(57)【要約】【課題】高分子ゲル電解質を用いた単電池を複数積層して電池を構成し、各単電池を密封して単電池同士の液絡を防止するとともに、密封したことによる単電池の内圧上昇を抑えることのできるバイポーラ電池を提供する提供する。【解決手段】一つの集電体２の一面に正極３を設け、他面に負極４を設けたバイポーラ電極と、正極３と負極４の間に挟まれたゲル電解質５と、正極３、負極４、およびゲル電解質５によって構成された単電池６の周囲を取り囲み集電体２の間に設けられたシール層９と、シール層９の内側に設けられた多孔質材１２と、を有することを特徴とするバイポーラ電池。【選択図】            図１
2004319156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの集電体の一面に正極を設け、他面に負極を設けたバイポーラ電極と、
前記正極と前記負極の間に挟まれたゲル電解質と、
前記正極、前記負極、およびゲル電解質によって構成された単電池の周囲を取り囲み前記集電体の間に設けられたシール層と、
前記ゲル電解質と前記シール層との間に設けられた多孔質材と、
を有することを特徴とするバイポーラ電池。
【請求項２】
前記シール層は、前記集電体側に位置するように設けられた第１の樹脂と、
前記第１の樹脂にはさまれ、非導電性で前記第１の樹脂より融点の高い第２の樹脂と、からなり、
前記第１の樹脂の融点と第２の樹脂の融点との間の温度で熱融着されている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】
前記第２の樹脂が前記多孔質材からなり、この第２の樹脂の外側も前記第１の樹脂で覆われていることを特徴とする請求項２記載のバイポーラ電池。
【請求項４】
前記多孔質材は、発泡ポリスチレン、発泡ポリウレタン、発泡ポリオレフィン、発砲合成ゴム、ポリオレフィン製の織布または不織布、ポリエチレンテレフタレート製の織布または不織布、およびポリアミド製の織布または不織布よりなる群から選択された少なくとも一つの樹脂材料からな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】
前記第１の樹脂および第２の樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリウレタン、熱可塑オレフィンゴム、ポリアミド系合成樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスチレン、シリコーンゴムからなる群から選択された前記熱融着の温度をはさむ融点をもつ少なくとも二つの樹脂であることを特徴とする請求項２記載のバイポーラ電池。
【請求項６】
前記第１の樹脂は、前記単電池が複数積層されたときに積層中心から外側に向けて融点の高い樹脂を使用していることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載のバイポーラ電池。
【請求項７】
前記正極はリチウムと遷移金属との複合酸化物を有し、前記負極はカーボンまたはリチウムと遷移金属複合酸物を有す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】
一つの集電体の一面に正極を設け、他面に負極を設けたバイポーラ電極を形成し、前記正極と前記負極の間にゲル電解質をはさみこむとともに、前記ゲル電解質の周囲で、かつ前記集電体の間に多孔質材を配置し、さらにその外周にシール層を配置して前記集電体によりはさみこみ、これらを複数積層した状態で、端部の集電体側から熱加圧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】
請求項１〜７のいずれか一つ記載のバイポーラ電池を複数個、並列および／または直列に接続したことを特徴とする組電池。
【請求項１０】
請求項８記載の組電池を、車輪を駆動するためのモータ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイポーラ電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン二次電池は、その中に封入する電解質として、固体電解質を用いたもの、液体電解質を用いたもの、そして高分子ゲル電解質を用いたものがある。
【０００３】
固体電解質を用いたものは、たとえばポリエチレンオキシドなどの全固体高分子電解質を用いたものである。一方、液体電解質は１００％電解液を用いたものである。そして、高分子ゲル電解質は、これらの中間とも言うべきもので、たとえばイオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる。
【０００４】
この高分子ゲル電解質を用いて単電池を構成し、この単電池を複数積層してバイポーラ電池を製作した場合、各単電池間において電解質が染み出し、他の単電池の電解質と接触して液絡と称する単電池同士の短絡が発生してしまうおそれがある。
【０００５】
