池用集電体を用いた、リチウムイオン二次電池用双極型電極の全体構造を模式的に表した断面図である。図１に示す双極型電極１は、集電体３の一方の面に正極活物質層５が形成され、他方の面に負極活物質層７が形成された積層構造を有する。そして、集電体３は、正極活物質層５側に位置する第１の導電性層３Ａと、負極活物質層７側に位置する第２の導電性層３Ｂとが積層されてなる構造を有する。
【００１６】
ここで、第１の導電性層３Ａは、ポリイミド（ＰＩ）からなる基材に、導電性フィラーとしてのケッチェンブラックが分散されてなる構成を有する。また、第２の導電性層３Ｂは、遮断性樹脂層３ａおよび金属層３ｂの２つの層を含む。遮断性樹脂層３ａは、ポリプロピレン（ＰＰ）などのイミド基非含有樹脂を含む基材に、導電性フィラーとしてのケッチェンブラックが分散されてなる構成を有する。金属層３ｂは、銅から構成される。
【００１７】
正極活物質層５は、正極活物質として、ＬｉＮｉＯ２（図示せず）を含み、負極活物質層７は、負極活物質として、グラファイト（図示せず）を含む。以下、本形態の集電体３および双極型電極１の主な構成要素について説明する。
【００１８】
［集電体］
集電体３は、正極活物質層が形成される一方の面から、負極活物質層が形成される他方の面へと電子の移動を媒介する機能を有する。
【００１９】
（第１の導電性層）
本形態において、集電体３は、２つの導電性層（３Ａ、３Ｂ）を有する。ここで、双極型電極１の正極活物質層５側に位置する導電性層（第１の導電性層）３Ａは、イミド基含有樹脂を含む基材に導電性フィラーが添加されてなる構成を有する。かような構成によって、電子移動媒体としての機能を有することは勿論のこと、集電体の軽量化にも寄与しうる。
【００２０】
第１の導電性層３Ａを構成する基材は、イミド基含有樹脂を必須に含む。イミド基含有樹脂は、耐熱性、強度、および耐溶媒性に優れるため、イミド基含有樹脂を集電体の基材として用いることにより、電池作製時の加熱処理や加圧処理によっても変形しにくく、また、電解液中の溶媒にも溶解しにくい集電体とすることができる。ここで、イミド基含有樹脂としては、例えば、ポリイミド（ＰＩ）のほか、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）などが挙げられる。なかでも、イミド基含有樹脂としては、ポリイミドが好ましく用いられる。ポリイミドの具体例としては、ユーピレックス（登録商標、宇部興産社製）、カプトン（登録商標、東レ・デュポン社製）、アピカル（登録商標、カネカ社製）等の商品名で市販されているポリイミドが挙げられるが、これ以外の樹脂を使用することも勿論可能である。これらのイミド基含有樹脂は、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。
【００２１】
なお、第１の導電性層３Ａを構成する基材は、イミド基含有樹脂に加えて、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含んでもよい。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）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、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）、およびポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。また、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。これらの非導電性高分子材料または導電性高分子材料は、１種のみが単独で使用されてもよいし、２種以上の共重合体または混合物の形態で使用されても構わない。
【００２２】
基材を構成する高分子材料（樹脂）のうち、本形態の作用効果をより一層発揮させるという観点から、当該基材に占めるイミド基含有樹脂の配合量が規定されうる。具体的には、基材を構成する樹脂１００質量％に占めるイミド基含有樹脂（より好ましくはポリイミド（ＰＩ））の配合量は、好ましくは５０質量％以上であり、より好ましくは７０質量％以上であり、さらに好ましくは９０質量％以上であり、特に好ましくは９５質量％以上であり、最も好ましくは１００質量％である。
【００２３】
第１の導電性層３Ａを構成する際に基材に添加される導電性フィラーとしては、特に制限はないが、例えば、導電性カーボン、スズ（Ｓｎ）、およびチタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）などが挙げられる。導電性カーボンとしては、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。これらの導電性カーボンは、電位窓（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｗｉｎｄｏｗ）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。なかでも、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、ケッチェンブラック、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群から選択される少なくとも１種を含むことがより好ましい。これらの導電性カーボンは中空構造を有するため、質量あたりの表面積が大きく、集電体をより一層軽量化することができる。一方、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、および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または金属酸化物が導電性フィラーとして用いられてもよい。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。例えば、Ａｌは正極電位に対して、Ｎｉ、Ｃｕは負極電位に対して、Ｐｔは両極の電位に対して耐性を有する。これらのうち、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、および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。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。なお、これら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。
