(57)【要約】【課題】  バイポーラ電池をより簡便かつ迅速に製造しうる手段を提供する。【解決手段】  集電体１３の片面に正極層１５が形成され、他方の面に負極層１７が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層１９を介して積層されてなる電池要素２１を有するバイポーラ電池において、前記集電体１３の周縁部を固定するためのフレーム１が、前記電池要素２１の積層方向に連結されてフレーム積層体３を形成し、前記フレーム積層体３が前記電池要素２１の周囲に配置されることを特徴とする、バイポーラ電池である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層を介して積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池において、
前記集電体の周縁部を固定するためのフレームが、前記電池要素の積層方向に連結されてフレーム積層体を形成し、前記フレーム積層体が前記電池要素の周囲に配置されることを特徴とする、バイポーラ電池。
【請求項２】
前記フレームは、隣接する前記集電体の間を絶縁するための、絶縁部を有する、請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項３】
前記フレームは、前記電池要素の積層方向に隣接する他のフレームと連結するための、連結部を有する、請求項１または２に記載のバイポーラ電池。
【請求項４】
前記連結部は、爪および前記爪を掛止させるための溝であり、
前記爪を有する一のフレームと、前記溝を有する他のフレームとが、前記爪を前記溝に掛止させることにより連結される、請求項３に記載のバイポーラ電池。
【請求項５】
前記連結部は、前記電池要素の積層方向の穴であり、
前記穴を有する一のフレームと、前記穴を有する他のフレームとが、棒状の支持体を前記穴に貫通させることにより連結される、請求項３に記載のバイポーラ電池。
【請求項６】
前記連結部は、前記電池要素の積層方向に略垂直な方向の穴であり、
前記穴を有する一のフレームと、前記穴を有する他のフレームとが、棒状の支持体を前記穴に貫通させることにより連結される、請求項３に記載のバイポーラ電池。
【請求項７】
前記フレームは、外部支持体を用いて固定されることにより、前記電池要素の積層方向に連結される、請求項１または２に記載のバイポーラ電池。
【請求項８】
前記フレームと前記集電体とが隣接している部位、および／または前記フレームどうしが隣接している部位に、溝が設けられ、前記溝に、パッキンが配置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項９】
前記フレームに、隣接する前記単電池間の電圧を測定するための、電圧検知部が設けられている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項１０】
前記フレームが隣接している部位に、緩衝材が配置されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項１１】
前記緩衝材を構成する材料は、シリコンゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴムからなる群から選択される１種または２種以上の材料である、請求項１０に記載のバイポーラ電池。
【請求項１２】
前記フレームに、外部に通気させるための通気口が設けられている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項１３】
前記フレームを構成する材料は、絶縁性の材料である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項１４】
前記絶縁性の材料は、高分子材料またはセラミックス材料である、請求項１３に記載のバイポーラ電池。
【請求項１５】
前記正極層は、正極活物質としてＬｉ−Ｍｎ系複合酸化物を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項１６】
前記負極層は、負極活物質として結晶性炭素材または非結晶性炭素材を含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載のバイポーラ電池を含む、組電池。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載のバイポーラ電池、または請求項１７に記載の組電池を搭載する車両。
【請求項１９】
集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層を介して積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池の製造方法であって、
前記バイポーラ電極を載置可能なフレームであって、前記電池要素の積層方向に隣接するフレームと連結可能なフレームに、前記バイポーラ電極を載置して、フレーム−バイポーラ電極複合体を作製する工程（１）と、
前記フレーム−バイポーラ電極複合体と、電解質層とを交互に積層して、積層体を作製する工程（２）と、
前記積層体の積層方向に隣接する前記フレームどうしを連結して、前記電池要素を作製する工程（３）と、
を有する、バイポーラ電池の製造方法。
【請求項２０】
集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層を介して積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池の製造方法であって、
前記バイポーラ電極を載置可能なフレームであって、前記電池要素の積層方向に隣接するフレームと連結可能なフレームに、前記バイポーラ電極を載置して、フレーム−バイポーラ電極複合体を作製する工程（１）と、
前記フレーム−バイポーラ電極複合体と、セパレータとを交互に積層して、積層体を作製する工程（２）と、
前記積層体の積層方向に隣接する前記フレームどうしを連結する工程（３）と、
前記セパレータに、イオン伝導性高分子を含むゲル原料溶液を浸透させ、前記イオン伝導性高分子を重合させて、電池要素を作製する工程（４）と
を有する、バイポーラ電池の製造方法。
【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する。詳細には、本発明は、バイポーラ電池の剛性を向上させうる構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素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盛んに行われている。
【０００３】
モータ駆動用二次電池としては、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。リチウムイオン二次電池を用いる場合には、通常、複数個を直列に接続して電池モジュールとし、さらに、前記電池モジュールを直列に接続して組電池を形成することにより、高いエネルギー密度を得ている。しかし、かような組電池では、電池間の接続および電池モジュール間の接続による抵抗が加算され、充放電時の組電池全体の内部抵抗が高まり、高出力密度が得られないという問題があった。
【０００４】
上記の問題を解決する手段として、一枚の集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されたバイポーラ電極が、電解質層を介して複数積層されてなる電池要素を有するバイポーラ型リチウムイオン二次電池（本明細書中、単に「バイポーラ電池」とも称する）が提案されている（例えば、特許文献１および２を参照）。言い換えれば、バイポーラ電池の電池要素は、複数の単電池が直列に接続された構成を有している。
【０００５】