このような短絡を防止するためには、正極および負極とこれらの間にゲル電解質を含浸させたセパレータを挟んで構成される電池単位の周囲を絶縁物で覆うようにして集電箔を挟んで積層している。このような構成とすることで、電池単位の周囲が絶縁物で覆われるため各電極間の短絡が防止される（たとえば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２０４１３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、単電池の周囲を絶縁物で覆っているため、単電池が完全に密封されてしまうことになる。そうすると、充放電の際に電解質からわずかずつ気体が発生するため、充放電の繰り返しによってこの気体が蓄積されて、密封状態の単電池の内圧が上昇し、単電池を構成する電解質や集電体などの積層構造に影響を与え電池としての性能低下を引き起こすという問題がある。
【０００８】
そこで本発明の目的は、高分子ゲル電解質を用いた単電池を複数積層して電池を構成し、各単電池を密封して単電池同士の液絡を防止するとともに、密封したことによる単電池の内圧上昇を抑え、充放電の繰り返しによる電池性能低下を抑えたバイポーラ電池を提供することである。
【０００９】
また、本発明の目的は、液絡を防止するとともに、充放電の繰り返しによる電池性能低下を抑えた組電池を提供することである。
【００１０】
さらに、本発明の目的は、液絡を防止するとともに、充放電の繰り返しによる電池性能低下を抑えた組電池を用いた自動車を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、一つの集電体の一面に正極を設け、他面に負極を設けたバイポーラ電極と、前記正極と前記負極の間に挟まれたゲル電解質と、前記正極、前記負極、およびゲル電解質によって構成された単電池の周囲を取り囲み前記集電体の間に設けられたシール層と、前記ゲル電解質と前記シール層との間に設けられた多孔質材と、を有することを特徴とするバイポーラ電池により達成される。
【００１２】
また、上記目的は、前記バイポーラ電池を複数個、並列および／または直列に接続したことを特徴とする組電池により達成される。
【００１３】
また、上記目的は、前記組電池を、車輪を駆動するためのモータの電源として用いたことを特徴とする自動車により達成される。
【００１４】
【発明の効果】
本発明のバイポーラ電池によれば、単電池ごとにシール層によって密封することで液絡を防止し、かつ、シール層によって密封された単電池の内側に多孔質材を設けたので、この多孔質材が充放電の繰り返しによって発生する気体を吸収（または吸着）して、密封したことによる単電池の内圧上昇を抑えることができる。したがって、充放電の繰り返しによる劣化や電池性能の低下を抑えることができる。
【００１５】
本発明の組電池によれば、充放電の繰り返しによる電池性能低下を抑えたバイポーラ電池を組電池としたので、組み電池としての耐久性も向上する。
【００１６】
本発明の自動車によれば、充放電の繰り返しによる電池性能低下を抑えたバイポーラ電池を用いた組電池をモータ駆動用の電源として用いたので、搭載している電池の耐久性が向上した自動車を提供することができる。
【００１７】
【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。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明を適用したバイポーラ電池の構造を説明するための断面図であり、図２は、このバイポーラ電池を構成する単電池の部分拡大断面図である。
【００１９】
バイポーラ電池１は、両端部以外の一つの集電体２の両面に正極３と負極４が形成されており、この集電体２の正極３と負極４との間に電解質５をはさんで単電池６を構成し、この単電池６が複数積層された構造を持つ。なお、両端部にある集電体（端部集電体７と称する）は、このバイポーラ電池全体の電極と接続される。
【００２０】
そして、集電体２をはさんで正極３と負極４を設けた構成をバイポーラ電極という。
【００２１】
ここで用いている電解質５は、たとえば、ポリマー骨格中に、数質量％〜９８質量％程度電解液を保持させたゲル電解質で、特に本実施の形態においては、７０質量％以上電解液を保持したゲル電解質を使用することができる。
【００２２】
このバイポーラ電池１では、単電池６からの液漏れを防止するために、一つひとつの単電池６の周囲を取り囲み、集電体２および７同士の間に配置されたシール層９を設けている。
【００２３】
シール層９は、融点が低く熱融着性のある第１の樹脂１０と、この第１の樹脂１０よりも融点が高く、非導電性の第２の樹脂１１よりなる。第１の樹脂１０は、集電体２側に配置され、この二つの第１の樹脂１０が第２の樹脂１１を間にはさみこんだ３層構造としている。
【００２４】
シール層９をこのような３層構造とすることで、第１の樹脂１０の融点より高く、第２の樹脂１１の融点より低い温度で熱加圧することにより集電体２と第２の樹脂１１とを第１の樹脂１０により熱融着させている。これにより第１の樹脂１０が熱融着の際に溶けても第２の樹脂１１により集電体同士が短絡するのを防止することができる。
【００２５】
また、単電池６の一つひとつには、シール層９の内側でこのシール層９と電解質５の間に多孔質材１２を設けている。
【００２６】
この多孔質材１２は、たとえば、発泡ポリスチレン、発泡ポリウレタン、発泡ポリオレフィン、発砲合成ゴムなどの発砲させた樹脂材料、また、ポリオレフィン製や、ポリエチレンテレフタレート製、ポリアミド製などの樹脂繊維からなる織布または不織布などを用いることができる。
【００２７】
この多孔質材１２をシール層９の内側に設けることで電解質５から発生した気体を多孔質材１２が吸収（または吸着）するため、シール層９によって密閉状態となっている単電池６内の気体発生による圧力上昇を抑えることができる。
