(57)【要約】【課題】単電池ごとの電圧を測定することのできる積層型電池を提供することである。【解決手段】単電池のそれぞれに、単電池ごとの電圧を測定するための分担電圧測定用タブ電極１１〜１７を設け、分担電圧測定用タブ電極１１〜１７が少なくとも隣接するもの同士で同位置とならないように配置したことを特徴とする積層型電池１である。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池を直列に接続して積層した積層型電池において、
前記単電池のそれぞれに、単電池ごとの電圧を測定するための分担電圧測定用タブ電極を設け、
前記分担電圧測定用タブ電極が少なくとも隣接するもの同士で同位置とならないように配置したことを特徴とする積層型電池。
【請求項２】
前記分担電圧測定用タブ電極は、電池側面の長手方向に等間隔にずれて配置されていることを特徴とする請求項１記載の積層型電池。
【請求項３】
前記電池側面の長手方向に等間隔にずれて配置されている前記分担電圧測定用タブ電極は、複数列配置されていることを特徴とする請求項２記載の積層型電池。
【請求項４】
前記分担電圧測定用タブ電極は、電池の対抗する両側面に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一対に記載の積層型電池。
【請求項５】
前記分担電圧測定用タブ電極同士を接続することにとって複数の前記積層型電池の前記単電池同士を並列に接続したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の積層型電池。
【請求項６】
前記積層型電池は、
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てなるバイポーラ電極と、高分子固体電解質層と、を含み、
前記正極活物質層または前記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むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の積層型電池。
【請求項７】
リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項６記載の積層型電池。
【請求項８】
前記負極活物質層に含まれる負極活物質が、金属の酸化物または金属とリチウムの複合酸化物であることを特徴とする請求項６または７記載の積層型電池。
【請求項９】
前記負極活物質層に含まれる負極活物質が、カーボンであることを特徴とする請求項６または７記載の積層型電池。
【請求項１０】
前記カーボンは、ハードカーボンであることを特徴とする請求項９記載の積層型電池。
【請求項１１】
前記分担電圧測定用タブ電極に、前記単電池の充電電圧を制御する単電池コントローラを接続するための分担電圧タブ接続用電極を有するソケットが接続されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の積層型電池。
【請求項１２】
前記単電池コントローラは、前記ソケットと一体化していることを特徴とする請求項１０記載の積層型電池。
【請求項１３】
前記単電池コントローラは、前記単電池の電圧が規定値を超えた場合に、前記正極と負極を電気的に接続する電流バイパス回路であることを特徴とする請求項６記載の積層型電池。
【請求項１４】
前記電流バイパス回路は、前記単電池の前記正極と負極との間に接続されるツェナーダイオードを含むことを特徴とする請求項１３記載の積層型電池。
【請求項１５】
前記電流バイパス回路は、前記単電池の前記正極と負極との間に接続されるツェナーダイオードと抵抗器との直列回路を含むことを特徴とする請求項１３記載の積層型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できるリチウムイオン二次電池に注目が集まっている。
【０００３】
特に、自動車に適用できるように大出力を確保するために、複数の二次電池（一つの電池を単電池と称する）を直列に接続した積層型電池がある。
【０００４】
積層型電池においては、個々の単電池の電圧が理想的には充電電圧／単電池の直列接続個数となるように、各々の単電池が電圧を分担することである。
【０００５】
ところが、実際には、単電池ごとに内部抵抗と容量にばらつきがあるため、各単電池が分担する電圧にバラツキがある。このため、分担電圧が大きい単電池から劣化が進行し、積層型電池としての寿命がこの分担電圧の大きい単電池によって制限されてしまうことになる。
【０００６】
このような問題を解決するためには、各々の単電池ごとに分担する電圧を制御して、すべての単電池が均等に電圧を分担できるようにようにするとよい。
【０００７】
このためには、一つひとつの単電池に対してその電圧を測定するための電極を設ける必要がある。
【０００８】
たとえば電池とは技術分野の異なるキャパシタの発明として、特開２００１−２５０７４１号公報には、複数のキャパシタを積層した積層型電気二重層キャパシタにおいて、複数のキャパシタの各々に分担電圧を測定するための分担電圧測定用タブを設けた構成が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、キャパシタと電池とは、電極構成材料、充放電メカニズム、容量に大きな違いがあり、キャパシタの技術を単純に電池に応用することはできない。
【００１０】
複数の単電池により構成された電池では、単電池ごとの電極間距離が非常に短いため、分担電圧測定用タブ電極間の距離も近くなり、互いに接触してショートする危険性がある。これはとくに、二次電池の場合、化学変化によって電力が持続的に出力されているため、万が一ショートした場合には、キャパシタの短絡とは異なり持続的に電力が出力されることになるため、ショート部分のみならず電池全体の破壊に至るおそれがある。