近年では、上記のような構成を有し、さらに高出力密度のバイポーラ電池が求められており、それに伴って、積層される単電池の数は増加の一途を辿っている。現在では、積層される単電池の数は、通常、１０〜１００個程度にまで達している。
【特許文献１】特開２０００−１００４７１号公報
【特許文献２】特開２０００−１９５４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１および２に記載されているような従来のバイポーラ電池を製造する際には、バイポーラ電極と電解質層とを交互に積層して電池要素を作製するのが一般的である。ここで、積層する際の積層体の剛性は、主にバイポーラ電極の集電体により確保されている。しかしながら、バイポーラ電極の厚さは、通常５０〜１０００μｍと極めて薄い。また、バイポーラ電極や電解質層は、可撓性である。したがって、バイポーラ電極と電解質層とを積層する際の、各構成成分の取り回しが煩雑である場合や、積層体の剛性が充分に確保されない場合がある。その結果、電池の製造が極めて煩雑となるという問題があった。この問題は、バイポーラ電池における単電池の積層数が増加しつつある現在では、ますます深刻の度を深めている。
【０００７】
そこで、本発明は、バイポーラ電池をより簡便かつ迅速に製造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】
【０００８】
本発明は、集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層を介して積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池において、前記集電体の周縁部を固定するためのフレームが、前記電池要素の積層方向に連結されてフレーム積層体を形成し、前記フレーム積層体が、前記電池要素の周囲に配置されることを特徴とする、バイポーラ電池である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、集電体の周縁部を固定するためのフレームが、前記電池要素の積層方向に連結されてフレーム積層体を形成し、前記フレーム積層体が、前記電池要素の周囲に配置されている。このため、従来と比較して、電池要素を作製する際の積層体の剛性が確保されうる。その結果、バイポーラ電池の製造がより簡便になり、より迅速な製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の第１は、集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層を介して積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池において、前記集電体の周縁部を固定するためのフレームが、前記電池要素の積層方向に連結されてフレーム積層体を形成し、前記フレーム積層体が、前記電池要素の周囲に配置されることを特徴とする、バイポーラ電池である。
【００１１】
以下、本発明のバイポーラ電池について、詳細に説明する。なお、本発明においては、集電体の周縁部を固定するためのフレームが、前記電池要素の積層方向に連結されて、前記電池要素の周囲に配置されている点を除いては、従来のバイポーラ電池に用いられていた材料が、同様に用いられうる。このため、正極層、電解質層、負極層、タブ、電池外装体などについては、簡単に説明するが、これらの形態が、例示する材料や形状に限定されるわけではない。また、新たに開発された材料や形状が用いられてもよい。
【００１２】
ここで「フレーム」について、図面を参照して簡単に説明する。図１は、本発明のバイポーラ電池の好ましい形態（第１実施形態）に用いられるフレームを示す模式斜視図である。図１（ａ）は、電池要素の上部に位置するフレーム１（本明細書中、「フレームＡ」１ａとも称する）を示す模式斜視図である。図１（ｃ）は、電池要素の下部に位置するフレーム１（本明細書中、「フレームＣ」１ｃとも称する）を示す模式斜視図である。図１（ｂ）は、フレームＡ１ａとフレームＣ１ｃとの間に位置するフレーム１（本明細書中、「フレームＢ」１ｂとも称する）を示す模式斜視図である。図２は、図１（ａ）に示すフレームＡ１ａを反対側から見た模式斜視図である。
【００１３】
本発明において、「フレーム」とは、集電体の周縁部を固定するための枠体をいう。本発明において、隣接するフレーム１どうしは、電池要素の積層方向に連結されてフレーム積層体３（後述する図３を参照）を形成し、このフレーム積層体３は、電池要素の周囲に配置される。フレーム１どうしが連結される形態については、以下で詳細に説明するが、例えば、連結部５（後述する図４を参照）を介して連結される形態が例示される。本形態の連結部５は、爪５ａおよび前記爪５ａを掛止させるための溝５ｂである。本形態では、前記爪５ａを前記溝５ｂに掛止させることにより、前記爪５ａを有するフレーム１と、前記溝５ｂを有するフレーム１とが連結されうる。なお、フレーム１およびフレーム積層体３の形態は、これらの図に示す形態のみに制限されるわけではない。また、これらの図面は、説明の都合上、誇張して記載されており、各フレーム１の厚さや幅等の比率は、実際とは異なる場合がある。これは以下の図面についても同様である。
【００１４】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態の構成と効果について、簡単に説明する。
【００１５】
まず、図３および図４を参照して、バイポーラ電池の一般的な構成について説明する。図３は、第１実施形態のバイポーラ電池における、フレーム１が連結されてなるフレーム積層体３が配置された電池要素の外観を示す模式斜視図である。また図４は、図３に示すＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。なお、図３および図４は例示のためのものであり、電池要素の形態が図３および図４に示す形態のみに制限されるわけではない。
【００１６】
図４に示すように、バイポーラ電池は、一般に、集電体１３の片面に正極層１５が形成され、他方の面に負極層１７が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層１９を介して積層されてなる電池要素２１を有する。第１実施形態の電池要素２１において具体的には、電解質層１９が正極層１５および負極層１７により挟持されてなる３個の単電池２３が、４枚の集電体１３と交互に積層される形で電池要素２１を構成している。前記電池要素２１において、正極側の最外層に配置される集電体（本明細書中、「正極用最外層集電体」とも称する）２５は正極層１５のみを有し、負極側の最外層に配置される集電体（本明細書中、「負極用最外層集電体」とも称する）２７は負極層１７のみを有する。また、図３に示すように、前記最外層集電体２５，２７には、電流を外部に取り出すための正極用タブ２９および負極用タブ３１が接合される。さらに、前記電池要素２１は、通常、前記正極用タブ２９および負極用タブ３１を外部に露出する形で、電池外装体（図示せず）中に封入される。なお、場合によっては、前記集電体１３間の短絡（液絡）を防止する目的で、隣接する集電体１３間に絶縁層が設けられてもよい。
【００１７】
従来、バイポーラ電池を製造する際には、バイポーラ電極と電解質層とを交互に積層して電池要素を作製するのが一般的である。ここで、積層する際の積層体の剛性は、主にバイポーラ電極の集電体により確保されている。しかしながら、集電体の厚さは、通常１０〜２００μｍと極めて薄い。したがって、バイポーラ電極の取り回しは必ずしも容易ではなく、作り損じが生じる場合がある。また、バイポーラ電極と電解質層とを積層する際の積層体の剛性が充分に確保されない場合もある。このため、場合によっては、最終的に製造される電池においても充分な剛性が確保されないという問題があった。さらに、場合によっては、隣接する集電体間の短絡（液絡）を防止するための絶縁層を単電池の周囲に配置し、最終的に熱加圧等の手段によりシールする工程を経る必要がある。その結果、電池の製造が極めて煩雑となり、製造に時間がかかるという問題もあった。