【００２８】
このバイポーラ電池１の製造は、図３に示すように、集電体２に形成された正極３と負極４がゲル電解質５をはさんで対向するようにして単電池６を構成し、端部集電体７のみ正極３または負極４のみを形成したものを用いて、各単電池６の周辺部で集電体２および７の間にシール層９とその内側に多孔質材１２をはさみ、これらを複数層積層して電池構造体とし、シール部分をプレス１３によって加熱しながら加圧することによりシーリングする。
【００２９】
この熱加圧の温度をたとえば１８０℃とすると、第１の樹脂１０は１８０℃未満の融点を持つ樹脂部材が好ましく、具体的には、たとえば、ポリプロピレン（ＰＰ：融点１６０〜１７０）、ポリエチレン（ＰＥ：融点（直鎖状低密度のもので）１３０℃程度）、ポリウレタン（融点：１０５℃、または１３０℃）などの汎用プラスチックや熱可塑オレフィンゴムなどを使用することができる。一方、第２の樹脂１１としては、１８０度以上の融点を持つ導電性のない樹脂で、第１の樹脂１０と熱融着させることのできるものであればよく、たとえば、ポリアミド系合成樹脂（ナイロン６（ナイロンは登録商標、以下同じ）（融点２２５℃）、ナイロン６６（融点２６７℃）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：融点３２０℃）、ポリフッ化ビニリデン（融点２１０℃）、ポリスチレン（融点２３０℃）など、また、シリコーンゴム（２５０℃で使用可能）などを使用することができる。
【００３０】
なお、これらのほかにも様々な樹脂材料を用いることができ、第１の樹脂１０の融点より高い融点を持つ第２の樹脂１１を選択して、それらの間の温度で熱加圧により融着するとよい。
【００３１】
このシール層９以外の電池を構成する部材は、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられているものと同じでよい（詳細後述）。
【００３２】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明を適用したバイポーラ電池を構成する単電池の部分拡大断面図である。
【００３３】
本第２の実施の形態におけるバイポーラ電池１は、単電池端部におけるシール層の構造が異なるのみでその他の構成は前述した第１の実施の形態と同様である。
【００３４】
すなわち、このバイポーラ電池は、一つの集電体２の両面に正極３と負極４が形成されており、この集電体２の正極３と負極４との間に電解質５をはさんで単電池６を構成し、この単電池６が複数積層された構造を持つ。なお、両端部にある集電体は、このバイポーラ電池全体の電極と接続される。
【００３５】
そして、単電池６端部には、集電体２および７同士の間に配置されたシール層１９を設けている。
【００３６】
このシール層１９は、融点が低く熱融着性のある第１の樹脂１０と、この第１の樹脂１４よりも融点が高く、非導電性で、かつ、多孔質材である第２の樹脂１５よりなる。第１の樹脂１４は、図示上下の集電体２側か側方に引き出されて、第２の樹脂１５の外側を覆うようにして熱封止されている。
【００３７】
したがって、シール層１９は、単電池の端部においては第１の樹脂１４が第２の樹脂１５を間にはさみこんだ３層構造となり、かつ、周辺部では第１の樹脂１０が第２の樹脂１５の外側を覆う構造となっている。
【００３８】
シール層１９をこのような構造とすることで、第１の樹脂１４が熱融着の際に溶けても第２の樹脂１５により集電体同士が短絡するのを防止することができる。
【００３９】
また、第２の樹脂１５を多孔質材としたことで、単電池ごとに密封した場合でも電解質５から発生した気体を多孔質材である第２の樹脂１１が吸収（または吸着）して密閉状態となっている単電池内の気体による圧力上昇を抑えることができる。
【００４０】
そして、第１の樹脂１４が第２の樹脂１５を覆うことで、多孔質材である第２の樹脂１５をとしての液漏れを防止し、単電池同士の液絡を防止する。
【００４１】
第１の樹脂１４は、素材としては前述した第１の実施の形態と同様でよい。一方、第２の樹脂は、前述した第１の実施の形態と同様に第１の樹脂１４よりその融点が高く、かつ、多孔質のものを用いることになる。このよう素材としては、たとえば、熱融着温度を前述した第１の実施の形態と同じように１８０℃とすると、ポリアミド系合成樹脂（ナイロン６（ナイロンは登録商標、以下同じ）（融点２２５℃）、ナイロン６６（融点２６７℃）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：融点３２０℃）、ポリフッ化ビニリデン（融点２１０℃）、ポリスチレン（融点２３０℃）などの織布または不織布、発砲させたシリコーンゴム（２５０℃で使用可能）などを使用することができる。
【００４２】
なお、これらのほかにも様々な樹脂材料を用いることができ、第１の樹脂１４の融点より高い融点を持ち、かつ多孔質である第２の樹脂１５を選択して、それらの間の温度で熱加圧により融着するとよい。
【００４３】