【００２４】
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、およ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。
【００２５】
導電性フィラーの大きさは、特に制限はなく、導電性層の大きさや厚さまた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、導電性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。
【００２６】
導電性層３Ａに含まれる導電性フィラーの含有量も特に制限はない。ただし、導電性フィラーの含有量は、基材の全質量に対して、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基材に添加することにより、導電性層３Ａの質量増加を抑制しつつ、基材に十分な導電性を付与することができる。
【００２７】
導電性層３Ａ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。
【００２８】
（第２の導電性層）
双極型電極１の負極活物質層７側に位置する導電性層（第２の導電性層）３Ｂは、イミド基非含有樹脂を含む基材に導電性フィラーが添加されてなる遮断性樹脂層３ａおよび金属層３ｂを含む。
【００２９】
遮断性樹脂層３ａにおいて、基材はイミド基非含有樹脂を含む。本形態において、イミド基非含有樹脂は、集電体３へのリチウムイオンの浸透および吸蔵を抑制や、負極電位に対する耐電位性の向上に寄与する。
【００３０】
イミド基非含有樹脂としては、特に制限はなく、非架橋性高分子材料や、架橋性高分子材料が適宜採用されうる。具体的には、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブテン−１（ＰＢ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド−６（ＰＡ−６）、ポリアミド−６６（ＰＡ−６６）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、パーフルオロ（エチレン−プロピレン）共重合体（ＦＥＰ）、パーフルオロアルコキシルアルカン（ＰＦＡ）、硬質ポリ塩化ビニル（ＲＰＶＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、一般ポリスチレン（ＧＰＰＳ）、耐衝撃用ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂（ＡＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂（ＡＢＳ）、変性ポリフェニレンオキシド（ｍ−ＰＰＯ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、およびこれらの樹脂の一部が架橋されてなる架橋性高分子材料、ならびに、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエステル樹脂、紫外線硬化性シリコーン樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、不飽和アクリル樹脂、ポリエステルアクリレート樹脂、ポリエーテルアクリレート樹脂、ポリエン−ポリチオール樹脂などが挙げられる。これらのイミド基非含有樹脂のうち、リチウムイオン遮断性をより高める観点から、架橋性高分子材料を用いることが好ましい。なお、これらのイミド基非含有樹脂は、１種のみが単独で使用されてもよいし、２種以上の共重合体または混合物の形態で使用されても構わない。
【００３１】
なお、遮断性樹脂層３ａを構成する基材は、上述したイミド基非含有樹脂以外にも、第１の導電性層３Ａの欄で説明した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で例示した樹脂を含んでもよい。また、本形態の効果を著しく阻害しない範囲において、遮断性樹脂層３ａはイミド基含有樹脂を含んでもよい。ただし、本形態の作用効果をより一層発揮させるという観点から、遮断性樹脂層３ａにおけるイミド基含有樹脂の配合量も規定されうる。すなわち、基材を構成する樹脂１００質量％に占めるイミド基含有樹脂の配合量は、好ましくは５０質量％以下であり、より好ましくは３０質量％以下であり、さらに好ましくは１０質量％以下であり、特に好ましくは５質量％以下であり、最も好ましくは０質量％である（すなわち、イミド基含有樹脂を含まない）。
【００３２】
遮断性樹脂層３ａは、上述した樹脂からなる基材に導電性フィラーが添加されてなる構成を有する。この際に用いられる導電性フィラーの具体的な形態については、第１の導電性層で述べた形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３３】
また、第２の導電性層３は、金属層３ｂを必須に含む。本形態において、金属層３ｂは、上述の遮断性樹脂層３ａと同様に、集電体３へのリチウムイオンの浸透および吸蔵を抑制するのに寄与する。
【００３４】