【００１８】
バイポーラ電池と電解質層とを積層する際、積層体に剛性を持たせるには、バイポーラ電池の集電体や電解質層に用いられるセパレータを厚くするという手段も考えられる。しかしながら、積層体に充分な剛性を持たせるようにこれらを厚くすると、バイポーラ電池全体が厚くなってしまい、体積が増加して、車両等への搭載時に不利である。また、単電池の積層数が著しく増加しつつある現在では、この手段を採用すると上記の問題がより顕在化すると考えられる。よって、集電体等を厚くするのみでこの問題に対処することは、実際には困難である。
【００１９】
これに対し、本発明のバイポーラ電池においては、上述したように、集電体１３の周縁部を固定するためのフレーム１が、前記電池要素２１の積層方向に連結されてフレーム積層体３を形成し、このフレーム積層体３が、前記電池要素２１の周囲に配置されている。かようなフレーム１を採用することによって、従来と比較して、電池要素２１を作製する際の積層体の剛性が確保されうる。その結果、バイポーラ電池の製造がより簡便になり、より迅速な製造が可能となる。
【００２０】
以下、フレーム１の好ましい形態、および、フレーム１が連結されてなるフレーム積層体３の好ましい形態につき、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
上述したように、図３は、第１実施形態のバイポーラ電池における電池要素２１の外観を示す模式斜視図である。また図４は、図３に示すＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。
【００２２】
本発明においては、集電体１３の周縁部を固定するためのフレーム１が、前記電池要素２１の積層方向に連結されてフレーム積層体３を形成し、このフレーム積層体３が、前記電池要素２１の周囲に配置されている。
【００２３】
第１実施形態における電池要素２１において具体的には、図３および図４に示すように、下部に位置する１個のフレームＣ１ｃ、上部に位置する１個のフレームＡ１ａ、および前記フレームＣ１ｃと前記フレームＡ１ａとの間に位置する２個のフレームＢ１ｂが、電池要素２１の積層方向に連結されてフレーム積層体３を形成している。また、前記フレーム積層体３は、電池要素２１の周囲に配置されている。さらに、この際、隣接するフレーム１どうしによって集電体１３が挟持されることにより、固定されている。なお、図４に示すように、第１実施形態において、正極用最外層集電体２５は、２つのフレーム１により挟持されてはおらず、上部に位置するフレームＣ１ｃのみによって、固定されている。このように、本発明において、フレーム１により各集電体１３が固定される形態は特に制限されず、単独のフレーム１のみによって固定されてもよく、２つの隣接するフレーム１によって固定されてもよい。
【００２４】
上記のような電池要素を有する本発明のバイポーラ電池の製造方法については、後で詳細に説明するが、第１実施形態によれば、電池要素２１を作製する際に、フレーム１により積層体に剛性が付与される。このため、従来と比較して電池要素２１を作製する際の工程が簡便になり、バイポーラ電池の迅速な製造が可能となる。
【００２５】
また、本発明のバイポーラ電池においては、フレーム１を採用したことによって、耐振動性が向上しうる。以下、この効果について詳細に説明する。
【００２６】
一般に、車両等への搭載を目的とする積層型のバイポーラ電池は、高出力を得るために面積が大きく、その面積は通常、０．３〜２．０ｍ２程度である。また、電圧を大きくするために単電池（セル）の積層数を増加させると、バイポーラ電池の厚さも増加し、その厚さは通常、５〜２０ｍｍ程度である。したがって、バイポーラ電池をそのまま車両等に搭載すると、車両の走行時等の振動による影響を受けやすく、バイポーラ電池の電極層等の剥離が生じ、電池性能が低下するという問題がある。
【００２７】
これに対し、本発明のバイポーラ電池においては、各集電体がフレーム１により固定されており、さらに前記フレーム１は連結されてフレーム積層体３を形成し、電池要素２１の周囲に配置されている。このため、従来のバイポーラ電池と比較して、電池要素２１の剛性が向上する。その結果、車両の走行時等に生じる振動の、電池要素２１を構成する電極層等への伝達が低減される。すなわち、バイポーラ電池の耐振動性が向上する。
【００２８】
また、図４に示されるように、第１実施形態において、フレーム１は、隣接する集電体１３の間を絶縁するための、絶縁部３５を有している。すなわち、フレーム１の一部が、隣接する集電体１３の間に配置されることにより、隣接する集電体１３の間が絶縁されている。これにより、隣接する集電体間の短絡（液絡）が効率的に防止されうる。また、電池要素２１の作製時には、絶縁層を配置して、熱加圧等により前記絶縁層をシールする手間が省けるため、より簡便な工程で迅速にバイポーラ電池を製造することが可能となる。
【００２９】
上記の第１実施形態のように、本発明のバイポーラ電池において、フレーム１は、隣接する集電体１３の間を絶縁するための、絶縁部３５を有していることが好ましい。しかし、この形態に制限されず、別途、絶縁層が設けられていてもよいことは勿論である。
【００３０】
さらに、図４に示すように、第１実施形態において、フレーム１は、電池要素２１の積層方向に隣接する他のフレーム１と連結するための、連結部５を有している。第１実施形態において、前記連結部５は、隣接するフレーム１のうち、一方が有する爪５ａ、および、他方が有する、前記爪５ａを掛止させるための溝５ｂである。第１実施形態においては、前記爪５ａを、前記溝５ｂに掛止させることにより、前記爪５ａを有するフレーム１と、前記溝５ｂを有するフレーム１とが連結される。本発明のバイポーラ電池においては、各集電体１３がフレーム１により固定されることで、電池要素２１の剛性が向上するが、第１実施形態においては、前記集電体１３を固定するためのフレーム１どうしが連結されることにより、電池要素２１の剛性がさらに向上しうる。また、電池要素２１の作製時には、電池要素２１の各構成成分および各フレーム１を、下から順に積層していくことにより、電池要素２１が作製されうる。また、電池要素２１を作製する際、フレーム１によって積層体が固定されながら各成分が積層されていくため、電池要素２１作製時に積層体の剛性が保たれる。その結果、電池要素２１の作製がさらに簡便になり、より迅速に電池要素２１を作製することが可能となる。
【００３１】
なお、図４に示す形態（構造１）において、第１実施形態のバイポーラ電池において用いられるフレームＡ１ａおよびフレームＢ１ｂは、その外周部および内周部の双方に、自身の下部に位置するフレーム１と連結するための連結部５である爪５ａを有しており、これに対応して、フレームＢ１ｂおよびフレームＣ１ｃは、その外周部および内周部の双方に、自身の上部に位置するフレーム１と連結するための連結部５である溝５ｂを有している。前記爪５ａを前記溝５ｂに掛止させることにより、隣接するフレーム１どうしが連結される。また、フレームＡ１ａおよびフレームＢ１ｂの内周部に位置する連結部５である爪５ａを有する部位は、絶縁部３５を兼ねている。
【００３２】
集電体１３を固定するためのフレーム１が有する、隣接する他のフレーム１と連結するための連結部５の具体的な形態については、特に制限はない。以下、上述した第１実施形態以外の実施形態につき、より詳細に説明する。以下の形態についても、第１実施形態と同様に、例示のためのものであり、本発明の技術的範囲がこの形態のみに制限されるものではない。
【００３３】
図５〜図９は、本発明のバイポーラ電池の好ましい形態における電池要素を示す模式断面図である。