このような本第２の実施の形態におけるバイポーラ電池の製造は、前述した第１の実施の形態とほぼ同様であり、集電体２に形成された正極３と負極４がゲル電解質５をはさんで対向するようにして単電池６を構成し、端部集電体７のみ正極３または負極４のみを形成したものを用いて、各単電池６の周辺部で集電体２および７の間にシール層１９となるように、第１の樹脂１４の間に多孔質な第２の樹脂１５を挟んで、これらを複数層積層して電池構造体とする。このとき、第１の樹脂１４の外側端部が第２の樹脂１５よりも長くなるようにする。そして、シール部分をプレスによって加熱しながら加圧することにより全体のシーリングを行い、さらに、単電池ごとに第１の樹脂１４の外側端部１４ａを加熱融着して封止する。
【００４４】
以下に、第１の実施の形態および第２の実施の形態に示したバイポーラ電池に使用することのできる集電体、正極、負極、ゲル電解質、および電池ケースなどについて説明する。
【００４５】
［集電体］
集電体は、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。
【００４６】
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良い。
【００４７】
集電体の厚さは、特に限定されないが、通常は１〜１００μｍ程度である。
【００４８】
［正極（正極活物質層）］
正極は、正極活物質を含む。この他にも、イオン伝導性を高めるために電解質、リチウム塩、導電助剤などが含まれ得る。特に、正極または負極の少なくとも一方に電解質、好ましくは固体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。
【００４９】
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。
【００５０】
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１０〜０．１μｍであるとよい。
【００５１】
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ポリマーと電解液との比率（質量比）が、２０：８０〜９８：２とする、比較的電解液の比率が小さい範囲である。
【００５２】
高分子ゲル電解質は、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる。
【００５３】
ここで、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）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、メチルエチルカーボネート、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、非プロトン性溶媒等の有機溶媒（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。
【００５４】
高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）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。なお、ＰＡＮ、ＰＭＭＡなどは、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子として例示したものである。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
正極における、正極活物質、電解質（好ましくは固体高分子電解質）、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、特に固体高分子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、特に固体高分子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、目的に合致した固体高分子電解質量を決定する。
【００５８】
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。
【００５９】
［負極（負極活物質層）］
負極は、負極活物質を含む。この他にも、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」の項で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６０】
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。
【００６１】
［電解質］
電解質としては、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。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ポリマーと電解液との比率（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。
【００６２】
このような高分子ゲル電解質としては、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれるものである。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。
【００６３】
これら固体高分子電解質もしくは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。
【００６４】