本形態の金属層３ｂに使用される金属材料は特に制限はなく、例えば、アルミニウム、銅、鉄、クロム、ニッケル、チタン、バナジウム、モリブデン、ニオブ、金、銀、白金、およびこれら金属の合金、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物などが使用されうる。これらの金属材料のうち、導電性が良好な金属材料を用いることが好ましく、具体的には、アルミニウム、ニッケル、銅、鉄、およびチタン、ならびに合金（一例を挙げると、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌなどのオーステナイト系ステンレス）、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物からなる群から選択される少なくとも１種が好ましい。さらに、金属材料として、放電時における負極電位の下で溶解しない金属材料、または充電時における負極電位の下でリチウムイオンと合金化しない金属材料を用いることが好ましい。このような材料としては、例えば、銅およびニッケル、ならびにこれら金属の合金、金属リン化合物（例えば、ニッケルリン（ＮｉＰ））、金属ホウ素化合物（例えば、ニッケルホウ素（ＮｉＢ））、金属炭化物、金属窒化物（例えば、ニッケル窒化物（ＮｉＮ））、金属酸化物等が挙げられる。
【００３５】
集電体３は、上述した第１の導電性層３Ａ（相対的に正極活物質側に位置する）、および遮断性樹脂層３ａおよび金属層３ｂを少なくとも１層ずつ有する第２の導電性層３Ｂ（相対的に負極活物質層側に位置する）の定義を満たす層を必須に含む。この限りにおいては各層がいかなる配置で積層されていてもよいし、また他の層を含む場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。一例として、図２に、本発明の他の一実施形態に係る双極型リチウムイオン二次電池用集電体を用いた、リチウムイオン二次電池用双極型電極の全体構造を模式的に表した断面図を示す。図２の形態では、第２の導電性３Ｂにおいて、遮断性樹脂層３ａが金属層３ｂに対して相対的に正極活物質層側に位置している点で図１の形態と異なるが、図２の形態でも図１の形態と同様の効果を発揮することができる。すなわち、本形態の集電体３は、第２の導電性層３Ｂにおける遮断性樹脂層３ａと金属層３ｂとの位置関係によらず、十分なリチウムイオン遮断性を発揮することができる。
【００３６】
また、本形態の集電体は、上述した層のほかに、必要に応じてその他の層を含む積層体であってもよい。例えば、その他の層としては、金属溶出防止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。図３に、本発明の他の一実施形態に係る、金属溶出防止層を有する双極型リチウムイオン二次電池用集電体を用いた、リチウムイオン二次電池用双極型電極の全体構造を模式的に表した断面図を示す。図３によると、第２の導電性層３Ｂにおいて、銅からなる金属層３ｂの第１の導電性層３Ａと対向する側の表面（金属層３ｂの正極活物質層５側の表面）に、クロムからなる金属溶出防止層３ｃが設けられている。当該金属溶出防止層３ｃは、極性基であるイミド基を含有する第１の導電性層３Ａと金属層３ｂとが接する場合に生じうる、エレクトロマイグレーションまたはイオンマイグレーションによる金属層３ｂの溶出を防止する機能を有する。
【００３７】
金属溶出防止層３ｃに使用される金属材料は特に制限はないが、例えば、クロム、ニッケル、コバルト、鉄、パラジウム、白金、およびこれらの合金（例えば、ニッケル−クロム合金）や、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物などが挙げられる。特に、これらの金属溶出防止層３ｃは、金属層３ｂが銅またはアルミニウムを含む場合における金属溶出を防止するのに効果的である。
【００３８】
なお、本形態の集電体３は、１つの層に他の層を順次積層して製造してもよいし、２つの層を別々に作製した後、それらの層を接着することによって製造してもよい。この際の、各層の接着方法は特に制限はない。例えば、樹脂を含む２つの層同士を接着する場合には、これら層を熱融着することによって接着することができる。また、樹脂を含む層と金属層３ｂまたは金属溶出防止層３ｃとを接着する方法としては、樹脂を含む層に金属蒸着（メッキ、スパッタ）する方法、金属箔上に樹脂を融着する方法などが挙げられる。さらに、隣接する層の境界面での接触抵抗を低減させたり、接着面の剥離を防いだりするという観点から、２つの層は接着層を介して接着されてもよい。かような接着層に使用される材料としては、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化チタンなどを含む金属酸化物系の導電性ペースト；カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラファイトなどを含むカーボン系の導電性ペーストが好ましく使用される。
【００３９】
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。双極型二次電池においては、双極型電極の正極活物質層と負極活物質層の間に存在する集電体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、集電体の厚さを薄くすることが可能である。具体的には、集電体３の厚さの下限値は、１０μｍ以上であることが好ましく、２０μｍ以上であることがより好ましく、２５μｍ以上であることがさらに好ましい。また、集電体３の厚さの上限値は、２００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましく、５０μｍ以下であることがさらに好ましい。かような厚さを有することによって、軽量で、かつ、十分な機械的強度を確保することができる。第１の導電性層３Ａおよび第２の導電性層３Ｂのそれぞれの厚さについても特に制限はない。具体的には、第１の導電性層３Ａおよび第２の導電性層３Ｂのそれぞれの厚さの下限値は、５μｍ以上であることが好ましく、７μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることがさらに好ましい。また、第１の導電性層３Ａおよび第２の導電性層３Ｂのそれぞれの厚さの上限値は、１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましく、２５μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４０】