【００３４】
図５〜図９に示すように、これらの電池要素２１の形態は、連結部５の形態が異なること以外は、上述した第１実施形態のバイポーラ電池における電池要素２１と基本的に同じである。よって以下、図５〜図９に示す電池要素２１における連結部５の形態を中心に、詳細に説明する。
【００３５】
図５に示す形態（構造２）において、フレームＡ１ａおよびフレームＢ１ｂは、その内周部のみに、自身の下部に位置するフレーム１と連結するための連結部５である爪５ａを有しており、これに対応して、フレームＢ１ｂおよびフレームＣ１ｃは、その内周部のみに、自身の上部に位置するフレーム１と連結するための連結部５である溝５ｂを有している。前記爪５ａを前記溝５ｂに掛止させることにより、隣接するフレーム１どうしが連結される。また、フレームＡ１ａおよびフレームＢ１ｂの有する連結部５である爪５ａを有する部位は、絶縁部３５を兼ねている。
【００３６】
図６に示す形態（構造３）において、フレームＡ１ａおよびフレームＢ１ｂは、その外周部のみに、自身の下部に位置するフレーム１と連結するための連結部５である爪５ａを有しており、これに対応して、フレームＢ１ｂおよびフレームＣ１ｃは、その外周部のみに、自身の上部に位置するフレーム１と連結するための連結部５である溝５ｂを有している。前記爪５ａを前記溝５ｂに掛止させることにより、隣接するフレーム１どうしが連結される。また、フレーム１には、連結部５である爪５ａを有する部位とは別に、絶縁部３５が設けられている。
【００３７】
図７に示す形態（構造４）において、フレームＡ１ａおよびフレームＢ１ｂは、その下部に凸部を有し、前記凸部に、自身の下部に位置するフレーム１と連結するための連結部５である爪５ａを有しており、これに対応して、フレームＢ１ｂおよびフレームＣ１ｃは、その上部に凹部を有し、前記凹部に、自身の上部に位置するフレーム１と連結するための連結部５である溝５ｂを有している。前記爪５ａを前記溝５ｂに掛止させることにより、隣接するフレーム１どうしが連結される。また、フレームＡ１ａおよびフレームＢ１ｂには、連結部５である爪５ａを有する凸部とは別に、絶縁部３５が設けられている。
【００３８】
以上、フレーム１が、連結部５として爪５ａおよび前記爪５ａを掛止させるための溝５ｂを有する形態について説明したが、かかる形態において、爪５ａおよび溝５ｂについての具体的な形態は特に制限されない。例えば、爪５ａおよび溝５ｂの大きさや、設けられる位置および数は、特に制限されず、適宜選択されうる。
【００３９】
図８に示す形態（構造５）において、各フレーム１は、連結部５として、電池要素２１の積層方向の穴を有している。そして、前記穴に棒状の支持体９を貫通させることにより、隣接するフレーム１どうしが連結される。また、フレームＡ１ａおよびフレームＢ１ｂには、連結部５である穴とは別に、絶縁部３５が設けられている。ここで、連結部５としての穴の大きさや、設けられる位置および数などの具体的な形態は、特に制限されない。棒状の支持体９についても、その材質や太さなどの具体的な形態は、特に制限されない。棒状の支持体９としては、例えば、高分子樹脂棒、セラミックス棒、絶縁処理を施した金属棒等が例示される。また、棒状の支持体９により固定する形態も特に制限されず、図８に示すようなボルト−ナット構造により固定される形態や、棒の上下部に貫通穴を設け、前記穴に固定具を貫通させることにより固定される形態、棒の両端に留め金を溶接することにより固定する形態等の形態が例示される。
【００４０】
図９に示す形態（構造６）において、各フレーム１は、連結部５として、電池要素２１の積層方向に略垂直な方向の穴を有している。そして、前記穴に棒状の支持体９を貫通させることにより、隣接するフレーム１どうしが連結される。また、フレームＡ１ａおよびフレームＢ１ｂには、連結部５である穴とは別に、絶縁部３５が設けられている。ここで、連結部５としての穴の大きさや、設けられる位置および数などの具体的な形態は、特に制限されない。棒状の支持体９についても、その材質や太さなどの具体的な形態は、特に制限されない。棒状の支持体９としては、上記と同様の形態が例示される。また、棒状の支持体９により固定する形態も特に制限されず、図９に示すように鋲カシメにより固定される形態のほか、棒の先端に貫通穴を設け、前記穴に固定具を貫通させることにより固定される形態や、棒の先端に留め金を溶接することにより固定する形態等の形態が例示される。
【００４１】
以上、集電体１３を固定するためのフレーム１が、隣接する他のフレーム１と連結するための連結部５を有する形態について詳細に説明したが、本発明の技術的範囲は、かような形態のみに制限されない。例えば、図１０に示すような形態であってもよい。
【００４２】
図１０に示す形態（構造７）において、各フレーム１は、連結部５を有していない。各フレーム１は、外部支持体１１を用いて固定されることにより、電池要素２１の積層方向に連結されている。ここで、固定するために用いられる外部支持体１１や、固定される位置および固定される箇所の数などの具体的な形態は、特に制限されない。固定の形態としては、例えば、カシメ固定、挟み固定等が例示される。
【００４３】
以上、フレーム１の有する連結部５の好ましい形態について説明したが、これに制限されない。また、各フレーム１が全て同一の連結部５を有している必要はなく、フレーム１ごとに異なる連結部５を有していてもよい。さらに、連結部５を設ける形態と、外部支持体１１を用いて固定する形態とが併用されてもよい。
【００４４】
本発明において、例えば電解質層に液体電解質やゲル高分子電解質が用いられる場合には、電解液がフレーム１の隙間より漏れないことが好ましい。かかる観点から、本発明においては、フレーム１と集電体１３との間、およびフレーム１どうしの間に、密封処理を施すことが好ましい。
【００４５】
前記密封処理としては、例えば、図４〜図１０に示すように、前記フレーム１と前記集電体１３とが隣接している部位、および／または前記フレーム１どうしが隣接している部位に、溝を設け、前記溝に、パッキン７を配置する形態が挙げられる。パッキン７については特に制限されず、丸断面形状（Ｏリング状）パッキン、三角断面形状パッキン、多角形断面形状パッキン等の従来公知のものが用いられうる。パッキン７を配置するための溝を設ける形態も、図４〜図１０に示す形態のみに制限されず、適宜設定されうる。
【００４６】
前記密封処理として、パッキン７を用いる形態は、あくまでも一例であり、これに制限されることはない。パッキン７を配置する形態のほかに、例えば、集電体１３とフレーム１とを、および／またはフレーム１どうしを、公知の接着剤等を用いて接着する形態が採用されてもよい。
【００４７】
一般に、バイポーラ電池の電池要素２１は、単電池２３が直列に接続された構成を有している。前記電池要素２１を構成する各単電池２３は、通常は全て等しい電圧を示すが、製造時の不良や使用時の環境等によって、各単電池２３間の電圧がばらつく場合がある。各単電池２３間の電圧がばらつくと、一部の単電池２３のみの劣化が進行し、最終的にはバイポーラ電池全体の寿命等の性能が低下する場合がある。よって、バイポーラ電池の、長期間にわたる安定した運転を保証するためには、電池の製造後や使用中にも、各単電池２３間の電圧を検知しうることが好ましい。かかる観点から、本発明においては、図１１に示すように、各フレーム１に、隣接する単電池２３間の電圧を測定するための、電圧検知部３７を設けることが好ましい。図１１に示す形態においては、導体からなる箔が電圧検知部３７として各集電体１３に接続され、各フレーム１の上面に沿って配置され、電池要素２１の外部に導出されている。電圧検知部３７の材質、大きさ、および設けられる箇所等の具体的な形態は、特に制限されない。
【００４８】
本発明のバイポーラ電池においては、図１１に示すように、フレーム１どうしが隣接している部位に、緩衝材３９が配置されていてもよい。前記緩衝材３９の材質や、設けられる位置等の具体的な形態は、特に制限されない。
