(57)【要約】      （修正有）【課題】積層方向における単電池間で出力にバラツキが生じない積層型電池を提供する。【解決手段】複数の電解質層１４を有し、これらの電解質層が電極体１０を介して積層された蓄電装置であって、複数の電解質層は、積層方向における第１の位置に設けられた電解質層と、第１の位置とは異なる位置であって、第１の位置よりも放熱性の低い第２の位置に設けられた電解質層とを含み、第２の位置における電解質層の抵抗値が、第１の位置における電解質層の抵抗値よりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電解質層を有し、これらの電解質層が電極体を介して積層された蓄電装置であって、
前記複数の電解質層は、
積層方向における第１の位置に設けられた電解質層と、
前記第１の位置とは異なる位置であって、前記第１の位置よりも放熱性の低い第２の位置に設けられた電解質層とを含み、
前記第２の位置における電解質層の抵抗値が、前記第１の位置における電解質層の抵抗値よりも大きいことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記電解質層は、粒子群を含む固体電解質層であり、
前記第２の位置における電解質層中の粒子群の密度が、前記第１の位置における電解質層中の粒子群の密度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記第２の位置における電解質層の厚さが、前記第１の位置における電解質層の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の位置における電解質層の種類が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項５】
積層方向と直交する面内において、前記第２の位置における電解質層及び該電解質層に接触する電極体が、前記第１の位置における電解質層及び該電解質層に接触する電極体よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記第２の位置が、積層方向における略中心に相当する位置であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単電池を積層して構成された組電池等の蓄電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、二次電池等の蓄電装置は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、燃料電池車（ＦＣＶ）の駆動源として用いられており、高出力の要求に応じるために、複数の単電池を電気的に直列に接続した組電池を用いている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１６４８９７号公報（図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
単電池を積層した構成の組電池では、充放電等によって、積層方向において温度分布のバラツキが生じる。具体的には、中心層側に位置する単電池は、外層側に位置する単電池に比べて、放熱性が低く、熱がこもりやすいために、中心層側において温度が高くなってしまう。
【０００５】
ここで、従来の組電池では、すべての単電池が同一の構成となっているため、上述した積層方向における温度分布のバラツキによって、単電池の抵抗値が変化してしまう。具体的には、中心層に位置する単電池の抵抗値が小さくなってしまう。これにより、積層方向における単電池間で、電圧値にバラツキが生じてしまう。
【０００６】
一方、組電池では、一般的に、各単電池が所定の充放電電圧値を外れて過充電又は過放電とならないように充放電を制御している。
【０００７】
ここで、上述したように、単電池間での電圧値にバラツキが生じると、最も低い電圧値を示す単電池を基準に充放電の制御を行わなければならなくなってしまう。そして、このような場合には、組電池を構成するすべての単電池を均等に使用する（充放電させる）ことができなくなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、積層方向における単電池間の出力のバラツキを抑制することのできる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、複数の電解質層を有し、これらの電解質層が電極体を介して積層された蓄電装置であって、複数の電解質層は、積層方向における第１の位置に設けられた電解質層と、第１の位置とは異なる位置であって、第１の位置よりも放熱性の低い第２の位置に設けられた電解質層とを含み、第２の位置における電解質層の抵抗値が、第１の位置における電解質層の抵抗値よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
具体的には、電解質層が、粒子群を含む固体電解質層である場合には、第２の位置における電解質層中の粒子群の密度を、第１の位置における電解質層中の粒子群の密度よりも低くすることができる。
【００１１】