また、第１の導電性層３Ａと第２の導電性層３Ｂとの厚さの比についても特に制限はなく、第１の導電性層／第２の導電性層として、好ましくは１０００／１〜１／１０００であり、より好ましくは１００／１〜１／１００であり、さらに好ましくは５／１〜１／１５であり、特に好ましくは２／１〜１／５であり、最も好ましくは１／１〜１／４である。かような範囲内の値が選択されると、リチウムイオンや電解質に対する遮断性が十分に発揮され、電池容量の向上にも寄与しうる。特に、第２の導電性層３Ｂが第１の導電性層３Ａよりも厚い形態では、リチウムイオン遮断性がより顕著に発揮され、電池容量の低下を効果的に防ぐことできる。
【００４１】
さらに、第２の導電性層３Ｂにおける金属層３ｂまたは任意に設けられる金属溶出防止層３ｃの厚さも特に制限はない。ただし、集電体の軽量化や、短絡時における短絡部位への電流集中を抑制するために集電体の面方向の抵抗を低減させる観点から、薄い方が好ましい。より詳しくは、金属層３ｂまたは金属溶出防止層３ｃの厚さは、それぞれ独立して、第１の導電性層３Ａよりも薄いことが好ましく、第１の導電性層３Ａと金属層３ｂとの厚さの比が１０／１以下であることがより好ましい。具体的には、金属層３ｂまたは金属溶出防止層３ｃの厚さは、それぞれ独立して、０．００１μｍ〜１μｍであることが好ましく、０．０１〜０．１μｍであることがより好ましく、０．０５μｍ〜０．１μｍであることがさらに好ましい。
【００４２】
集電体３の体積抵抗の上限値は、電池性能の観点から、１０２Ω・ｃｍ以下とすることが好ましく、１０Ω・ｃｍ以下とすることがより好ましい。一方、集電体３の体積抵抗の下限値は、短絡時における短絡部位への電流集中を抑制するという観点から、１０−５Ω・ｃｍ以上とすることが好ましく、５×１０−２Ω・ｃｍ以上とすることがより好ましく、１０−１Ω・ｃｍ以上とすることがさらに好ましい。なお、かような体積抵抗とするには、導電性層を製造する際に基材（樹脂）に添加する導電性フィラーの種類や量、分散形態、金属層や金属溶出防止層に用いる金属材料などを適宜設定すればよい。
【００４３】
以下、本形態の集電体３が奏する作用効果について説明する。一般に、双極型電極の負極活物質層側に配置される導電性層の最高被占軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位は、負極電位に基づく電子の供給によって上昇する。本発明者らは、この上昇後のレベルが電解液におけるリチウムイオンの酸化還元電位を上回ると、電子が移動し、これに伴ってリチウムイオンが樹脂集電体の内部に浸透することを突き止めた。
【００４４】
本形態の集電体３によれば、第２の導電性層３Ｂに含まれる遮断性樹脂層３ａの最高被占軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位が負極電位によって上昇しても、上昇後のレベルが電解液におけるリチウムイオンの酸化還元電位を上回ることが抑制される。その結果、リチウムイオンの樹脂集電体内部への浸透および吸蔵が防止される（つまり、リチウムイオン遮断性が発揮される）。これに加えて、第２の導電性層３Ｂに含まれる金属層３ｂも、リチウムイオン遮断性をより高める機能を有する。よって、第２の導電性層３Ｂに、遮断性樹脂層３ａおよび金属層３ｂを併用することにより、イミド基含有樹脂を含む樹脂集電体において、十分なリチウムイオン遮断性を確保することが可能となる。
【００４５】
また、本形態の集電体３では、リチウムイオンを遮断する機能を有する第２の導電性層３Ｂとして、金属層３ｂに加えて遮断性樹脂層３ａを併用することにより、面方向の抵抗を抑えることができる。よって、電池が内部短絡した場合であっても電流が短絡部位に流れにくく、電池の発熱を抑えることができる。さらに、本形態の集電体３は、金属層３ｂおよび遮断性樹脂層３ａを併用することにより、負極電位に対する耐電位性にも優れる。
【００４６】
［正極活物質層］
正極活物質層５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。好ましい一例としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物であるリチウム−遷移金属複合酸化物が挙げられる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したものなどが使用できる。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に用いることにより、出力特性に優れた電池を形成することが可能である。この他、前記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。
【００４７】
正極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、正極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは１〜２０μｍである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、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、本発明では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、正極活物質が凝集、塊状などにより２次粒子化したものでなくてもよいことはいうまでもない。かかる正極活物質の粒径および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、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。