【００４９】
ここで、緩衝材３９を設けることにより生じる効果について、図面を用いて説明する。図１２は、図１１に示す緩衝材３９を設けたバイポーラ電池と、緩衝材３９を設けていないバイポーラ電池についての、振動スペクトルを示す図面である。図１２において、緩衝材３９を設けたバイポーラ電池は、「緩衝材構造」と記載され、緩衝材３９を設けていないバイポーラ電池は、「緩衝材なし構造」と記載されている。図１２によれば、緩衝材３９を有するバイポーラ電池は、緩衝材３９を有しないバイポーラ電池と比較して、振動伝達率が低減され、耐振動性に優れることがわかる。これは、緩衝材３９が配置されることにより、バイポーラ電池が振動状態にさらされた場合であっても、前記緩衝材３９により振動が吸収されるためであると考えられる。
【００５０】
本発明のバイポーラ電池においては、図１１に示すように、フレーム１に、外部に通気させるための通気口４１が設けられていてもよい。かような通気口４１は、電解液を注入する目的や、初回充放電時に発生したガスを抜く目的で用いられうる。その他の目的で用いられてもよい。なお、前記通気口４１の大きさや、設けられる位置等の具体的な態様は、特に制限されない。しかし、前記通気口４１は、複数設けられることが好ましい。前記ゲル高分子電解質層を構成するホストポリマーや、液体電解質を保持するためのセパレータに電解液を注入する際には、一旦電解液を注入し、その後に電池外装体の内部を減圧させて、ホストポリマーやセパレータの全体に電解液を浸透させるのが一般的である。ここで、通気口４１が複数設けられていると、同時に複数の通気口４１から電解液を注入することができる。その結果、電解液を注入するのに要する時間が削減されうる。また、通気口４１が複数設けられることにより、電解液を注入するための通気口４１と、電池外装体の内部を減圧するための減圧装置を接続するための通気口４１とを別々にすることができる。その結果、ホストポリマーやセパレータに電解液をより均一に浸透させうる。なお、前記通気口４１は、その目的を達した後に、封止されてもよい。本発明のバイポーラ電池においては、上記のように完成時に通気口４１が封止されている場合であっても、通気口４１が設けられている形態に含むものとする。
【００５１】
続いて、バイポーラ電池１１を構成する部材について、順に説明する。
【００５２】
単電池２３は、バイポーラ電池１１において電池反応が進行する部位であり、正極層１５および負極層１７によって、電解質層１９が挟持されてなる構成を有する。すなわち、正極層１５／電解質層１９／負極層１７の順に、積層される。なお、本発明において「挟持」とは、ある部材が、２つの他の部材の間に介在している状態を意味する。部材間の接触面積は特に制限されない。
【００５３】
正極層１５は、正極活物質を含む。正極活物質としては、リチウム−遷移金属複合酸化物が好ましく、例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ−Ｍｎ系複合酸化物やＬｉＮｉＯ２などのＬｉ−Ｎｉ系複合酸化物が挙げられる。場合によっては、２種以上の正極活物質が併用されてもよい。
【００５４】
負極層１７は、負極活物質を含む。負極活物質としては、上記のリチウム遷移金属−複合酸化物や、カーボンが好ましい。カーボンとしては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛系炭素材料、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、ハードカーボン等が挙げられる。
【００５５】
正極層１５および負極層１７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、バインダ、導電助剤、リチウム塩（支持電解質）、イオン伝導性ポリマー等が含まれうる。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。
【００５６】
バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、スチレンブタジエンゴム(ＳＢＲ)等が挙げられる。
【００５７】
導電助剤とは、正極層１５または負極層１７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、グラファイトなどのカーボン粉末が挙げられる。
【００５８】
リチウム塩（支持電解質）としては、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）、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３等が挙げられる。
【００５９】
イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）系およびポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）系のポリマーが挙げられる。ここで、前記イオン伝導性ポリマーは、本発明のバイポーラ電池１１の電解質層１９において電解質として用いられるイオン伝導性ポリマーと同じであってもよく、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
【００６０】
重合開始剤は、イオン伝導性ポリマーの架橋性基に作用して、架橋反応を進行させるために配合される。開始剤として作用させるための外的要因に応じて、光重合開始剤、熱重合開始剤などに分類される。重合開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）やベンジルジメチルケタール（ＢＤＫ）等が挙げられる。
【００６１】
正極層１５および負極層１７中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。
【００６２】
電解質層１９を構成する電解質としては、一般に、液体電解質またはポリマー電解質が挙げられる。本発明においては、好ましくはポリマー電解質が用いられる。ポリマー電解質を用いることにより、電解質などの液漏れが防止され、バイポーラ電池１１の安全性が向上しうる。
【００６３】
ポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーから構成され、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。優れた機械的強度を発現させることが可能である点で、高分子電解質形成用の重合性ポリマーを熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合により架橋構造を形成することにより作製されるものが好適に用いられる。かかる高分子電解質により形成される電解質層では、液漏れが起こらないため、電池の信頼性が向上し、かつ簡易な構成で出力特性に優れたバイポーラ電池１１が形成される。
【００６４】
ポリマー電解質としては、全固体高分子電解質、およびゲル高分子電解質が挙げられる。
【００６５】
全固体高分子電解質としては、特に限定されないが、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子には、ＬｉＢＥＴＩ、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２等のリチウム塩がよく溶解しうる。また、これらの高分子は、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現しうる。本発明においては、電極特性をより向上させるために、全固体高分子電解質が正極層および負極層の双方に含まれることが好ましい。
【００６６】