ここで、電解質層中の粒子群の平均粒径を異ならせることで、電解質層中の粒子群の密度を異ならせることができる。また、電解質層中に粒子群を結着させるための結着剤が含まれている場合には、この結着剤の量を異ならせることで、電解質層中の粒子群の密度を異ならせることができる。
【００１２】
一方、第２の位置における電解質層の厚さを、第１の位置における電解質層の厚さよりも厚くすることができる。さらに、第１及び第２の位置における電解質層の種類を互いに異ならせることもできる。例えば、積層方向における電解質層の位置に応じて、イオン伝導度の異なる材料を用いたり、イオン伝導度の異なる複数の材料の混合比を異ならせたりすることができる。
【００１３】
また、積層方向と直交する面内において、第２の位置における電解質層及びこの電解質層に接触する電極体を、第１の位置における電解質層及びこの電解質層に接触する電極体よりも小さくすることができる。
【００１４】
ここで、第２の位置を、積層方向における略中心に相当する位置とすることができる。この場合において、複数の電解質層の抵抗値を、積層方向における外層から中心層に向かって大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、第１及び第２の位置のうち、放熱性の低い第２の位置に設けられた電解質層の抵抗値を、第１の位置に設けられた電解質層の抵抗値よりも予め大きくしている。これにより、蓄電装置の充放電等によって、積層方向における温度分布のバラツキが生じても、積層方向における異なる位置間（単電池間）での出力のバラツキを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例１であるバイポーラ型電池（二次電池）について、図１及び図２を用いて説明する。ここで、図１は、バイポーラ型電池の一部の構成を示す断面図である。また、図２は、バイポーラ型電池の積層方向における温度分布、電圧分布、入出力分布および固体電解質層中の粒子群の密度分布を示す図である。
【００１８】
本実施例のバイポーラ型電池１００は、複数の単電池を積層して構成された組電池である。具体的には、図１に示すように、複数のバイポーラ電極１０を、固体電解質層１４を介して積層した構成を有する。
【００１９】
ここで、単電池とは、固体電解質層１４と、この固体電解質層１４の両側に配置される正極層１２及び負極層１３とによって構成される発電要素である。
【００２０】
各バイポーラ電極１０は、集電体１１と、集電体１１の両面に形成された正極層１２及び負極層１３とを有する。正極層１２及び負極層１３は、インクジェット方式等を用いることにより、集電体１１上に形成することができる。また、正極層１２及び負極層１３は、略均一な厚さ（製造誤差を含む）を有している。
【００２１】
なお、本実施例では、バイポーラ型の二次電池について説明するが、バイポーラ型ではない二次電池についても本発明を適用することができる。ここで、バイポーラ型ではない二次電池では、集電体の両面に同一の電極層（正極層又は負極層）が形成された電極が用いられたり、集電体の片面のみに電極層が形成された電極が用いられたりする。
【００２２】
また、以下の実施例では二次電池について説明するが、蓄電装置としての積層型キャパシタ（電気二重層キャパシタ）にも本発明を適用することができる。
【００２３】
集電体１１は、例えば、アルミニウム箔で形成したり、複数の金属（合金）で形成したりすることができる。また、金属表面にアルミニウムを被覆させたものを集電体１１として用いることもできる。
【００２４】
なお、集電体１１として、複数の金属泊を貼り合わせた、いわゆる複合集電体を用いることもできる。この複合集電体を用いる場合において、正極用集電体の材料としてアルミニウム等を用い、負極用集電体の材料としてニッケルや銅等を用いることができる。また、複合集電体としては、正極用集電体及び負極用集電体を直接接触させたものを用いたり、正極用集電体及び負極用集電体の間に導電性を有する層を設けたものを用いたりすることができる。
【００２５】
集電体１１の互いに向かい合う面のうち、一方の面に形成された正極層１２には、正極活物質が含まれる。また、正極層１２には、必要に応じて、導電助材、バインダ、イオン伝導性を高めるための高分子ゲル電解質、高分子電解質、添加剤などを含めることができる。
【００２６】
また、集電体１１の他方の面に形成された負極層１３には、負極活物質が含まれる。そして、負極層１３には、必要に応じて、導電助材、バインダ、イオン伝導性を高めるための高分子ゲル電解質、高分子電解質、添加剤などを含めることができる。
【００２７】
ここで、各電極層１２、１３を構成する材料については、公知の材料を用いることができる。
【００２８】
例えば、ニッケル−水素電池では、正極層１２の活物質として、ニッケル酸化物を用い、負極層１３の活物質として、ＭｍＮｉ（５−ｘ−ｙ−ｚ）ＡｌｘＭｎｙＣｏｚ（Ｍｍ：ミッシュメタル）等の水素吸蔵合金を用いることができる。また、リチウム二次電池では、正極層１２の活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極層１３の活物質として、カーボンを用いることができる。また、導電剤として、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブを用いることができる。