【００４８】
［負極活物質層］
負極活物質層７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、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されないが、負極活物質の例としては、ＳｉやＳｎなどの金属、あるいはＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、もしくはＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｎＯ２などの金属酸化物、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４もしくはＬｉ７ＭｎＮなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Ｌｉ−Ｐｂ系合金、Ｌｉ−Ａｌ系合金、Ｌｉ、またはグラファイト（天然黒鉛、人造黒鉛）、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが好ましく挙げられる。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。
【００４９】
上記の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を構成できる観点から、炭素材料、ならびに／またはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｉｎ、およびＺｎからなる群より選択される少なくとも１種以上の元素を含むことが好ましく、炭素材料、Ｓｉ、またはＳｎの元素を含むことが特に好ましい。これらは１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００５０】
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。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、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、本発明では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、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よいことはいうまでもない。かかる負極活物質の粒径および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。
【００５１】
活物質層（５、７）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、前記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。
【００５２】
導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。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。
【００５３】
バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ＰＩ、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。
【００５４】
活物質層に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン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。活物質層の厚さについても特に制限はなく、リチウムイオン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。
【００５５】
集電体表面上への正極活物質層（または負極活物質層）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。例えば、上記したように、正極活物質（または負極活物質）、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、およびバインダを、適当な溶剤に分散、溶解などして、正極活物質スラリー（または負極活物質スラリー）を調製する。これを集電体上に塗布、乾燥して溶剤を除去した後、プレスすることによって、正極活物質層（または負極活物質層）が集電体上に形成される。この際、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、水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。
【００５６】
上記方法において、正極活物質スラリー（または負極活物質スラリー）を集電体上に塗布・乾燥した後、プレスする。この際、プレス条件を調節することにより、正極活物質層（または負極活物質層）の空隙率が制御されうる。
【００５７】
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、プレス処理後の正極活物質層（または負極活物質層）の空隙率が所望の値となるように、適宜調節されうる。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。