また、ゲル高分子電解質とは、一般的に、イオン伝導性を有する全固体高分子電解質（ホストポリマー）に、電解液を保持させたものをいう。なお、本願では、イオン伝導性を有し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、前記ゲル高分子電解質に含まれるものとする。用いられる電解液（電解質塩および可塑剤）の種類等は特に制限されない。
【００６７】
また、電解質層１９がゲル高分子電解質からなる場合、前記電解質層１９は、ゲル原料溶液を不織布などのセパレータに浸透させた後、上記の種々の方法を用いて重合することにより形成されたものであってもよい。セパレータを用いることにより、電解液の充填量を高めることができるとともに、電池内部の熱伝導性が確保される。なお、本願においては、イオン伝導性高分子（ホストポリマー）が重合する前であっても、「ゲル高分子電解質」に含まれるものとする。
【００６８】
集電体１３は、バイポーラ電池１１の電池要素２１において、上記で説明した単電池２３のそれぞれを挟持する、金属製の部材である。すなわち、電池要素２１においては、集電体１３／正極層１５／電解質層１９／負極層１７／集電体１３の順に、積層される。言い換えれば、電池要素２１においては、集電体１３の片面に正極層１５が形成され、他方の面に負極層１７が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層１９を介して複数積層されている。
【００６９】
集電体１３は、アルミ箔、銅箔、ステンレス（ＳＵＳ）箔など、導電性の材料から構成される。集電体１３の一般的な厚さは、１０〜２００μｍである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体１３を用いてもよい。集電体１３の大きさは、バイポーラ電池１１の使用用途に応じて決定される。大型の電池に用いられる大型の電極を作製するのであれば、面積の大きな集電体１３が用いられる。小型の電極を作製するのであれば、面積の小さな集電体１３が用いられる。
【００７０】
フレーム１が充分な剛性を保つことができるのであれば、フレーム１を構成する材料等の具体的な形態は、特に制限されない。フレーム１を構成する材料としては、例えば、高分子材料およびセラミックス材料等の絶縁性の材料や、金属材料等の導電性の材料などが挙げられる。新たに開発された材料が用いられてもよい。なお、フレーム１は、自ら製造したものを用いてもよく、市販のものを用いてもよい。
【００７１】
フレーム１が絶縁部３５を有する場合、前記絶縁部３５のうち少なくとも集電体１３およびフレーム１と接している部位については、絶縁性の材料で形成されることが好ましい。さらに、製造が容易であるという観点から、各フレーム１は、単一の材料からなることが好ましい。よって、フレーム１が絶縁部３５を有する場合、各フレーム１は、その全体が絶縁性の材料で形成されることがより好ましい。さらに、成形性に優れ、充分な剛性も有しているという点で、前記絶縁性の材料は、樹脂およびセラミックス、並びにこれらの複合材料であることが好ましい。なお、各フレーム１は、その全体が単一の材料のみからなっていなくてもよい。例えば、フレーム１は、金属等の導電性の材料からなる骨格を、樹脂等の絶縁性の材料で被覆してなるものであってもよい。また、本発明の一般的な形態においては、電池要素２１の上部に位置する１個のフレームＡ１ａ、電池要素２１の下部に位置する１個のフレームＣ１ｃ、および前記フレームＡ１ａと前記フレームＣ１ｃとの間に位置する１個以上のフレームＢ１ｂの３種のフレーム１が用いられるが、フレーム１の材質等の具体的な形態は、フレーム１ごとに同一であってもよく、異なっていてもよい。
【００７２】
本発明のバイポーラ電池において、必要であれば、絶縁層が各単電池（セル）の周囲に設けられてもよい。この絶縁層は、電池内で隣り合う集電体どうしが接触したり、電池要素における単電池の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こるのを防止する目的で設けられる。かような絶縁層の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質のバイポーラ電池が提供されうる。なお、フレーム１が絶縁部３５を有している場合には、絶縁層は設けられなくてもよい。
【００７３】
前記絶縁層としては、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などを有するものであればよく、例えば、エポキシ樹脂、ゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ（製膜性）、経済性などの観点から、エポキシ樹脂が好ましい。
【００７４】
また、本発明のバイポーラ電池においては、例えば図３および図４に示すように、電流を取り出す目的で、正極用タブ２９が正極用最外層集電体に、負極用タブ３１が負極用最外層集電体に、接合される。
【００７５】
タブの材質は、特に制限されず、従来バイポーラ電池に用いられている公知の材質が用いられうる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等が例示される。なお、正極用タブと負極用タブとでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。
【００７６】
本発明のバイポーラ電池においては、使用時の外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、電池要素２１は、好ましくは電池ケース等の電池外装体に収容される。前記電池外装体としては、特に制限されず従来公知の外装体が用いられうる。自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を迅速に電池動作温度まで加熱しうる点で、好ましくは、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートフィルム等が用いられうる。
【００７７】
かかる電池外装体に電池要素２１を収容するには、前記電池外装体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、前記電池要素２１を密封状態で収容することが好ましい。この際、正極用タブ２９および負極用タブ３１は、前記熱融着により接合された部位に挟まれて前記電池外装体の外部に導出される。
【００７８】
図１１に示すように、フレーム１に電圧検知部３７が設けられる場合、電圧検知部３７の材質としては、上記の正極用タブ２９および負極用タブ３１と同様のものが用いられうる。また、電池外装体の外部において電圧を検知するために、各電圧検知部３７には、電圧検知用リードが接続されることが好ましい。電圧検知部３７に接続された電圧検知用リードは、正極用タブ２９および負極用タブ３１と同様に、電池外装体の外部に導出される。
【００７９】
また、図１１に示すように、フレーム１どうしが隣接している部位に、緩衝材３９が配置される場合、前記緩衝材３９の材質等の具体的な形態は特に制限されない。効率的に振動を吸収しうるという観点から、前記緩衝材３９は、弾性体からなることが好ましい。前記弾性体としては、ゴム、エラストマー、高分子樹脂等が例示される。前記弾性体として好ましくは、シリコンゴム、フッ素ゴム、およびエチレンプロピレンゴム等が挙げられる。これらの材料は、振動の吸収能に優れるのみならず、電解液に接触しても耐蝕性に優れ、さらには使用時の減圧環境および８０℃程度の高温環境に対する耐性にも優れるためである。
【００８０】