【００２９】
固体電解質層１４は、２つのバイポーラ電極１０間に配置されている。具体的には、固体電解質層１４は、一方のバイポーラ電極１０の正極層１２と、他方のバイポーラ電極１０の負極層１３とによって挟まれている。また、固体電解質層１４は、略均一な厚さ（製造誤差を含む）を有している。
【００３０】
固体電解質層１４には、複数の粒子からなる粒子群と、この粒子群を結着させるための結着剤とが含まれている。ここで、固体電解質層１４としては、無機固体電解質や高分子固体電解質を用いることができる。
【００３１】
無機固体電解質としては、例えば、Ｌｉの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩、硫化リン化合物を用いることができる。より具体的には、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ４、ＬｉＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ２ＳｉＳ３、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ２−ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｓ−ＧｅＳ４、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５を用いることができる。
【００３２】
また、高分子固体電解質としては、例えば、上記の電解質と電解質の解離を行う高分子とから構成された物質、高分子にイオン解離基を持たせた物質を用いることができる。電解質の解離を行う高分子としては、例えば、ポリエチレンオキサイド誘導体および該誘導体を含むポリマー、ポリプロピレンオキサイド誘導体および該誘導体を含むポリマー、リン酸エステルポリマーを用いることができる。なお、無機固体電解質及び高分子固体電解質を併用することもできる。
【００３３】
ここで、バイポーラ型電池１００としてリチウム二次電池を用いた場合において、固体電解質層１４を構成する材料として硫化物を用いれば、リチウムイオンの伝導性を向上させることができる。硫化物としては、例えば、硫化リチウムや硫化ケイ素を用いることができる。
【００３４】
本実施例のバイポーラ型電池１００は、図１に示す構成がＺ方向（積層方向）において連続している。そして、積層方向の両端にはそれぞれ、図２（Ａ）に示すように、バイポーラ型電池１００の充放電に用いられる正極端子２１及び負極端子２２が設けられている。正極端子２１及び負極端子２２は、バイポーラ型電池１００の充放電を制御するための回路に接続されている。
【００３５】
本実施例のバイポーラ型電池１００においては、複数の固体電解質層１４の構成が積層方向（Ｚ方向）における位置に応じて異なっている。具体的には、図２（Ｅ）に示すように、中心層に位置する固体電解質層１４中の粒子群の密度が最も低くなっており、外層（最外層）に位置する固体電解質層１４中の粒子群の密度が最も高くなっている。
【００３６】
また、中心層及び外層間に位置する固体電解質層１４については、中心層から外層に向かって、粒子群の密度が高くなるように設定されている。
【００３７】
ここで、各固体電解質層１４における粒子群の密度は、略一定（製造誤差を含む）である。
【００３８】
固体電解質層１４中の粒子群の密度を異ならせる方法としては、粒子群の平均粒径を異ならせることができる。具体的には、固体電解質層１４中の粒子群の平均粒径を異ならせる場合には、中心層に位置する固体電解質層１４中の粒子群の平均粒径を最も大きくし、外層に位置する固体電解質層１４中の粒子群の平均粒径を最も小さくする。言い換えれば、中心層に位置する固体電解質層１４中の粒子の粒径を最も大きくし、外層に位置する固体電解質層１４中の粒子の粒径を最も小さくする。
【００３９】
そして、中心層及び外層間に位置する固体電解質層１４については、中心層から外層に向かって、粒子群の平均粒径を増加させる。言い換えれば、粒子の粒径を、中心層から外層に向かって大きくさせる。
【００４０】
一方、略一定の粒径（特定の平均粒径）を有する粒子群を用いつつ、固体電解質層１４中の結着剤の量を異ならせても、固体電解質層１４中の粒子群の密度を異ならせることができる。具体的には、中心層に位置する固体電解質層１４中の結着剤の量を最も多くし、外層に位置する固体電解質層１４中の結着剤の量を最も少なくする。そして、中心層及び外層間に位置する固体電解質層１４については、中心層から外層に向かって、結着剤の量を増加させる。
【００４１】
なお、積層方向における固体電解質層１４の位置に応じて、粒子群の粒径を異ならせつつ、結着剤の量を異ならせることもできる。この場合にも、中心層側に位置する固体電解質層１４中の粒子群の密度を、外層側に位置する固体電解質層１４中の粒子群の密度よりも低くすればよい。
【００４２】