【００５８】
本形態の双極型電極１によれば、第２の導電性層３Ｂに含まれる遮断性樹脂層３ａの最高被占軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位が負極電位によって上昇しても、上昇後のレベルが電解液におけるリチウムイオンの酸化還元電位を上回ることが抑制される。その結果、リチウムイオンの樹脂集電体内部への浸透および吸蔵が防止される（つまり、リチウムイオン遮断性が発揮される）。これに加えて、第２の導電性層３Ｂに含まれる金属層３ｂも、リチウムイオン遮断性をより高める機能を有する。よって、第２の導電性層３Ｂに、遮断性樹脂層３ａおよび金属層３ｂを併用することにより、イミド基含有樹脂を含む樹脂集電体において、十分なリチウムイオン遮断性を確保することが可能となる。
【００５９】
＜双極型二次電池＞
また、本発明の一形態によると、上述の双極型電極１と電解質層とが積層されてなる発電要素を有する、双極型リチウムイオン二次電池が提供される。図４は、本発明の一実施形態である双極型二次電池の全体構造を模式的に表した断面図である。図４に示す双極型二次電池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。
【００６０】
図４に示すように、本形態の双極型二次電池１０の発電要素２１は、集電体１１（図１〜３における集電体３）の一方の面に電気的に結合した正極活物質層１３が形成され、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が形成された複数の双極型電極２３（図１〜３における双極型電極１）を有する。各双極型電極２３は、電解質層１７を介して積層されて発電要素２１を形成する。なお、電解質層１７は、基材としてのセパレータの面方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。この際、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、各双極型電極２３および電解質層１７が交互に積層されている。すなわち、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。
【００６１】
隣接する正極活物質層１３、電解質層１７、および負極活物質層１５は、一つの単電池層１９を構成する。したがって、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いえる。また、電解質層１７からの電解液の漏れによる液絡を防止する目的で、単電池層１９の外周部にはシール部（絶縁層）３１が配置されている。なお、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。
【００６２】
さらに、図４に示す双極型二次電池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、これが延長されて電池外装材である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。
【００６３】
図４に示す双極型二次電池１０においては、通常、各単電池層１９の周囲にシール部３１が設けられる。このシール部３１は、電池内で隣り合う集電体１１どうしが接触したり、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目的で設けられる。かようなシール部３１の設置により、長期間の信頼性およ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。
【００６４】
なお、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。また、双極型二次電池１０では、電池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を電池外装材であるラミネートフィルム２９に減圧封入し、正極集電板２５および負極集電板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。以下、本形態の双極型二次電池の主な構成要素について説明する。
【００６５】
［電解質層］
電解質層を構成する電解質に特に制限はなく、液体電解質、ならびに高分子ゲル電解質および高分子固体電解質等のポリマー電解質を適宜用いることができる。
【００６６】
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。
【００６７】
また、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。
【００６８】
一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない高分子固体電解質に分類される。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。
【００６９】
なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィンやポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）等の炭化水素、ガラス繊維などからなる微多孔膜が挙げられる。
【００７０】
高分子固体電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩（リチウム塩）が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が高分子固体電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。
【００７１】