【００１１】
これを回避するためには、たとえば分担電圧測定用タブ電極の片面に接触防止用の絶縁フィルムを貼ることも考えられるが、分担電圧測定用タブ電極部分だけが厚くなり、シール性、スペース効率が低下すると言った問題があり採用できない。
【００１２】
また、分担電圧測定用タブ電極を設けた場合の他の問題として、分担電圧測定用タブ電極に電圧測定用ソケットまたは単電池コントローラを設置する際に、タブ間の距離が近すぎて、電圧測定用ソケットまたは単電池コントローラの配線構造が複雑になると言った問題もある。
【００１３】
そこで本発明の目的は、単電池ごとの電圧を測定することのできる積層型電池を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、複数の単電池を直列に接続して積層した積層型電池において、前記単電池のそれぞれに、単電池ごとの電圧を測定するための分担電圧測定用タブ電極を設け、前記分担電圧測定用タブ電極が少なくとも隣接するもの同士で同位置とならないように配置したことを特徴とする積層型電池である。
【００１５】
また、本発明において、前記積層型電池は、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てなるバイポーラ電極と、高分子固体電解質層と、を含み、前記正極活物質層または前記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むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明においては、前記分担電圧測定用タブ電極に、前記単電池の充電電圧を制御する単電池コントローラを接続するための分担電圧タブ接続用電極を有するソケットが接続されていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の積層型電池によれば、分担電圧測定用タブ電極同士が接触して短絡する危険がなく、容易に各単電池の分担電圧を測定することができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明を適用した電池の概観構成を示す斜視図であり、図２は、図１における矢印Ａ方向から見た電池の側面図である。
【００２０】
この電池は、複数の単電池を複数個直列に接続して、積層したものである。電池構造は、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てなるバイポーラ電極と、このバイポーラ電極の間に設けられた高分子固体電解質層と、を含むバイポーラ電池１である。なお、このバイポーラ電池１の電池としての内部構造については後述する。
【００２１】
そして、このバイポーラ電池１を構成する各単電池の集電体には、図２に示すように、単電池ごとの電圧を測定するための分担電圧測定用タブ電極１１〜１７が設けられている。
【００２２】
分担電圧測定用タブ電極は、少なくとも隣接するもの同士が同位置とならないように配置されている。具体的には、バイポーラ電池１側面の長手方向に等間隔にずれて配置されている。なお、分担電圧測定用タブ電極の数は、単電池の積層数によって異なる。
【００２３】
また、バイポーラ電池１の両端に位置する集電体には、主回路タブ電極１９および２０が設けられている。
【００２４】
図３は、このバイポーラ電池１の内部構成を説明するための概略図である。
【００２５】
バイポーラ電池１は、集電体３１と、この集電体３１に正極集電体層３２および負極活物質層３３が設けられたｎ個のバイポーラ電極３０と、ｎ＋１個の高分子固体電解質層４０とを交互に貼り合わせて、最外層の高分子固体電解質層４１に、それぞれ電池の電極２１および２２を配置している。電池の電極２１および２２は、最外層に位置する集電体３１に設けられた主回路タブ電極１９および２０によって外部の回路に接続される。
【００２６】
正極（＋）端子側電極２１は、集電体３１上に正極活物質層３２のみを形成した電極である。一方、負極（−）端子側電極２２は、集電体３１上に負極活物質層３３のみを形成した電極である。
【００２７】
バイポーラ電極３０の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。シート状電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できるのであれば、バイポーラ電極の積層回数を少なくしてもよい。
【００２８】
バイポーラ電池を使用する際には、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、シート状に積層された電池を電池ケース４５に収容するとよい。電池ケース４５は、たとえば、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの内面をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆したものなどが好適である。
【００２９】
このバイポーラ電池１は、リチウムイオンの移動によって充放電が媒介されるリチウムイオン二次電池に用いられる。ただし、電池特性の向上等の効果が得られるのであれば、他の種類の電池に適用することを妨げるものではない。
【００３０】
以下、さらにこのバイポーラ電池１の構成について説明する。
【００３１】
［バイポーラ電極］
図４は、一つのバイポーラ電極の構造を示す図面である。
【００３２】
バイポーラ電極３０は、一体化されている集電体３１の一の面に正極活物質層３２を配置し、他の面に負極活物質層３３を配置した構造である。換言すれば、正極活物質層３２、集電体３１、および負極活物質層３３が、この順序で積層した構造である。