電池を構成する電解質の厚さは、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り、機能、性能面からも部位によらず常にほぼ一定の厚さにする必要はない。
【００６５】
［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ないし電池ケース（図示せず）に収容するとよい。
【００６６】
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やアルミラミネートパックなど、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融着にて接合することにより、電池積層体を収納し密封した構成とするのが好ましい。
【００６７】
この場合、上記正極および負極リードは、上記熱融着部に挟まれて上記電池外装材の外部に露出される構造とすればよい。また、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートフィルムやアルミラミネートパックなどを用いることが、自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を電池動作温度まですばやく加熱することができる点で好ましい。
【００６８】
［正極および負極端子板］
正極および負極端子板は、端子としての機能を有するほか、薄型化の観点からは極力薄い方がよいが、製膜により積層されてなる電極、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。
【００６９】
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。
【００７０】
正極端子板と負極端子板との材質は、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。
【００７１】
正極および負極端子板の形状は、型板と兼用する場合には、自動車の熱源外面等をトレースした形状に、また、型板と対極する位置に設けられる端子板では、該端子板を設置する集電体外面をトレースした形状であればよく、プレス成形等によりトレースして形成すればよい。なお、型板と対極する位置に設けられる端子板では、集電体と同様にスプレーコートにより形成してもよい。
【００７２】
［正極および負極リード］
正極および負極リードに関しては、通常リチウムイオン電池で用いられる公知のリードを用いることができる。なお、電池外装材（電池ケース）から取り出された部分は、自動車の熱源との距離がないことから、これらに接触して漏電したりして自動車部品（特に電子機器）に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆しておくのが好ましい。
【００７３】
図５は、前述した第１および第２の実施の形態によるバイポーラ電池１をアルミラミネートパックにより電池２０として構成した場合の外観を示す図面である。この電池２０は、バイポーラ電池１の端部集電体７に上記の正極および負極端子板を設け、さらにリードを取り付けて、電極２３および２４としている。
【００７４】
（実験例）
上述した第１および第２の実施の形態と同様にしてバイポーラ電池を製作し、単電池同士の液絡の評価を行った。
【００７５】
［耐久性評価］
上述した実施の形態と同様にしてバイポーラ電池１を製作し、充放電の繰り返しによる耐久試験評価を行った。
【００７６】
サンプル作製
（共通材料）
実施例として実際に作製したバイポーラ電池１は、下記の通りである。
【００７７】
集電体２は、ステンレス（ＳＵＳ）箔を使用し、端部集電体７には正極３または負極４を形成し、集電体２には正極３および負極４を形成した。
【００７８】
正極３は、正極活物質としてＬｉＭｎ２Ｏ４を８５質量％用いて、これに導電助剤としてアセチレンブラック５質量％、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１０質量％、スラリー粘度調整溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を混合して正極スラリーを作製し、これを正極活物質として、集電休であるステンレス箔（厚さ２０μｍ）の片面に塗布し、乾燥させて正極３としている。
【００７９】
負極４は、負極活物質としてＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２を８５質量％用いて、導電助剤としてアセチレンブラック５質量％、バインダーとしてＰＶＤＦ１０質量％、粘度調整溶媒としてＮＭＰを混合して負極スラリーを作製し、この負極スラリーを正極３塗布後のステンレス箔の反対面に塗布し、乾燥させて負極４としている。
【００８０】
これにより集電体２であるステンレス箔の両面に正極と負極がそれぞれ形成されたバイポーラ電極できあがる。
【００８１】
電解質５は、イオン伝導性高分子マトリックスの前駆体である平均分子量７５００〜９０００のモノマー溶液（ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体）５質量％、電解液としてＥＣ＋ＤＭＣ（１：３）９５質量％、１．０Ｍ  ＬｉＢＦ４、重合開始剤（ＢＤＫ）からなるプレゲル溶液を浸漬させて、石英ガラス基板に挟み込み紫外線を１５分照射して前駆体を架橋させて、ゲルポリマー電解質層としたものである。