高分子ゲル電解質や高分子固体電解質の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。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー（例えば、ＰＥＯやＰＰＯ）に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合などの重合処理を施せばよい。なお、上記電解質は、電極の活物質層中に含まれていてもよい。
【００７２】
［シール部］
シール部（絶縁層）は、集電体同士の接触や単電池層の端部における短絡を防止する機能を有する。シール部を構成する材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性（密封性）、電池動作温度下での耐熱性等を有するものであればよい。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴム（エチレン−プロピレン−ジエンゴム：ＥＰＤＭ）、等が用いられうる。また、イソシアネート系接着剤や、アクリル樹脂系接着剤、シアノアクリレート系接着剤などを用いても良く、ホットメルト接着剤（ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂）などを用いても良い。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ（製膜性）、経済性等の観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が、絶縁層の構成材料として好ましく用いられ、非結晶性ポリプロピレン樹脂を主成分とするエチレン、プロピレン、ブテンを共重合した樹脂を用いることが、好ましい。
【００７３】
［電池外装材］
電池外装材としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、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を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。本形態では、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が望ましい。
【００７４】
本形態の双極型二次電池１０によれば、第２の導電性層３Ｂに含まれる遮断性樹脂層３ａの最高被占軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位が負極電位によって上昇しても、上昇後のレベルが電解液におけるリチウムイオンの酸化還元電位を上回ることが抑制される。その結果、リチウムイオンの樹脂集電体内部への浸透および吸蔵が防止される（つまり、リチウムイオン遮断性が発揮される）。これに加えて、第２の導電性層３Ｂに含まれる金属層３ｂも、リチウムイオン遮断性をより高める機能を有する。よって、樹脂集電体内部へのリチウムイオンの浸透・吸蔵が十分に防止され、電池容量の低下が抑制されうる。
【実施例】
【００７５】
本発明の作用効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
【００７６】
［実施例１］
＜集電体の作製＞
第１の導電性層として、ポリイミド（ＰＩ）１００質量部に対してケッチェンブラック１０質量部が混合されてなる導電性樹脂フィルム（膜厚：５０μｍ）を作製し、第１の導電性層とした。当該第１の導電性層の一方の面に、スパッタにより銅を２０ｎｍの厚さで堆積させ、第１の導電性層−金属層の積層体を形成した。一方、ポリプロピレン（ＰＰ）１００質量部にケッチェンブラック１０質量部が混合されてなる導電性樹脂フィルム（膜厚：１００μｍ）を作製し、遮断性樹脂層とした。その後、上記第１の導電性層−金属層の積層体の金属層側の面と、上記遮断性樹脂層とを重ね合わせ、１６０℃にて１０分間熱融着することにより、図１のような３層構造を有する双極型リチウムイオン二次電池用集電体を作製した。
【００７７】
＜双極型電極の作製＞
負極活物質としてグラファイト９０質量部、バインダとしてＰＶＤＦ１０質量部、およびスラリー粘度調整溶媒としてＮＭＰ適量を混合し、負極活物質スラリーを調製した。一方、正極活物質としてＬｉＮｉＯ２  ８５質量部、導電助剤としてアセチレンブラック５質量部、バインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１０質量部、およびスラリー粘度調整溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）適量を混合し、正極活物質スラリーを調製した。
【００７８】
上記で調製した負極活物質スラリーを、上記で作製した集電体の第２の導電性層側の表面（すなわち、遮断性樹脂層の表面）に塗布し、乾燥させて負極活物質層（厚さ：３０μｍ）を形成した。同様に、上記で調製した正極活物質スラリーを、上記で作製した集電体の第１の導電性層側の表面に塗布し、乾燥させて正極活物質層（厚さ：３０μｍ）を形成した。この際、負極活物質層の面積と、正極活物質層の面積とを同じとし、負極活物質層と正極活物質層との集電体への投影図が一致するように調整して、負極活物質層および正極活物質層を形成した。その後、集電体の周縁部２０ｍｍの負極活物質層および正極活物質層を剥がし取ることにより集電体の表面を露出させ、双極型電極を完成させた。
【００７９】
＜双極型二次電池の作製＞
電解液としてプロピレンカーボネート・エチレンカーボネートの等体積混合液にリチウム塩であるＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させたものを準備した。
【００８０】