本発明のバイポーラ電池は、複数個連結されて組電池を形成しうる。すなわち、本発明の第２は、本発明のバイポーラ電池を含む、組電池である。前記組電池において、本発明のバイポーラ電池は、その複数個が、または他の電池と組み合わせて、並列接続、直列接続、並列−直列接続または直列−並列接続により接続されてなる。これにより、種々の車両用ごとの容量および電圧の要望に対して、基本のバイポーラ電池を様々に組み合わせることで対応することが可能となる。その結果、必要なエネルギーおよび出力を設計することが容易になる。そのため種々の車両用ごとに異なるバイポーラ電池を設計、生産する必要がなく、基本となるバイポーラ電池の大量生産が可能となり、量産化によるコスト削減が可能となる。
【００８１】
また、本発明の組電池は、本発明のバイポーラ電池と、前記バイポーラ電池と正負極電極材料が同一であって、前記バイポーラ電池の構成単位数直列接続されることにより電圧が同一とされた電池（好ましくはバイポーラ型でないリチウムイオン二次電池（本明細書中、「一般リチウムイオン二次電池」とも称する））と、を並列に接続したものであってもよい。すなわち、本発明の組電池を形成する電池には、本発明のバイポーラ電池と一般リチウムイオン二次電池等とが混在していても良い。これにより、出力重視のバイポーラ電池と、エネルギー重視の一般リチウムイオン二次電池との組み合わせで、お互いの弱点を補う組電池が形成され、組電池の軽量化およびコンパクト化が図られる。それぞれのバイポーラ電池と一般リチウムイオン二次電池とをどの程度の割合で混在させるかは、組電池として要求される安全性能、出力性能に応じて適宜決定されうる。
【００８２】
さらに、上記の組電池を少なくとも２以上直列、並列、または直列と並列の複合接続することで、複合組電池を形成してもよい。これにより、新たに組電池を作製することなく、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に比較的安価に対応することが可能となる。また、組電池が複数直並列接続されてなる複合組電池は、一部の電池、組電池が故障しても、その故障部分を交換するのみで修理が完了しうる。
【００８３】
なお、本発明の組電池および複合組電池のその他の構成および製造方法等の具体的な形態は、何ら制限されず、従来公知の一般リチウムイオン二次電池を用いた組電池および複合組電池の構成および製造方法等と同様の形態が適宜適用されうる。例えば、特開２００３−３０３５８３号公報に記載されているような、従来公知の組電池および複合組電池の構成および製造方法が利用されうる。
【００８４】
上記のバイポーラ電池、組電池、複合組電池は、例えば、電気自動車（ＥＶ）、シリーズまたはパラレルハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、燃料電池自動車、ハイブリッド燃料電池自動車等に搭載され、高エネルギー密度、高出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源として好適に利用されうる。前記バイポーラ電池、組電池、複合組電池のうち少なくとも１つが車両に搭載される場合には、特に制限されないが、車両中央部の座席下、車両の床下、トランクルーム、エンジンルーム、屋根、ボンネットフード内等に設置されうる。
【００８５】
本発明のバイポーラ電池の製造方法は、特に制限されないが、好ましくは、以下の方法により製造されうる。すなわち、本発明の第３は、集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層を介して積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池の製造方法であって、前記バイポーラ電極を載置可能なフレームであって、前記電池要素の積層方向に隣接するフレームと連結可能なフレームに、前記バイポーラ電極を載置して、フレーム−バイポーラ電極複合体を作製する工程（１）と、前記フレーム−バイポーラ電極複合体と、電解質層とを交互に積層して、積層体を作製する工程（２）と、前記積層体の積層方向に隣接する前記フレームどうしを連結して、前記電池要素を作製する工程（３）とを有する、バイポーラ電池の製造方法である。
【００８６】
以下、本発明の製造方法について、各工程に沿って詳細に説明する。しかし、以下の説明における工程の順序はあくまでも説明のためのものであり、本発明の製造方法における工程の順序を規定するものと解釈されるべきではない。
【００８７】
＜バイポーラ電極の作製＞
まず、バイポーラ電極を作製する。
【００８８】
バイポーラ電極は、集電体の片面に正極層を形成し、他方の面に負極層を形成することにより、作製されうる。集電体の片面に正極層を形成する形態としては、例えば、正極用組成物を調製し、その後に、集電体の片面上に前記正極用組成物を塗布し、乾燥および重合させる形態が例示される。負極層の形成についても同様である。以下、より詳細に説明する。また、負極用最外層集電体２７の有する負極層１７、および正極用最外層集電体２５の有する正極層１５を形成する形態についても、以下の形態が同様に採用されうる。なお、この形態において用いられる集電体１３、正極層１５、および負極層１７の具体的形態は特に制限されず、本発明の第１において好ましい形態として説明した形態が例示される。このため、ここでは説明を省略する。
【００８９】
正極用組成物は通常はスラリー（正極用スラリー）として得られ、集電体１３（正極用最外層集電体２５を含む）の片面に塗布される。
【００９０】
正極用スラリーは、正極活物質を含む溶液である。また、正極用スラリーは、正極活物質および溶媒の他にも、必要であれば、導電助剤、バインダ、重合開始剤、ゲル高分子電解質の原料であるイオン伝導性高分子（ホストポリマー）、およびリチウム塩等を含んでもよい。正極用スラリーは、例えば、正極活物質を含む溶媒中に、バインダ、導電助剤を添加し、ホモミキサー等で攪拌することによって調製されうる。
【００９１】
正極活物質、導電助剤、バインダ、イオン伝導性高分子（ホストポリマー）、およびリチウム塩に関しては、基本的に本発明のバイポーラ電池の構成要件である正極層の項で説明した内容と同様の形態が用いられうるため、ここでは説明を省略する。
【００９２】
溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ｎ−ピロリドン等のスラリー粘度調整用溶媒が挙げられ、正極用スラリーの種類に応じて適宜選択されうる。
【００９３】
正極活物質、リチウム塩、導電助剤等の添加量は、得られるバイポーラ電池が所定の関係を満たすように適宜決定されうる。
【００９４】
上記で調製された正極用スラリーを集電体上に塗布した後、乾燥させて、含まれる溶媒を除去する。
【００９５】
正極用スラリーを集電体１３上に塗布するには、例えば、得られる正極層１５の厚さが１０〜２００μｍとなるように、コーター、スクリーン印刷法等の従来公知の方法が用いられうる。
【００９６】
集電体１３上に塗布された正極用スラリーを乾燥させるには、真空乾燥機等の従来公知の装置が用いられうる。この際の乾燥条件は、塗布された正極用スラリーの性質に応じて適宜決定されうる。
【００９７】
形成された正極層１５は、表面の平滑性および厚さの均一性を向上させるためにプレス操作によりプレスされることが好ましい。プレス操作は冷間でプレスロールする方法または熱間でプレスロールする方法のいずれの方法であってもよい。熱間でプレスロールする場合は、電解質支持塩や重合性ポリマーが分解する温度以下で行うことが望ましい。プレス圧力は線圧で２００〜１０００ｋｇ／ｃｍで行うことが望ましい。
【００９８】
次に、集電体１３の正極層１５が作製された面の他方の面に負極層１７を形成する。この際には、例えば、上記で説明した正極層１５の形成と同様に、負極用組成物を調製した後に、前記負極用組成物を集電体１３上に塗布し、乾燥させることによって、負極層１７が形成されうる。以下、より詳細に説明する。
【００９９】
負極用組成物は通常はスラリー（負極用スラリー）として得られ、集電体１３（負極用最外層集電体２７を含む）の正極層１５が作製された面とは反対の面に塗布される。