ここで、複数の単電池を積層した構成のバイポーラ型電池１００では、図２（Ｂ）に示すように、積層方向における温度分布が一定にはならず、中心層において最も温度が高くなり、外層において最も温度が低くなる。これは、バイポーラ型電池１００の充放電等に伴う発熱に起因するものであり、中心層側に位置する単電池では、外層側に位置する単電池に比べて放熱性が低く、熱がこもりやすいためである。
【００４３】
この場合において、従来のように、積層方向におけるすべての固体電解質層１４について、粒子群の密度を略一定にすると（図２（Ｅ）の点線参照）、中心層に位置する固体電解質層１４では、温度上昇によって抵抗値が小さくなってしまう。これにより、図２（Ｃ）、（Ｄ）の点線で示すように、積層方向における単電池間で、電圧値や入出力値にバラツキが生じてしまう。
【００４４】
ここで、すべての固体電解質層１４について、粒子群の密度を略一定にした場合には、積層方向における温度分布のバラツキが生じる前（言い換えれば、バイポーラ型電池１００の使用前）において、すべての固体電解質層１４の抵抗値は略一定となる。しかし、バイポーラ型電池１００の使用（充放電等）に伴って、積層方向における温度分布にバラツキが生じるために、積層方向における固体電解質層１４の抵抗値が変化してしまう。
【００４５】
本実施例では、上述したように、積層方向における固体電解質層１４の位置に応じて、固体電解質層１４中の粒子群の密度を異ならせている。ここで、固体電解質層１４中の粒子群の密度を低くすれば、この固体電解質層１４の抵抗値を大きくすることができる。また、固体電解質層１４中の粒子群の密度を高くすれば、この固体電解質層１４の抵抗値を小さくすることができる。
【００４６】
このように、積層方向における位置に応じて、固体電解質層１４の抵抗値を予め異ならせておけば、バイポーラ型電池１００の充放電等によって、図２（Ｂ）に示す温度分布が発生したとしても、積層方向における固体電解質層１４の抵抗値のバラツキを抑制することができる。このように抵抗値のバラツキを抑制すれば、バイポーラ型電池１００における電圧値や入出力値のバラツキを抑制することができる。例えば、図２（Ｃ）、（Ｄ）の実線で示すように、電圧値及び入出力値を略一定にすることができる。
【００４７】
ここで、図２（Ｅ）に示す密度分布は、積層方向における温度分布（図２（Ｂ））に基づいて設定することができる。すなわち、バイポーラ型電池１００の充放電等に伴う積層方向における温度分布を予め求めておけば、この温度変化に伴う各単電池での電圧変化量を得ることができる。
【００４８】
そして、各単電池での電圧変化量に基づいて、各単電池に含まれる固体電解質層１４の抵抗値を設定することができる。すなわち、変化後の電圧値が積層方向においてばらつかないように、各固体電解質層１４の抵抗値を設定することができる。
【００４９】
本実施例のように固体電解質層１４を構成すれば、積層方向における単電池間での電圧値や入出力値のバラツキを抑制できるため、バイポーラ型電池１００内のすべての単電池に対して、同一の基準に基づいて充放電の制御を行うことができる。
【００５０】
ここで、二次電池では、一般的に、入出力電圧が上下限電圧の範囲から外れると、電池寿命に悪影響を与えることが知られているため、電池の長寿命化を図るために、上下限電圧の範囲外となるような充放電は行わないようにしている（フェールセーフ）。本実施例では、このような充放電制御を、すべての単電池に対して同一の条件で行うことができる。
【００５１】
しかも、中心層に位置する固体電解質層１４を基準として、積層方向におけるすべての固体電解質層１４の抵抗値を設定することで、図２（Ｄ）に示すように、従来のバイポーラ型電池（点線で示す）の最大の入出力値に対応した入出力値を得ることができる。
【００５２】
なお、本実施例では、固体電解質層１４中の粒子群の密度を、図２（Ｅ）に示す密度分布曲線に基づいて設定しているが、これに限るものではない。すなわち、積層方向における温度分布のバラツキに伴う単電池間での電圧値のバラツキを抑制できるように、固体電解質層１４中の粒子群の密度を異ならせればよい。
【００５３】
例えば、中心層に位置する固体電解質層１４中の粒子群の密度を、外層に位置する固体電解質層１４中の粒子群の密度よりも低くするだけであってもよい。この場合には、中心層に位置する単電池と外層に位置する単電池における電圧値のバラツキを抑制することができる。そして、バイポーラ型電池１００内において、固体電解質層１４中の粒子群の密度が略等しい、少なくとも２つの固体電解質層１４が含まれていてもよい。
【実施例２】
【００５４】
次に、本発明の実施例２であるバイポーラ型電池（二次電池）について、図３を用いて説明する。ここで、図３は、実施例１の図２に対応した図である。なお、図３（Ｅ）では、積層方向における位置と、固体電解質層の厚さとの関係を示している。
【００５５】
本実施例のバイポーラ型電池１０１の構成も、実施例１で説明したバイポーラ型電池１００の構成と概ね同様である。以下の説明において、実施例１で説明した部材と同じ機能を有する部材については、同一符号を用いる。また、以下の説明では、実施例１と異なる点について説明する。
【００５６】
本実施例では、積層方向（Ｚ方向）の位置に応じて、固体電解質層１４の厚さ（Ｚ方向の長さ）を異ならせている。具体的には、中心層に位置する固体電解質層１４の厚さを最も厚くし、外層に位置する固体電解質層１４の厚さを最も薄くしている。