【００３３】
このようなバイポーラ電極３０に対して、通常の電極からなる電池は、単電池を直列に接続する場合には正極集電体と負極集電体とを接続部（配線など）を介して電気的に接続している。かような電池は、接続部において接続抵抗が生じるため、出力の低下を招来する。また、電池モジュールの小型化を考えると、接続部のような発電とは直接関係のない部材がある分不利となり、また、その分電池モジュール全体のエネルギー密度を低下させることになる。
【００３４】
バイポーラ電極はかような問題を解決する。つまり、直列に接続される電極同士を介在する接続部が存在しないため、接続部の抵抗による出力の低下がない。また、接続部が存在しないため、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。
【００３５】
このバイポーラ電池１においては、正極活物質層３２または負極活物質層３３の少なくとも一方には高分子固体電解質が含まれている。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。
【００３６】
［集電体］
図５は、第１の実施の形態における電池のバイポーラ電極に用いられている一つひとつの集電体の構造を示す図面である。
【００３７】
集電体は、図示するように、一つひとつの集電体１１１、１１２、１１３、および１１７において、それぞれ異なる位置に分担電圧測定用タブ電極１１〜１７が設けられている。そして、正極（＋）端子側電極２１および負極（−）端子側電極２２となる集電体１１１および１１７には、分担電圧測定用タブ電極１１〜１７とは異なる方向に主回路タブ電極１９および２０が設けられている。なお、図示する場合には、分担電圧測定用タブ電極１４〜１６を有する集電体については、分担電圧測定用タブ電極１４〜１６の位置が異なるのみであり、構造的には同様であるので図示省略した。
【００３８】
このような集電体を用いて構成したバイポーラ電極を積層することで、図１および図２に示したように、分担電圧測定用タブ電極１１〜１７の位置が、互いにバイポーラ電池１側面の長手方向にずれて重ならないようになる。
【００３９】
したがって、単電池の厚さが薄い場合でも分担電圧測定用タブ電極１１〜１７同士が接触して短絡することを防止することができる。また、このように分担電圧測定用タブ電極１１〜１７の配置位置自体により互いが接触する問題を解決しているため、分担電圧測定用タブ電極１１〜１７の片面に接触防止用の絶縁フィルムを貼るなどといった必要もない。このため、分担電圧測定用タブ電極１１〜１７を設けたことにより電池の厚さが厚くなることもない。
【００４０】
［正極活物質層］
正極活物質層３２は、正極活物質、高分子固体電解質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるためにリチウム塩や導電助剤などが含まれ得る。
【００４１】
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。この他、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。
【００４２】
正極活物質の粒径は、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用いられる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０．１〜５μｍであるとよい。
【００４３】
高分子固体電解質は、イオン伝導性を有する高分子であれば、特に限定されるものではない。イオン伝導性を有する高分子としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体などが挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子は、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２などのリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。本発明において高分子固体電解質は、正極活物質層または負極活物質層の少なくとも一方に含まれる。ただし、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。
【００４４】
リチウム塩としては、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、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。
【００４５】
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、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。
【００４６】
正極活物質層における、正極活物質、高分子固体電解質、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。例えば、活物質層内における高分子固体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、活物質層内における高分子固体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。従って、これらの要因を考慮して、目的に合致した高分子固体電解質量を決定する。
【００４７】