【００８２】
（実施例１（第１の実施の形態に相当））
上記バイポーラ電極の負極上に電解質保持不織布をのせ、その周りに３層構造のシール層９を配設し、さらに電解質保持不織布とシール層の間に多孔質部材１２としてＰＰ製の不織布を配設して、これらを５層積層したのちにシール層部分を上下から熱と圧力をかけ融着し各層をシールした。シール層９は、第１の樹脂１０として融点９４℃の変性ＰＰを用い、第２の樹脂１１として融点２００℃のナイロン系樹脂を用いた。
【００８３】
これらの積層体をラミネートパックで封止し、バイポーラ電池を形成した。
【００８４】
（実施例２（第２の実施の形態に相当））
上記バイポーラ電極の負極上に電解質保持不織布をのせ、その周りに第１の樹脂１４に変性ＰＰを用い、多孔質な第２の樹脂１５にＰＥＴ製の不織布を用いて、外側が変性ＰＰに覆われている３層構造のシール層１９とした。これらを積層し、５層積層したのちにシール部を上下から熱と圧力をかけ融着し各層をシールした。
【００８５】
これらの積層体をラミネートパックで封止し、バイポーラ電池を形成した。
【００８６】
（比較例１）
上記バイポーラ電極の負極上に電解質保持不織布をのせ、その周りに３層構造のシール層９を設けた。シール層９は、第１の樹脂１０として融点９４℃の変性ＰＰを用い、第２の樹脂１１として融点２００℃のナイロン系樹脂を用いた。
【００８７】
そして、これを５層積層した後、積層体をラミネートパックで封止し、バイポーラ電池を形成した。
【００８８】
＜充放電サイクル評価＞
実施例１、実施例２、および比較例１のそれぞれのバイポーラ電池を５個ずつ作製し、それぞれのバイポーラ電池で充放電サイクル試験を行った。
【００８９】
充放電サイクル試験は０．５Ｃの電流で１３．５Ｖまで定電流充電（ＣＣ）し、その後定電圧で充電（ＣＶ）し、あわせて５時間充電した後、０．５Ｃの電流で７．５Ｖまで放電を行い、このサイクルを一サイクルとして、このサイクルを６０℃で１００サイクル行った。
【００９０】
（評価結果）
バイポーラ電池の見た目は実施例１および実施例２ともに、充放電サイクル前と後で変化がなかった。
【００９１】
一方、比較例１は多少膨らんでいた。この膨らみは１００回の充放電サイクルにより発生した気体によりない圧が上昇したためと考えられる。
【００９２】
また、初期の放電容量を１００％として１００サイクル後の放電容量を示すと表１のような結果となった。したがって、実施例１および２のほうがガスの発生分を多孔質材の空孔の部分が吸収（または吸着）したため容量維持率が向上したものである。
【００９３】
【表１】
2004319156.tif 000003
【００９４】
＜液絡評価＞
（比較例２）
シール層９を持たない、上記実施例１と同様構造のパイポーラ電池を形成した。
【００９５】
液絡の評価は、実施例１および比較例２のバイポーラ電池１の充放電サイクル試験を行うことにより評価した。充放電のサイクルは、０．５Ｃの電流で充電をし、０．５Ｃの電流で放電を行い、これを１サイクルとした。
【００９６】
（評価結果）
実施例１のバイポーラ電池１では、５０回をこえる充放電でも電極間の液絡（短絡）は認められなかった。
【００９７】
一方、比較例２のバイポーラ電池１では、初回の充電を行っている途中に、電解液が単電池層外に染み出し、他の単電池層の電解質５と接触して液絡が起こり、電池電圧が著しく低下した。
【００９８】
この評価結果から、単電池６ごとにシール層９を設けることで、単電池同士の液絡をも、確実に防止できることがわかる。
【００９９】
＜接着力試験＞
（サンプル作製）
シール層９は、第１の樹脂１０として融点が、それぞれ１０２℃の変性ＰＰ、９４℃の変性ＰＰ、８８℃の変性ＰＰを用い、第２の樹脂１１として融点２００℃のナイロン系樹脂を用いて、二つのサンプルＡおよびＢを製作した。
【０１００】
サンプルＡは、図６Ａに示すように、第１の樹脂１０として融点が１０２℃の変性ＰＰでナイロン（融点２００℃）をはさんだものを両端に配置して、順に９４℃の変性ＰＰを用いたもの、８８℃の変性ＰＰを用いたものと中心に行くほど融点の低い樹脂を用いるように作製した。
【０１０１】
サンプルＢは、図６Ｂに示すように、第１の樹脂１０として融点が１０２℃の変性ＰＰのみを用いて作製した（樹脂はすべて重合度の異なるＰＰである変性ＰＰを用いました。）。
【０１０２】
（接着力強度評価）
以上で作製したサンプルを上から引っ張るＴ剥離強度実験を行った。
【０１０３】
試験方法は、常温（２５℃）で引張速度２００ｍｍ／ｍｉｎ（剥離強度実験の条件）によるＴ剥離強度測定である。
【０１０４】
サンプルＡでは、図７Ａに示すように、５４Ｎ／２５ｍｍまで接着が維持された。一方、サンプルＢでは、図７Ｂに示すように、３５Ｎ／２５ｍｍで中心部からはがれてしまった。
【０１０５】
この試験を２０回行ったところサンプルＢは必ず中心部ではがれてしまう。一方、サンプルＡでは、５４Ｎ／２５ｍｍ以上の力を掛けた場合、はがれる個所はランダムであった。
【０１０６】
これらのことから、各シール層９で、中心部から外側に向けて融点が高い第１の樹脂１０を使用することで、積層した複数のステンレス箔を均等に接着できるものと考えられる。
【０１０７】
以上のように本発明を適用した第１および第２の実施の形態、ならびに実験例によれば、複数の単電池６を積層した電池において、単電池６ごとにシール層９または１９を設けることで単電池同士の液絡を防止し、なおかつ、充放電の繰り返しによって発生する気体による内圧上昇をも抑えて、耐久性と信頼性の高い電池を提供することが可能となる。