【００５７】
また、中心層及び外層間に位置する固体電解質層１４については、図３（Ｅ）に示すように、中心層から外層に向かって固体電解質層１４の厚さを薄くしている。なお、各固体電解質層１４の厚さは、略均一（製造誤差を含む）である。
【００５８】
実施例１で説明したように、中心層に位置する単電池では、最も温度が高くなり、この単電池における固体電解質層１４の抵抗値が小さくなる。ここで、バイポーラ型電池１０１内のすべての固体電解質層１４について、この厚さを略一定にすると、図３（Ｃ）、（Ｄ）の点線で示すように、積層方向における単電池間において、電圧値や入出力値にバラツキが生じてしまう。これは、バイポーラ型電池１０１の充放電等に伴う積層方向における温度分布の変化によって、積層方向における単電池間で抵抗値がばらついてしまうためである。
【００５９】
本実施例では、上述したように、積層方向における固体電解質層１４の位置に応じて、固体電解質層１４の厚さを異ならせている。ここで、固体電解質層１４の厚さを厚くすれば、この固体電解質層１４の抵抗値を大きくすることができる。また、固体電解質層１４の厚さを薄くすれば、この固体電解質層１４の抵抗値を小さくすることができる。
【００６０】
このように、積層方向における位置に応じて、固体電解質層１４の抵抗値を予め異ならせておけば、バイポーラ型電池１０１の充放電等によって、図３（Ｂ）に示す温度分布が発生したとしても、積層方向における固体電解質層１４の抵抗値のバラツキを抑制することができる。このように抵抗値のバラツキを抑制すれば、バイポーラ型電池１０１における電圧値や入出力値のバラツキを抑制することができる。例えば、図３（Ｃ）、（Ｄ）の実線で示すように、電圧値及び入出力値を略一定にすることができる。
【００６１】
ここで、図３（Ｅ）に示す厚さ分布は、積層方向における温度分布（図３（Ｂ））に基づいて設定することができる。すなわち、バイポーラ型電池１０１の充放電等に伴う積層方向における温度分布を予め求めておけば、この温度変化に伴う各単電池での電圧変化量を得ることができる。
【００６２】
そして、各単電池での電圧変化量に基づいて、各単電池に含まれる固体電解質層１４の厚さを設定することができる。すなわち、変化後の電圧値が積層方向においてばらつかないように、各固体電解質層１４の厚さを設定することができる。
【００６３】
本実施例においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、本実施例では、固体電解質層１４の厚さを異ならせることで、従来のバイポーラ型電池（複数の固体電解質層の厚さが略等しい電池）に比べて、バイポーラ型電池１０１を薄型化することができる。
【００６４】
なお、本実施例では、固体電解質層１４を用いた場合について説明したが、これに限るものではない。すなわち、液状又はゲル状の電解質を用いることもできる。
【００６５】
この場合には、シール材を用いて、電解質がバイポーラ型電池外に漏れるのを防止する必要がある。具体的には、図４に示すように、積層方向において隣り合う集電体１１の間に、シール材３０を配置して、集電体１１及びシール材３０によって密閉空間を形成する。なお、図４において、実施例１（図１）で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いている。
【００６６】
一方、本実施例では、固体電解質層１４中の厚さを、図３（Ｅ）に示す厚さ分布曲線に基づいて設定しているが、これに限るものではない。すなわち、積層方向における温度分布のバラツキに伴う単電池間での電圧値のバラツキを抑制できるように、固体電解質層１４の厚さを異ならせればよい。
【００６７】
例えば、中心層に位置する固体電解質層１４の厚さを、外層に位置する固体電解質層１４の厚さよりも厚くするだけであってもよい。この場合には、中心層に位置する単電池と外層に位置する単電池における電圧値のバラツキを抑制することができる。そして、バイポーラ型電池１０１内において、固体電解質層１４の厚さが略等しい、少なくとも２つの固体電解質層１４が含まれていてもよい。
【実施例３】
【００６８】
次に、本発明の実施例３であるバイポーラ型電池（二次電池）について、図５を用いて説明する。ここで、図５は、実施例１の図２に対応する図である。なお、図５（Ｅ）では、積層方向における位置と、固体電解質層の抵抗値との関係を示している。
【００６９】
本実施例のバイポーラ型電池１０２の構成も、実施例１で説明したバイポーラ型電池１００の構成と概ね同様である。以下の説明において、実施例１で説明した部材と同じ機能を有する部材については、同一符号を用いる。また、以下の説明では、実施例１と異なる点について説明する。
【００７０】
本実施例のバイポーラ型電池１０２では、固体電解質層１４に含まれる粒子群の材料を、積層方向における固体電解質層１４の位置に応じて異ならせている。
【００７１】
具体的には、図５（Ｅ）に示すように、中心層に位置する固体電解質層１４の抵抗値が最も大きくなり、外層に位置する固体電解質層１４の抵抗値が最も小さくなるように、各固体電解質層１４中の粒子群の材料を異ならせている。また、中心層及び外層間に位置する固体電解質層１４については、中心層から外層に向かって抵抗値が小さくなるように、各固体電解質層１４中の粒子群の材料を異ならせている。