ここで現状レベルの高分子固体電解質（イオン伝導度：１０−５〜１０−４Ｓ／ｃｍ）を用いて電池反応性を優先するバイポーラ電池を製造する場合について、具体的に考えてみる。かような特徴を有するバイポーラ電池を得るには、導電助剤を多めにしたり活物質のかさ密度を下げたりして、活物質粒子間の電子伝導抵抗を低めに保つ。同時に空隙部を増やし、該空隙部に高分子固体電解質を充填する。かような処理によって高分子固体電解質の割合を高めるとよい。
【００４８】
正極活物質層の厚さは、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。
【００４９】
［負極活物質層］
負極活物質層３３は、負極活物質、高分子固体電解質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるためにリチウム塩や導電助剤などが含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極活物質」の項で記載した内容と同様でよい。
【００５０】
負極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池で使用される負極活物質を用いることができるが、特に高分子固体電解質が好ましく、高分子固体電解質での反応性を考慮すると、金属酸化物または金属とリチウムとの複合酸化物が好ましい。より好ましくは、負極活物質は遷移金属酸化物または遷移金属とリチウムとの複合酸化物である。さらに好ましくは、負極活物質はチタン酸化物またはチタンとリチウムとの複合酸化物である。
【００５１】
また、負極活物質としては、この他に、たとえばカーボンも好適である。負極活物質としてカーボンを用いた場合には、リチウムにリチウムイオンを導入することで、リチウムを含有した負極活物質と同等の高電圧電池を得ることができる。用いられるカーボンとしては、ハードカーボンがより好ましい。ハードカーボンは、グラファイトに比べて充電状態の変化に対する電圧変化が大きいため、電圧の変化から充電状態を予測することが可能となる。したがって、出入りした電気量から充電状態を計算する手間またはそのための装置が不要となり、単電池の充電制御およびそのための装置が簡単になる。
【００５２】
［高分子固体電解質層］
高分子固体電解質層４０は、イオン伝導性を有する高分子から構成される層であり、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。高分子固体電解質としては、たとえばポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体のような公知の高分子固体電解質が挙げられる。高分子固体電解質層４０中には、イオン伝導性を確保するためにリチウム塩が含まれる。リチウム塩としては、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、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。ＰＥＯ、ＰＰＯのようなポリアルキレンオキシド系高分子は、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２などのリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。
【００５３】
高分子固体電解質は、高分子固体電解質層、正極活物質層、負極活物質層に含まれ得るが、同一の高分子固体電解質を使用してもよく、層によって異なる高分子固体電解質を用いてもよい。
【００５４】
高分子固体電解質層の厚さは、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、電解質層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。一般的な高分子固体電解質層の厚さは５〜２００μｍ程度である。
【００５５】
ところで、現在好ましく使用される高分子固体電解質用の高分子は、ＰＥＯ、ＰＰＯのようなポリエーテル系高分子である。このため、高温条件下における正極側での耐酸化性が弱い。したがって、溶液系のリチウムイオン電池で一般に使用される、酸化還元電位の高い正極剤を使用する場合には、負極の容量が、高分子固体電解質層を介して対向する正極の容量より少ないことが好ましい。負極の容量が対向する正極の容量より少ないと、充電末期に正極電位が上がり過ぎることを防止できる。ここで、「高分子固体電解質層を介して対向する正極」とは、同一の単電池の構成要素である正極を指す。なお、正極および負極の容量は、正極および負極を製造する際の理論容量として、製造条件から求めることができる。完成品の容量を測定装置で直接測定してもよい。
【００５６】
ただし、負極の容量を対向する正極の容量と比べて少ないと、負極電位が下がりすぎて電池の耐久性が損なわれる恐れがあるので充放電電圧に注意する必要がある。例えば、一のセルの平均充電電圧を使用する正極活物質の酸化還元電位に対して適切な値に設定して、耐久性が低下しないように注意する。
【００５７】
以上説明したように、本第１の実施の形態によるバイポーラ電池１によれば、各単電池の集電体に、バイポーラ電池１側面の長手方向にずれて、積層された状態で互いに重ならないように設けられた分担電圧測定用タブ電極１１〜１７を有するので、各単電池の分担電圧を容易に測定するができる。しかも、分担電圧測定用タブ電極１１〜１７は、バイポーラ電池１側面の長手方向にずれて積層された状態で互いに同位置で重ならないように設けられているため、単電池の厚さが薄くなっても隣接する分担電圧測定用タブ電極同士が接触して短絡するような不具合を回避することができる。また、これにより分担電圧測定用タブ電極の片面を絶縁被覆する必要もないので、単電池の厚さを薄くすることができる。
【００５８】