【０１０８】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、上述した第１または２の実施の形態による電池を複数個接続した組電池である。
【０１０９】
図８は、第３の実施の形態による組電池の斜視図であり、図９は、内部構成を上方から見た図面である。
【０１１０】
図示するようにこの組電池５０は、上述した第１の実施の形態によるバイポーラ電池１をラミネートパックによりパッケージした電池２０（図４参照）複数個直接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２０同士は、導電バー５３により各電池の電極２３および２４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。
【０１１１】
この組電池においては、電池２０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。
【０１１２】
本第２の実施の形態による組電池によれば、前述した第１の実施の形態による電池を用いて組電池化することで、高容量、高出力と得ることができ、しかも一つひとつの電池の信頼性が高いため、組電池としての長期的信頼性を向上させることができる。
【０１１３】
なお、組電池としての電池２０の接続は、電池２０を複数個すべて並列に接続してもよいし、また、電池２０を複数個すべて直列に接続してもよい。
【０１１４】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、上述した第２の実施の形態による組電池を複数個接続した組電池モジュールである。
【０１１５】
図１０は、第２の実施の形態による組電池モジュールの斜視図である。
【０１１６】
この組電池モジュール６０は、前述した第２の実施の形態による組電池５０を複数個積層し、各組電池５０の電極ターミナル５１、５２を導電バー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。
【０１１７】
このように、組電池５０をモジュール化することによって、電池制御を容易にし、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車などの車搭用として最適な組電池モジュールとなる。そして、この組電池モジュール６０は、上述した組電池を用いたものであるから長期的信頼性の高いものとなる。
【０１１８】
なお、このような組電池モジュールも組電池の１種である。
【０１１９】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態は、上述した第３の実施の形態による組電池モジュールを搭載し、モータの電源として使用してなる自動車である。組電池モジュール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。
【０１２０】
参考までに、図１１に、組電池モジュール６０を搭載する自動車１００の概略図を示す。自動車に搭載される組電池モジュール６０は、上記説明した特性を有する。このため、組電池モジュール６０を搭載してなる自動車は高い耐久性を有し、長期間に渡って使用した後であっても充分な出力を提供しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施の形態による高分子ゲル電解質電池（バイポーラ電池）の構造を説明するための断面図である。
【図２】バイポーラ電池を構成する単電池の部分拡大断面図である。
【図３】バイポーラ電池の製造方法を説明するための図面である。
【図４】本発明を適用した第２の実施の形態のバイポーラ電池を構成する単電池の部分拡大断面図である。
【図５】上記バイポーラ電池をラミネートパックにした電池の外観を示す斜視図である。
【図６】接着力試験に使用したシール層の構造を説明するための図面である。
【図７】接着力試験の結果を説明するための図面である。
【図８】本発明を適用した第２の実施の形態による組電池の斜視図である。
【図９】上記組電池の内部構成を上方から見た図面である。
【図１０】本発明を適用した第３の実施の形態による組電池モジュールの斜視図である。
【図１１】本発明を適用した第４の実施の形態における組電池モジュールを設けた自動車の図面である。
【符号の説明】
１  バイポーラ電池
２  集電体
３  正極
４  負極
５  電解質
６  単電池
７  端部集電体
９  シール層
１２  多孔質材
１０、１４  第１の樹脂
１１、１５  第２の樹脂
５０  組電池、
６０  組電池モジュール
１００  自動車
【図１】
2004319156.tif 000004
【図２】
2004319156.tif 000005
【図３】
2004319156.tif 000006
【図４】
2004319156.tif 000007
【図５】
2004319156.tif 000008
【図６】
2004319156.tif 000009
【図７】
2004319156.tif 000010
【図８】
2004319156.tif 000011
【図９】
2004319156.tif 000012
【図１０】
2004319156.tif 000013
【図１１】
2004319156.tif 000014