集電体の第１の導電性層側の表面の露出部（周縁部）に幅１２ｍｍのシール材を配置した。この操作を繰り返して、６つの双極型電極がゲル電解質層を介して積層されてなる積層体を得た。次いで、得られた積層体に対して積層方向にホットプレス処理（０．２ＭＰａ、８０℃、５秒間）を施し、シール部を融着させることで隣接する双極型電極間をシールして、発電要素を完成させた。さらに、得られた発電要素の投影面全体を覆うことができるアルミニウム板の一部が発電要素の投影面外部まで伸びている強電端子を用いて発電要素を挟持した。そして、これらをアルミラミネートフィルムで覆い、３辺をラミネートして袋状にした。残りの１辺から上記電解液を注入し、当該１辺を真空下でラミネートした。さらにこれを積層方向にホットプレス処理（面圧１ｋｇ／ｃｍ２、１５０℃、１時間）を施し、未硬化のシール部を硬化させて、双極型二次電池を完成させた。
【００８１】
［実施例２］
集電体の作製において、第１の導電性層の一方の面に、スパッタにより銅を２０ｎｍの厚さで堆積させた後、この堆積させた銅を１５０℃で強熱して酸化銅とすることにより、第１の導電性層−金属層の積層体を形成した。（すなわち、金属層が酸化銅よりなる集電体である。）これ以外は、上述した実施例１と同様の手法により、双極型二次電池を作製した。
【００８２】
［実施例３］
第１の導電性層の一方の面に、スパッタによりクロムを５０ｎｍの厚さで堆積させて金属溶出防止層を形成した。その後、同様にスパッタにより銅を２０ｎｍの厚さで堆積させることにより第１の導電性層−金属溶出防止層−金属層の積層体を形成した。当該第１の導電性層−金属層の積層体の金属層側の面と、遮断性樹脂層とを重ね合わせ、１６０℃にて１０分間熱融着することにより、双極型リチウムイオン二次電池用集電体を作製した。（すなわち、金属層の第１の導電性層と対向する側の表面に金属溶出防止層を有する集電体である。）これ以外は、上述した実施例１と同様の手法により、双極型二次電池を作製した。
【００８３】
［比較例１］
第１の導電性層の一方の面に、スパッタにより銅を２０ｎｍの厚さで堆積させ、第１の導電性層−金属層の積層体を双極型リチウムイオン二次電池用集電体として使用した（すなわち、遮断性樹脂層を有さない集電体である）。これ以外は、上述した実施例１と同様の手法により、双極型二次電池を作製した。
【００８４】
［比較例２］
第１の導電性層と、遮断性樹脂層とを重ね合わせ、１６０℃にて１０分間熱融着することにより、双極型リチウムイオン二次電池用集電体を作製した（すなわち、金属層を有さない集電体である）。これ以外は、上述した実施例１と同様の手法により、双極型二次電池を作製した。
【００８５】
［比較例３］
双極型リチウムイオン二次電池用集電体として、ポリイミド（ＰＩ）１００質量部に対してケッチェンブラック１０質量部が混合されてなる導電性樹脂フィルム（膜厚：５０μｍ）を用いた（すなわち、第１の導電性層のみからなる集電体である）。これ以外は、上述した実施例１と同様の手法により、双極型二次電池を作製した。
【００８６】
［比較例４］
双極型リチウムイオン二次電池用集電体として、ポリプロピレン（ＰＰ）１００質量部にケッチェンブラック１０質量部が混合されてなる導電性樹脂フィルム（膜厚：１００μｍ）を用いた（すなわち、遮断性樹脂層のみからなる集電体である）。これ以外は、上述した実施例１と同様の手法により、双極型二次電池を作製した。
【００８７】
＜サイクル試験＞
実施例１および比較例１で作製した双極型二次電池について、４５℃の雰囲気下、８０ｍＡの電流で各電池の満充電まで定電流（ＣＣ）充電し、その後定電圧（ＣＶ）で充電し、合計で１０時間充電した。その後、定電流放電し、これを１サイクルとして２０サイクルのサイクル試験を行った。そして、２０サイクル後の放電容量維持率（２０サイクル後の放電容量／初期放電容量×１００［％］）を求めた。結果を下記表１に示す。
【００８８】
＜耐電位試験＞
実施例１〜３、ならびに比較例１〜４で作製した双極型二次電池について、負極電位における耐電位試験を行った。具体的には、５ｍＶの一定電圧において１５０時間保持した後における電流密度を測定した。そして、実施例１における電流密度を１とした場合の各例の電流密度の相対値を算出した。なお、電流密度の値が小さいほど、耐電位性に優れることを意味する。結果を下記表１に示す。
【００８９】
【表１】
0005770553.tif 000002
【００９０】
表１のサイクル試験における容量維持率の結果より、第１の導電性層であるＰＩ層の負極活物質層側に金属層および遮断性樹脂層を有する実施例１は、ＰＩ層の負極活物質層側に金属層のみを有する比較例１と比べて、容量維持率が有意に高いことが示された。この効果が発現されるメカニズムは、以下のように推定された。すなわち、ＰＩ層の負極活物質層側に遮断性樹脂層としてのＰＰ層を設けることにより、当該ＰＰ層の最高被占軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位が、負極電位によって上昇しても上昇後のレベルが電解液におけるリチウムイオンの酸化還元電位を上回ることがない。その結果、リチウムイオンの集電体内部への浸透および吸蔵が防止され、電池容量の低下が抑制されると考えられる。
【００９１】
また、表１の耐電位試験における電流密度の結果より、ＰＩ層の負極活物質層側に金属層および遮断性樹脂層を設けることにより、優れた耐電位性能が得られることが示された。
【符号の説明】
【００９２】
１、２３  双極型電極、
３、１１  集電体、
３Ａ  第１の導電性層、
３Ｂ  第２の導電性層、
３ａ  遮断性樹脂層、
３ｂ  金属層、
３ｃ  金属溶出防止層、
５、１３  正極活物質層、
７、１５  負極活物質層、
１０  双極型二次電池、
１１ａ  正極側の最外層集電体、
１１ｂ  負極側の最外層集電体、
１７  電解質層、
１９  単電池層、
２１  発電要素、
２５  正極集電板、
２７  負極集電板、
２９  ラミネートフィルム、
３１  シール部。
【図１】
0005770553.tif 000003
【図２】
0005770553.tif 000004
【図３】
0005770553.tif 000005
【図４】
0005770553.tif 000006