【００７２】
実施例１、２で説明したように、固体電解質層１４中の粒子群の密度を異ならせたり、固体電解質層１４の厚さを異ならせたりすることで、固体電解質層１４の抵抗値を異ならせることができる。ここで、固体電解質層１４を構成する粒子群の材料を異ならせても、固体電解質層１４の抵抗値を異ならせることができる。
【００７３】
粒子群の材料を異ならせる方法としては、互いに異なるイオン伝導度を有する粒子を用いたり、コーティングが施された粒子を用いたりすることができる。
【００７４】
ここで、固体電解質層１４を構成する粒子の材料とイオン伝導度の具体例を挙げると、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３；１０−７［Ｓ／ｃｍ］、Ｌｉ２Ｏ２−ＳｉＯ２；１０−６［Ｓ／ｃｍ］、Ｌｉ２Ｓ−ＧｅＳ４；１０−５［Ｓ／ｃｍ］、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５；１０−４［Ｓ／ｃｍ］、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５；１０−３［Ｓ／ｃｍ］である。
【００７５】
互いに異なる材料の粒子を用いる場合には、固体電解質層１４の位置に応じて、材料を異ならせたり、複数の材料の混合比を異ならせたりすることができる。すなわち、上述した材料の粒子を積層方向における固体電解質層１４の位置に応じて使い分けることができる。また、上述した材料の粒子（少なくとも２つの異なる材料）を混合し、これらの混合比を異ならせることができる。
【００７６】
一方、粒子の表面にコーティングを施す場合には、コーティングの材料によって、イオン伝導度を高くしたり、低くしたりすることができる。そして、互いに異なる種類の粒子（コーティングの材料が異なる粒子）を用いる場合には、固体電解質層１４の位置に応じて、粒子の種類を異ならせたり、複数の粒子（少なくとも２種類）の混合比を異ならせたりすることができる。
【００７７】
なお、コーティングされていない粒子と、コーティングされた粒子とを混合して用いてもよい。
【００７８】
実施例１で説明したように、中心層に位置する単電池では、最も温度が高くなり、この単電池における固体電解質層１４の抵抗値が小さくなる。ここで、バイポーラ型電池１０２内のすべての固体電解質層１４について、同一種類の粒子群を用いると、図５（Ｃ）、（Ｄ）の点線で示すように、積層方向における単電池間において、電圧値や入出力値にバラツキが生じてしまう。これは、バイポーラ型電池１０２の充放電等に伴う積層方向における温度分布の変化によって、積層方向における単電池間で抵抗値がばらついてしまうためである。
【００７９】
本実施例では、上述したように、積層方向における固体電解質層１４の位置に応じて、固体電解質層１４を構成する粒子群の種類（材料又は、複数の材料の混合比）を異ならせている。ここで、固体電解質層１４の抵抗値を大きくしたり、小さくしたりするために、固体電解質層１４中の粒子群の種類を適宜選択することができる。
【００８０】
このように、積層方向における位置に応じて、固体電解質層１４の抵抗値を予め異ならせておけば、バイポーラ型電池１０２の充放電等によって、図５（Ｂ）に示す温度分布が発生しても、積層方向における固体電解質層１４の抵抗値のバラツキを抑制することができる。このように抵抗値のバラツキを抑制すれば、バイポーラ型電池１０２における電圧値や入出力値のバラツキを抑制することができる。例えば、図５（Ｃ）、（Ｄ）の実線で示すように、電圧値及び入出力値を略一定にすることができる。
【００８１】
ここで、図５（Ｅ）に示す抵抗分布（粒子群の種類）は、積層方向における温度分布（図５（Ｂ））に基づいて設定することができる。すなわち、バイポーラ型電池１０２の充放電等に伴う積層方向における温度分布を予め求めておけば、この温度変化に伴う各単電池での電圧変化量を得ることができる。
【００８２】
そして、各単電池での電圧変化量に基づいて、各単電池に含まれる固体電解質層１４の抵抗値を設定することができる。すなわち、変化後の電圧値が積層方向においてばらつかないように、各固体電解質層１４の抵抗値（粒子群の種類）を設定することができる。
【００８３】
本実施例においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
なお、本実施例では、固体電解質層１４を用いた場合について説明したが、これに限るものではない。すなわち、実施例２と同様に、液状又はゲル状の電解質を用いることもできる。この場合には、液状又はゲル状の電解質における抵抗値を異ならせることになる。具体的には、これらの電解質の種類（材料又は、複数の材料の混合比）を異ならせることができる。
【００８５】
一方、本実施例では、各固体電解質層１４中の粒子群の種類を、図５（Ｅ）に示す抵抗分布曲線に基づいて設定しているが、これに限るものではない。すなわち、積層方向における温度分布のバラツキに伴う単電池間での電圧値のバラツキを抑制できるように、固体電解質層１４中の粒子群の種類を異ならせればよい。