また、この分担電圧測定用タブ電極１１〜１７は、バイポーラ電池１側面の長手方向に等間隔に並んでいるので、この分担電圧測定用タブ電極１１〜１７に接続する電圧測定用ソケットの構造が単純になり、その製作が容易になる。
【００５９】
さらに、本第１の実施の形態によるバイポーラ電池１は、電解質が高分子固体電解質であるため、特別な部材を設けなくともセル間の液絡を防止することができる。また、このバイポーラ電池１は、活物質層内部に高分子固体電解質が含まれているため、活物質層内部のイオン伝導度に優れ、バイポーラ電池の電池特性も高い。
【００６０】
また、このバイポーラ電池１の負極活物質にハードカーボンを用いた場合には、単電池の充電制御を電圧測定のみで簡単に行うことが可能となる。ハードカーボンを用いることで、単電池の電圧を測定することにより単電池の充電状態を検出することができるため、構成が簡単で高出力の積層型電池にすることができる
（第２の実施の形態）
図６は、本発明を適用した第２の実施の形態の電池の概観構成を示す斜視図であり、図７は、図６における矢印Ａ方向から見た電池の側面図である。
【００６１】
第２の実施の形態における電池は、前述した第１の実施の形態と同様のバイポーラ電池２である。そして、本第２の実施の形態では、図７に示すように、バイポーラ電池２の集電体に、バイポーラ電池２側面の長手方向にずれて、積層された状態で互いに重ならないように等間隔で配置された分担電圧測定用タブ電極２１１〜２１７および２２１〜２２７を２列になるように設けたものである。分担電圧測定用タブの数は、単電池の積層数によって異なる。なお、電池の内部構造については、図３を参照して説明した第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。また、第１の実施の形態同様に、バイポーラ電池２の両端に位置する集電体には、主回路タブ電極１９および２０が設けられている。
【００６２】
図８は、本第２の実施の形態における一つひとつの集電体を示す図面である。図示するように、本第２の実施の形態におけても基本的には第１の実施の形態と同様に、一つひとつの集電体２３１、２３２、２３７、および２４７において、それぞれ異なる位置に分担電圧測定用タブ２１１〜２１７および２２１〜２２７が設けられている。また、正極（＋）端子側電極２１および負極（−）端子側電極２２となる集電体２３１および２４７には、分担電圧測定用タブ電極とは異なる方向に主回路タブ電極１９および２０が設けられている。
【００６３】
そして、本第２の実施の形態では、積層された単電池のちょうど中間に位置する集電体２１７には、一つの集電体２１７の両端に分担電圧測定用タブ電極２１７と２２１を設けている。これにより、電圧測定用タブ電極間の距離（たとえば２１６と２１７、２２１と２２２など分担電圧を測定するための一対の電極）が常に一定距離にすることができる。したがって、分担電圧測定用タブ２１１〜２１７および２２１〜２２７に対応する電圧測定用ソケットの構造が簡素ですむようになる。
【００６４】
なお、図示する場合には、分担電圧測定用タブ電極２１４、２１５、２１６、および２２１〜２２６を有する集電体については、分担電圧測定用タブ電極の位置が異なるのみであり、構造的には同様であるので図示省略した。
【００６５】
このように、本第２の実施の形態によれば、積層された状態で互いに重ならないように電池側面の長手方向に等間隔で配置された分担電圧測定用タブ電極を２列になるように設けたことで、単電池の積層数が多い場合でも、隣接する単電池同士の分担電圧測定用タブ電極が接触して短絡することを防止することができる。また、２列に設置した分担電圧測定用タブ電極のうち、積層の中間にある集電体の分担電圧測定用タブ電極は、その集電体の両端に設けたことで、電圧測定用タブ電極間の距離が常に一定となり、電圧測定用ソケットの構造が簡素ですむようになる。
【００６６】
（第３の実施の形態）
図９は、本発明を適用した第３の実施の形態の電池の概観構成を示す斜視図であり、図１０（ａ）は、図９における矢印Ａ方向から見た電池の側面図であり、図１０（ｂ）は、図９における矢印Ｂ方向から見た電池の側面図である。
【００６７】
この電池は、前述した第１の実施の形態と同様のバイポーラ電池３である。そして、本第３の実施の形態では、図に示すように、バイポーラ電池３の各単電池の集電体に、バイポーラ電池３側面の長手方向にずれて、積層された状態で互いに重ならないように等間隔で配置された分担電圧測定用タブ電極３１１〜３１７および３２１〜３２７をバイポーラ電池３の対向する両側面に設けたものである。分担電圧測定用タブの数は、単電池の積層数によって異なる。なお、電池の内部構造については、図３を参照して説明した第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。また、第１の実施の形態同様に、バイポーラ電池３の両端に位置する集電体には、主回路タブ電極１９および２０が設けられている。
【００６８】
このバイポーラ電池３の対向する両側面に設けた分担電圧測定用タブ電極３１１〜３１７および３２１〜３２７は、単電池の積層順に左右交互に出るように配置している。
【００６９】
すなわち、図９および１０に示した状態で上から順位に、第１単電池の集電体に設けられている分担電圧測定用タブ電極３１１が図９の矢印Ａ側に突出しており、第２単電池の集電体に設けられている分担電圧測定用タブ電極３２１が図９の矢印Ｂ側に突出しており、第３単電池の集電体に設けられている分担電圧測定用タブ電極３１２が図９の矢印Ａ側に突出しており、以降同様に順次左右交互に突出している。
【００７０】