【００８６】
例えば、中心層に位置する固体電解質層１４の抵抗値が、外層に位置する固体電解質層１４の抵抗値よりも大きくなるように、これらの固体電解質層１４中の粒子群の種類を異ならせるだけであってもよい。この場合には、中心層に位置する単電池と外層に位置する単電池における電圧値のバラツキを抑制することができる。そして、バイポーラ型電池１０２内において、固体電解質層１４中の粒子群の種類が等しい、少なくとも２つの固体電解質層１４が含まれていてもよい。
【実施例４】
【００８７】
次に、本発明の実施例４であるバイポーラ型電池（二次電池）について、図６を用いて説明する。ここで、図６は、実施例１の図２に対応した図である。なお、図６（Ｅ）では、積層方向における位置と、バイポーラ電極（電極体）の面積との関係を示している。
【００８８】
本実施例のバイポーラ型電池１０３の構成も、実施例１で説明したバイポーラ型電池１００の構成と概ね同様である。以下の説明において、実施例１で説明した部材と同じ機能を有する部材については、同一符号を用いる。また、以下の説明では、実施例１と異なる点について説明する。
【００８９】
本実施例のバイポーラ型電池１０３では、積層方向の位置に応じて、バイポーラ電極１０（電極層１２、１３）及び固体電解質層１４の面積を異ならせたものである。ここでいう「面積」とは、積層方向と直交する面内での面積（大きさ）である。
【００９０】
具体的には、中心層に位置するバイポーラ電極１０（電極層１２、１３）及び固体電解質層１４の面積が最も小さく、外層に位置するバイポーラ電極１０（電極層１２、１３）及び固体電解質層１４の面積が最も大きくなっている。そして、中心層及び外層間に位置するバイポーラ電極１０及び固体電解質層１４については、中心層から外層に向かって、バイポーラ電極１０（電極層１２、１３）及び固体電解質層１４の面積が大きくなっている。
【００９１】
本実施例のように、バイポーラ電極１０（電極層１２、１３）及び、これに接触する固体電解質層１４の面積を異ならせることにより、積層方向の位置に応じて、単電池での抵抗値を異ならせることができる。すなわち、バイポーラ電極１０及び、これに接触する固体電解質層１４の面積を小さくすれば、抵抗値を大きくすることができる。また、バイポーラ電極１０及び、これに接触する固体電解質層１４の面積を大きくすれば、抵抗値を小さくすることができる。
【００９２】
実施例１で説明したように、中心層に位置する単電池では、最も温度が高くなり、この単電池における抵抗値が小さくなる。ここで、バイポーラ型電池１０３内のすべてのバイポーラ電極１０及び固体電解質層１４を同一面積にすると、図６（Ｃ）、（Ｄ）の点線で示すように、積層方向における単電池間において、電圧値や入出力値にバラツキが生じてしまう。これは、バイポーラ型電池１０３の充放電等に伴う積層方向における温度分布の変化によって、積層方向における単電池間で抵抗値がばらついてしまうためである。
【００９３】
本実施例では、上述したように、積層方向における位置に応じて、バイポーラ電極１０及び固体電解質層１４の面積を異ならせることで、積層方向における単電池での抵抗値を異ならせている。
【００９４】
このように、積層方向における位置に応じて、単電池の抵抗値を予め異ならせておけば、バイポーラ型電池１０３の充放電等によって、図６（Ｂ）に示す温度分布が発生しても、積層方向における単電池の抵抗値のバラツキを抑制することができる。このように抵抗値のバラツキを抑制すれば、バイポーラ型電池１０３における電圧値や入出力値のバラツキを抑制することができる。例えば、図６（Ｃ）、（Ｄ）の実線で示すように、電圧値及び入出力値を略一定にすることができる。
【００９５】
ここで、図６（Ｅ）に示す面積分布は、積層方向における温度分布（図６（Ｂ））に基づいて設定することができる。すなわち、バイポーラ型電池１０３の充放電等に伴う積層方向における温度分布を予め求めておけば、この温度変化に伴う各単電池での電圧変化量を得ることができる。
【００９６】
そして、各単電池での電圧変化量に基づいて、各単電池に含まれるバイポーラ電極１０及び固体電解質層１４の面積を設定することができる。すなわち、変化後の電圧値が積層方向においてばらつかないように、バイポーラ電極１０及び固体電解質層１４の面積を設定することができる。
【００９７】
本実施例においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、本実施例では、外層側から中心層側に向かって、バイポーラ電極１０及び固体電解質層１４の面積を小さくしているため、バイポーラ型電池（組電池）１０３を軽量化することができる。
【００９８】
なお、本実施例では、固体電解質層１４を用いた場合について説明したが、これに限るものではない。すなわち、実施例２と同様に、液状又はゲル状の電解質を用いることもできる。
【００９９】
一方、本実施例では、バイポーラ電極１０及び固体電解質層１４の面積を、図６（Ｅ）に示す面積分布曲線に基づいて設定しているが、これに限るものではない。すなわち、積層方向における温度分布のバラツキに伴う単電池間での電圧値のバラツキを抑制できるように、バイポーラ電極１０及び固体電解質層１４の面積を異ならせればよい。