図１１は、本第３の実施の形態における一つひとつの集電体を示す図面である。図示するように、本第３の実施の形態における一つひとつの集電体は、単電池の積層順に、左右交互に分担電圧測定用タブ電極が突出するように、第１単電池の集電体３３１には分担電圧測定用タブ電極３１１が図示右側に、第２単電池の集電体３４２には分担電圧測定用タブ電極３２１が図示左側に、第３単電池の集電体３３２には分担電圧測定用タブ電極３１２が図示右側に、以降同様に左右交互に突出し、最後の集電体３４７には、分担電圧測定用タブ電極３２７が図示左側に突出するように形成されている。また、正極（＋）端子側電極２１および負極（−）端子側電極２２となる集電体３３１および３４７には、分担電圧測定用タブ電極とは異なる方向に主回路タブ電極１９および２０が設けられている。
【００７１】
なお、図示する場合には、分担電圧測定用タブ電極３１３〜３１７、および３２２〜３２６を有する集電体については、分担電圧測定用タブ電極の位置が異なるのみであり、構造的には同様であるので図示省略した。
【００７２】
このように、本第３の実施の形態によれば、積層された状態で互いに重ならないように電池側面の長手方向に等間隔で配置された分担電圧測定用タブ電極３１１〜３１７、および３２１〜３２７を電池の両側面に設けたことで、単電池の積層数が多い場合でも、単電池の分担電圧測定用タブ電極同士が接触して短絡することを防止することができる。特に、本第３の実施の形態では、隣接する集電体からの分担電圧測定用タブ電極が、互いに対向する電池側面側に突出することになるため、隣接する集電体の分担電圧測定用タブ電極同士が短絡することをより確実に防止できる。
【００７３】
（第４の実施の形態）
図１２は、本発明を適用した第４の実施の形態の電池の概観構成を示す斜視図である。
【００７４】
第４の実施の形態は、前述した第１の実施の形態のバイポーラ電池１に、単電池制御のための単電池コントローラユニット４００を設けたものである。
【００７５】
単電池コントローラユニット４００は、図１３に示すように、バイポーラ電池１に設けられている分担電圧測定用タブ電極１１〜１７に対応する分担電圧タブ接続用電極４０１〜４０７が設けられたソケットと一体構造となっている。なお、図１３は、単電池コントローラユニット４００のソケット部分を分担電圧タブ接続用電極４０１〜４０７側から見た図面である。
【００７６】
単電池コントローラユニット４００は、たとえば、複数の単電池のそれぞれの正極と負極との間に、単電池の電圧が規定値を超えた場合に正極と負極を電気的に接続して、間に介在する電解質をバイパスする電流バイパス回路である。
【００７７】
図１４は、このような電流バイパス回路の一例を示す回路図である。
【００７８】
この電流バイパス回路５０は、ツェナーダイオード５２と抵抗器５４を、単電池５５の正極（＋）と負極（−）の間に直列に接続した回路である。この電流バイパス回路５０は、ツェナーダイオード５２のツェナー電圧を超えたときに充電時の電流をバイパスさせる。
【００７９】
図１５は、単電池コントローラユニット４００内に電流バイパス回路５０を設け状態を示す回路図である。
【００８０】
単電池コントローラユニット４００内においては、ツェナーダイオード５２と抵抗器５４を一組とする電流バイパス回路５０が、分担電圧タブ接続用電極４０１と４０２の間、４０３と４０４の間、４０４と４０５の間、４０５と４０６の間、４０６と４０７の間に、それぞれ設けられることになる。なお、図示する場合には、分担電圧タブ接続用電極４０４と４０５の間、および４０５と４０６の間については図示省略した。
【００８１】
そして、この単電池コントローラユニット４００がバイポーラ電池１に接続されることで、バイポーラ電池１の各単電池に対して、電流バイパス回路５０が並列に接続されることになる。そして、バイポーラ電池１への充電時には、単電池５５に印加される電流方向に対してツェナーダイオード５２がその導通を阻止する方向に接続されている。充電が開始された当初は、バイポーラ電池１を構成する単電池５５の充電電圧がツェナー電圧（電流バイパス回路５０のツェナーダイオード５２が導通する電圧）にまで達しないため、電流バイパス回路５０に電流はほとんど流れない。
【００８２】
そして、充電が進むと単電池５５の端子間電圧が上昇するが、その電圧がツェナー電圧を超えると、電流バイパス回路５０のツェナーダイオード５２が導通して単電池５５に流れる電流をバイパスさせる。たとえば、ツェナー電圧が４．０Ｖのツェナーダイオード５２を用いると、端子間電圧が４．０Ｖになった時点でその単電池５５の充電が終わる。
【００８３】
端子間電圧が充電電圧に達した単電池５５は自動的に充電が終了され、すべての電流バイパス回路５０が単電池５５をバイパスした時点でバイポーラ電池１の充電が終了する。なお、すべての単電池５５がバイパスされた状態では、直列に接続された電流バイパス回路５０に充電器から供給される電流が流れるが、このときの電流は、ツェナーダイオード５２と直列に接続されている抵抗器５４によって制限される。したがって、抵抗器５４は、電流バイパス回路５０が電流をバイパスしたときに電流バイパス回路５０に過大な電流が流れないように、その電流の増加を抑えるためのものである。この抵抗器５４の抵抗値は、電流バイパス回路５０に流れる電流が過大にならないような大きさが選択される。
【００８４】
以上のように本第４の実施の形態においては、バイポーラ電池１に設けられている分担電圧測定用タブ電極１１〜１７に対応する分担電圧タブ接続用電極４０１〜４０７が設けられたソケットと一体構造となった単電池コントローラユニット４００を接続することで、容易にバイポーラ電池１の各単電池の充電電圧を制御することができる。
【００８５】
また、単電池コントローラユニット４００内に、電流バイパス回路５０を備えることで、単電池の充電電圧が規定値を超えると電流バイパス回路が動作して充電を終了させるので、単電池の電池容量、内部抵抗などの電池特性が不均一であっても、均一で最適な充電環境を作り出すことができる。このため、単電池ごとに偏った充電状態とはならず、均一な充電ができるので、電池としての寿命が向上し、信頼性が向上する。このように、単電池の過充電防止を目的とした電流バイパス回路を設置すると、満充電側で各単電池の充電状態をそろえることができ、充電状態のバラツキにより一部の単電池が過充電状態になることを防ぐことができる。
【００８６】
なお、本第４の実施の形態では、電流バイパス回路５０をツェナーダイオード５２と抵抗器５４とを直列に接続した回路としたが、ツェナーダイオードだけで構成しても良い。しかし、電流バイパス回路５０が電流をバイパスしたときには、バイポーラリチウムイオン二次電池の充電電流が増加するので、電流バイパス回路５０に過大な電流が流れないように、その電流の増加をある程度抑えることができる抵抗器５４を持つほうが好ましい。
【００８７】
（第５の実施の形態）
図１６は、本発明を適用した第５の実施の形態の電池の概観構成を示す斜視図である。
【００８８】
第５の実施の形態は、前述した第２の実施の形態のバイポーラ電池２に、単電池制御のための単電池コントローラユニット５００を設けたものである。
【００８９】
本第５の実施の形態における単電池コントローラユニット５００は、前述した第４の実施の形態のソケットを一体化した単電池コントローラユニットと同様に、図１７に示すように、バイポーラ電池２の分担電圧測定用タブ電極２１１〜２１７および２２１〜２２７に対応させて、ソケット内の分担電圧タブ接続用電極５０１〜５０７および５１１〜５１７を２列に配置している。なお、単電池コントローラユニット５００の内部には、前述した第４の実施の形態と同様に、チェナーダイオードと抵抗よりなる電流バイパス回路が設けられている。
【００９０】
これにより、第２の実施の形態によるバイポーラ電池２おいても、第１の実施の形態によるバイポーラ電池１と同様に、各単電池の充電電圧を簡単に制御することができる。
【００９１】
（第６の実施の形態）
図１８は、本発明を適用した第６の実施の形態の電池の概観構成を示す斜視図である。
【００９２】
第６の実施の形態は、前述した第３の実施の形態のバイポーラ電池３を、単電池制御のためのコントローラに接続するための分担電圧タブ接続用ソケット６００および６１０を接続したものである。
【００９３】
分担電圧タブ接続用ソケット６００および６１０は、図１９に示すように、それぞれバイポーラ電池３の分担電圧測定用タブ電極３１１〜３１７および３２１〜３２７に対応させて、分担電圧タブ接続用電極６０１〜６０７と６１１〜６１７を配置している。なお、図１９（ａ）は分担電圧タブ接続用ソケット６００のソケット部分を分担電圧タブ接続用電極６０１〜６０７側から見た図面であり、図１９（ｂ）は分担電圧タブ接続用ソケット６１０のソケット部分を分担電圧タブ接続用電極６１１〜６１７側から見た図面である。
【００９４】
そして、分担電圧測定用タブ電極３１１〜３１７および３２１〜３２７をそれぞれ単電池ごとに一組となるように集線している。すなわち、分担電圧測定用タブ電極３１１と３２１で一つの単電池、分担電圧測定用タブ電極３２１と３１２で一つの単電池、分担電圧測定用タブ電極３１２と３２２で一つの単電池、…という具合に、両側に出ている２つの分担電圧測定用タブ電極により一つの単電池の電圧が測定できるように、分担電圧タブ接続用電極６０１と６１１、分担電圧タブ接続用電極６１１と６０２、分担電圧タブ接続用電極６０２と６１２、…によりそれぞれに対応した単電池の電圧が測定できるように集線している。
【００９５】
分担電圧測定用タブ電極から集線された配線は、図外の単電池コントローラに接続されて、単電池ごとの電圧が測定され、それぞれの単電池の充電量が同じとなるように制御される。
【００９６】
（第７の実施の形態）
図２０は、本発明を適用した第７の実施の形態の電池の概観構成を示す斜視図である。
【００９７】
第７の実施の形態は、分担電圧測定用タブ電極を設けた複数の電池ユニットを、分担電圧測定用タブ電極によって並列に接続した電池である。
【００９８】
この電池７００は、前述した第１の実施の形態におけるバイポーラ電池と同様のバイポーラ電池ユニット７０１を複数個、それぞれが有する分担電圧測定用タブ電極７１１〜７１７によって単電池ごとに並列に接続した電池である。したがって、電池７００の内部構造としては、図２１に示すように、バイポーラ電池ユニット７０１内のバイポーラ電極３０がそれぞれ並列に接続された状態となる。
【００９９】
また、この電池７００の端部に位置するバイポーラ電池ユニット７０１の他のバイポーラ電池ユニット７０１と接続されていない分担電圧測定用タブ電極７１１〜７１７には、単電池コントローラユニット４００が取り付けられている。なお、単電池コントローラユニット４００は、前述した第４の実施の形態において説明したものと同じである。
【０１００】
一つのバイポーラ電池ユニット７０１内の電池構造は、第１の実施の形態において図３を参照して説明したものと同様であり、集電体３１に正極活物質層３２および負極集電体層３３が設けられたｎ個のバイポーラ電極３０と、ｎ＋１個の高分子固体電解質層４０とを交互に貼り合わせて、最外層の高分子固体電解質層４０に、それぞれ電池の電極を配置している。
【０１０１】
一つのバイポーラ電池ユニット７０１に用いられている集電体は、図２２に示すように、一つのバイポーラ電池ユニットとして積層される集電体７３１〜７３７ごとに異なる位置で、かつ一つの集電体において対向する両側に分担電圧測定用タブ電極７１１〜７１７が設けられている。したがって、積層されて電池７００となった状態における分担電圧測定用タブ電極側側面は、前述した第１の実施の形態と同様に（図２参照）、分担電圧測定用タブ電極７１１〜７１７がバイポーラ電池ユニット７０１側面の長手方向にずれて、積層された状態で互いに重ならないように等間隔で配置されることになる。