【０１００】
例えば、中心層に位置するバイポーラ電極１０及び固体電解質層１４の面積を、外層に位置するバイポーラ電極１０及び固体電解質層１４の面積よりも小さくするだけであってもよい。この場合には、中心層に位置する単電池と外層に位置する単電池における電圧値のバラツキを抑制することができる。そして、バイポーラ型電池１０３内において、バイポーラ電極１０及び固体電解質層１４の面積が等しい、少なくとも２つの単電池が含まれていてもよい。
【０１０１】
なお、本実施例では、図６（Ａ）に示すように、バイポーラ型電池（組電池）１０３の両側面（Ｘ方向における側面）に曲率を持たせた構成としているが、これに限るものではない。
【０１０２】
すなわち、バイポーラ電極１０及び固体電解質層１４の面積を積層方向の位置に応じて異ならせればよく、例えば、バイポーラ型電池（組電池）の一方の側面に曲率を持たせ、他方の側面を略平坦とすることもできる。言い換えれば、積層されるバイポーラ電極１０及び固体電解質層１４の一側辺を積層方向で一致させることができる。
【０１０３】
また、バイポーラ電極１０及び固体電解質層１４の形状（積層方向から見たときの形状）は、いかなる形状であってもよい。例えば、バイポーラ電極１０や固体電解質層１４の形状を、矩形状や円形状に形成することができる。他の実施例についても同様である。
【０１０４】
上述した実施例１〜４では、複数の単電池を積層した組電池内での温度分布を考慮して、各固体電解質層１４の構成を異ならせたものであるが、組電池が外部からの熱的影響を受けて、積層方向における温度分布が変化する場合には、この温度分布に基づいて、各固体電解質層１４の構成を異ならせることができる。以下、具体的に説明する。
【０１０５】
例えば、組電池の近傍に熱源（エンジンやモータ等）が配置されている場合には、この熱源からの熱的影響を受けることによって、熱源側の単電池では、他の単電池に比べて高温となる（言い換えれば、放熱性が悪化する）ことがある。
【０１０６】
そこで、複数の単電池（固体電解質層）のうち、熱源側に位置する単電池（固体電解質層）の抵抗値を、他の位置にある単電池（固体電解質層）の抵抗値よりも高くすることで、積層方向における単電池間での電圧値のバラツキを抑制することができる。
【０１０７】
具体的には、熱源側（積層方向のうち一方の外層側）に位置する単電池（１つ又は複数）における抵抗値を、他の単電池（例えば、積層方向のうち他方の最外層側に位置する単電池）における抵抗値よりも大きくすることができる。
【０１０８】
ここで、単電池の抵抗値を異ならせる方法としては、実施例１〜４で説明したように、固体電解質層１４中の粒子群の密度を異ならせたり、固体電解質層１４の厚さを異ならせたり、固体電解質層１４を構成する粒子群の種類（材料又は、複数の材料の混合比）を異ならせたり、バイポーラ電極１０及び固体電解質層１４の面積を異ならせたりすることができる。
【０１０９】
一方、上述した実施例１〜４では、固体電解質層１４中の粒子群の密度、固体電解質層１４の厚さ、固体電解質層１４中の粒子群の種類、バイポーラ電極１０及び固体電解質層１４の面積をそれぞれ、積層方向の位置に応じて異ならせたものであるが、これら４つのパラメータのうち、少なくとも２つのパラメータを異ならせることもできる。この場合にも、放熱性の低い位置（例えば、中心層）における単電池の抵抗値を、放熱性の高い位置（例えば、外層）における単電池の抵抗値よりも大きくすればよい。
【０１１０】
上述した実施例１〜３で説明した二次電池は、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、燃料電池車（ＦＣＶ）におけるモータ駆動用の蓄電装置として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明であるバイポーラ型電池の一部の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１において、積層方向の位置と、温度、電圧値、入出力値および固体電解質層の粒子群の密度との関係を示す図である（Ａ〜Ｅ）。
【図３】本発明の実施例２において、積層方向の位置と、温度、電圧値、入出力値および固体電解質層の厚さとの関係を示す図である（Ａ〜Ｅ）。
【図４】実施例２の変形例であるバイポーラ型電池の一部の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例３において、積層方向の位置と、温度、電圧値、入出力値および固体電解質層の抵抗（粒子群の種類）との関係を示す図である（Ａ〜Ｅ）。
【図６】本発明の実施例４において、積層方向の位置と、温度、電圧値、入出力値および電極面積との関係を示す図である（Ａ〜Ｅ）。
【符号の説明】
【０１１２】
１０：バイポーラ電極
１１：集電体
１２：正極層
１３：負極層
１４：固体電解質層
２０：集電体
１００：バイポーラ型電池
【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】
2008123953.tif 000007
【図６】
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