【０１０２】
このように本第７の実施の形態では、分担電圧測定用タブ電極を設けた電池ユニットを、複数個分担電圧測定用タブ電極７１１〜７１７によって並列に接続したことで、バイポーラ電池ユニット７０１の中の単電池のいずれかが劣化して、内部抵抗が無限大になった場合でも、その単電池と並列に分担電圧測定用タブ電極によって接続された別のバイポーラ電池ユニット７０１の中の単電池を介して電流が流れるようになる。このため、いずれかのバイポーラ電池ユニット７０１の中の単電池の劣化した場合でも、電池７００全体として急激な性能低下を招くことなく使用を続けることができる。
【０１０３】
（第８の実施の形態）
第８の実施の形態は、本発明による積層型電池を搭載してなる車両である。具体的には、前述した第１〜第７の実施の形態によるバイポーラ電池、より好ましくは、第４〜第７の実施の形態による単電池コントローラユニットを取り付けたバイポーラ電池を、図２３に示すように、組電池８００として、車両の床下部に搭載したものである。
【０１０４】
この組電池８００は、バイポーラ電池の主回路タブ電極１９および２０によって直列および／または並列に複数個接続し田茂のである。
【０１０５】
このような組電池８００は、電池電気自動車またはハイブリッド電気自動車などの車両８０１の駆動用電源として使用される。組電池８００の設置場所は、車両内の床下部に限らずにエンジンルーム内、または天井内部にも設置可能である。
【０１０６】
これにより、安全で燃費性能が良いハイブリッド車両、電気自動車を提供することができ、しかも電池内における単電池ごとの劣化も少なく電池としての寿命も長くすることができるので、車両の電池交換サイクルを長くすることも可能となる。
【０１０７】
以上本発明を適用した実施の形態を説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、たとえば、各実施の形態の要素を適宜組み合わせて実施することも可能であり、また、当業者において本発明の技術思想の範囲においてさまざまな形態として実施できることは言うまでもなく、それらも本発明の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施の形態における電池の概観構成を示す斜視図である。
【図２】図１における矢印Ａ方向から見た電池の側面図である。
【図３】バイポーラ電池の内部構成を説明するための概略図である。
【図４】バイポーラ電極の構造を示す図面である。
【図５】第１の実施の形態における一つひとつの集電体の構造を示す図面である。
【図６】本発明を適用した第２の実施の形態における電池の概観構成を示す斜視図である。
【図７】図６における矢印Ａ方向から見た電池の側面図である。
【図８】第２の実施の形態における一つひとつの集電体を示す図面である。
【図９】本発明を適用した第３の実施の形態の電池の概観構成を示す斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）は図９における矢印Ａ方向から見た電池の側面図であり、図１０（ｂ）は図９における矢印Ｂ方向から見た電池の側面図である。
【図１１】第３の実施の形態における一つひとつの集電体を示す図面である。
【図１２】本発明を適用した第４の実施の形態の電池の概観構成を示す斜視図である。
【図１３】第４の実施の形態に用いられている単電池コントローラユニットのソケット部分を分担電圧タブ接続用電極側から見た図面である。
【図１４】電流バイパス回路の一例を示す回路図である。
【図１５】単電池コントローラユニット内に電流バイパス回路５０を設け状態を示す回路図である。
【図１６】本発明を適用した第５の実施の形態の電池の概観構成を示す斜視図である。
【図１７】第５の実施の形態に用いられている単電池コントローラユニットのソケット部分を分担電圧タブ接続用電極側から見た図面である。
【図１８】本発明を適用した第６の実施の形態の電池の概観構成を示す斜視図である。
【図１９】第５の実施の形態に用いられている分担電圧タブ接続用ソケットを分担電圧タブ接続用電極側から見た図面である。
【図２０】本発明を適用した第７の実施の形態の電池の概観構成を示す斜視図である。
【図２１】バイポーラ電池ユニット内のバイポーラ電極がそれぞれ並列に接続された状態を示す図面である。
【図２２】第７の実施の形態における一つひとつの集電体を示す図面である。
【図２３】本発明を適用した第７の実施の形態における車両を示す図面である。
【符号の説明】
１、２、３…バイポーラ電池
１１〜１７、２１１〜２１７、３１１〜３１７、３２１〜３２７…分担電圧測定用タブ電極
１９、２０…主回路タブ電極
２１…正極（＋）端子側電極
２２…負極（−）端子側電極
３０…バイポーラ電極
３１…集電体
３２…正極活物質層
３３…負極活物質層
４０、４１…高分子固体電解質層
４１…高分子固体電解質層
４５…電池ケース
５０…電流バイパス回路
５２…ツェナーダイオード
５４…抵抗器
５５…単電池
１１１、１１２、１１３、１１７、２１７、２３１、２３１、２３２、２３７、２４７、３３１、３３２、３４２、３４７、７３１、７３２、７３３、７３７…集電体
４００、５００…単電池コントローラユニット
４０１〜４０７、５０１〜５０７、５１１〜５１７、６０１〜６０７、６１１〜６１７…分担電圧タブ接続用電極
６００、６１０…分担電圧タブ接続用ソケット
７００…電池
７０１…バイポーラ電池ユニット
７３１…集電体
８００…組電池
８０１…車両
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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