【０１００】
負極用スラリーは、負極活物質を含む溶液である。また、負極用スラリーは、負極活物質および溶媒の他にも、必要であれば、導電助剤、バインダ、重合開始剤、ゲル高分子電解質の原料であるイオン伝導性高分子（ホストポリマー）、およびリチウム塩等を含んでもよい。使用される原料や添加量については、「正極用組成物の調製」において説明したものと同様の形態が用いられるため、ここでは説明を省略する。
【０１０１】
上記で調製された負極用スラリーを集電体に塗布した後、乾燥させて、含まれる溶媒を除去する。塗布方法、乾燥条件等については、「正極層の作製」において説明したものと同様の形態が用いられるため、ここでの説明は省略する。
【０１０２】
また、上記「正極層の形成」において説明したプレス操作は、例えば、集電体１３の片面に正極層１５を形成し、他面に負極層１７を形成した後に、正極層１５および負極層１７をまとめて行ってもよい。また、集電体１３の片面に正極層１５を形成した後にプレス操作してもよいし、集電体１３の片面に負極層１７を形成した後にプレス操作してもよいなど、プレス操作の対象や時期等の形態は、必要に応じて適宜選択されうる。また、プレス条件については、正極層１５または負極層１７単独の場合でも、正極層１５および負極層１７をまとめて行う場合であっても、上記「正極層の形成」の項で説明した範囲内において適宜選択されうる。
【０１０３】
上記で作製されたバイポーラ電極は、所望のサイズに切り出され、以下の工程において電池要素２１を形成するために用いられる。
【０１０４】
＜フレーム−バイポーラ電極複合体の作製＞
続いて、フレーム−バイポーラ電極複合体を作製する。
【０１０５】
まず、上記で作製したバイポーラ電極を載置可能なフレームであって、電池要素２１の積層方向に隣接するフレームと連結可能なフレームを準備する。かようなフレームは特に制限されないが、例えば、本発明の第１のバイポーラ電池において採用されるフレーム１が例示される。フレーム１の作製方法は特に制限されないが、例えば、樹脂の射出成形、ブロー成形、金属板のプレス成形および削り出し成形、セラミックスの焼結成形等によって作製されうる。
【０１０６】
以下、上記で説明したフレーム１を用いる製造方法について説明するが、下記の形態のみには制限されない。
【０１０７】
また、必要であれば、本発明の第１において説明したように、フレーム１に電圧検知部３７を設けてもよく、緩衝材３９を配置してもよく、通気口４１を設けてもよい。これらの具体的な形態としては、本発明の第１の説明の欄において説明した形態が同様に用いられうる。また、これらを設ける方法についても特に制限されない。例えば、電圧検知部３７は、金属箔を接着、蒸着、またはメッキしたり、金属ワイヤーを接合させたりすることによって設けられうる。緩衝材３９は、緩衝材を接着剤により接着したり、フレームと緩衝材とを一体成形することによって配置されうる。通気口４１は、穴あけ加工や、削りだし成形などによって設けられうる。
【０１０８】
その後、準備したフレーム１に、上記で作製したバイポーラ電極を載置して、フレーム−バイポーラ電極複合体を作製する。載置は、手動の方法により行われてもよく、半自動または全自動の工程により行われてもよい。また、本発明において「フレームにバイポーラ電極を載置する」形態には、単にフレーム１の一部にバイポーラ電極を載せる形態のほか、フレーム１の一部にバイポーラ電極を配置するための溝を設け、前記溝にバイポーラ電極を嵌合させる形態も含むものとする。さらに、バイポーラ電極が載置されることによりフレームとバイポーラ電極とが接触する部位は、接着されていてもよいし、接着されていなくてもよい。なお、フレーム１にバイポーラ電極を載置する際には、以下の工程において電池要素２１を形成することが可能であれば、正極層１５および負極層１７のいずれが上を向くように載置してもよい。また、ここでいう「バイポーラ電極」には、集電体１３の片面のみに正極層１５または負極層１７のいずれかが形成されてなる正極用最外層集電体２５および負極用最外層集電体２７も含まれるものとする。
【０１０９】
＜電解質層の作製＞
さらに、電解質層１９を作製する。
【０１１０】
電解質層１９は、例えば、セパレータに、イオン伝導性高分子（ホストポリマー）を含むゲル原料溶液を浸透させた後、前記イオン伝導性高分子（ホストポリマー）を重合させることにより、形成される。よって以下、かかる形態を例に挙げて説明するが、この形態のみには制限されず、本発明の第１のバイポーラ電池の構成の欄において説明された形態が用いられてもよい。例えば、以下の実施例において採用されるように、セパレータに前記ゲル原料溶液を浸透させた後、イオン伝導性高分子（ホストポリマー）を重合させずに、以下の積層体の形成工程に用いてもよい。この場合、積層体を作製した後に、種々の重合方法を用いて、イオン伝導性高分子（ホストポリマー）を重合させてもよい。
【０１１１】
電解質層１９に用いられるセパレータとしては、厚みが５〜40μｍ程度の微孔性ポリエチレンフィルム、微孔性ポリプロピレンフィルム、微孔性エチレン−プロピレン−コポリマーフィルムなど一般的に用いられているものが挙げられる。
【０１１２】
前記ゲル原料溶液は、ゲル高分子電解質の原料であるイオン伝導性高分子（ホストポリマー）、リチウム塩、重合開始剤等を溶媒に溶解させて調製した溶液である。ホストポリマー、リチウム塩等は、本発明のバイポーラ電池の正極層１５の説明において説明したものと同様の形態が用いられるため、ここではその説明を省略する。
【０１１３】
重合開始剤は、重合方法（熱重合法、紫外線重合法、放射線重合法、電子線重合法など）や重合させる化合物に応じて適宜選択されうる。特に制限されないが、例えば、紫外線重合開始剤としてベンジルジメチルケタール（ＢＤＫ）、熱重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）等が挙げられる。また、溶媒としては、特に制限されないが、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、およびｎ−ピロリドンなどのスラリー粘度調整用溶媒等が挙げられる。重合開始剤の添加量は、ホストポリマーに含まれる架橋性官能基の数に応じて適宜決定されうる。通常は、上記ホストポリマーに対して０．０１〜１質量％程度である。
【０１１４】
ゲル原料溶液の浸透は、例えば、セパレータをゲル原料溶液に浸漬させることにより、またはセパレータにゲル原料溶液を注入することにより行われうる。ゲル原料溶液は、まだゲル状になっていないため、電極およびセパレータに浸透しうる。また、アプリケーターやコーター等を用いることで微量の供給も可能である。
【０１１５】
その後、ゲル原料溶液に含まれるホストポリマーを、熱、紫外線、放射線、電子線等により重合（架橋）させる。なかでも、簡便かつ確実に重合を行うことができる点で、好ましくは熱重合が行われうる。乾燥および熱重合の際には、真空乾燥機等の従来公知の装置が用いられうる。乾燥および熱重合の条件はゲル原料溶液の性質に応じて適宜決定されうる。得られる電解質層の幅は、単電池を構成する電極のサイズよりも若干小さくすることが一般的であるが、特に制限されない。
【０１１６】
＜積層体の作製＞
続いて、積層体を作製する。
【０１１７】
積層体は、上記で形成したフレーム−バイポーラ電極複合体と、同じく上記で作製した電解質層１９とを、交互に積層することにより、作製されうる。
【０１１８】
ここで、バイポーラ電池を製造する従来の方法においては、上記で説明したようなフレーム１を用いることなく、単にバイポーラ電極と電解質層１９とを交互に積層して、積層体を作製するのが一般的であった。また、積層体を作製する際の剛性は、バイポーラ電極の集電体１３によるものであった。しかしながら、一般に、集電体１３は極めて薄く、可撓性であるために、電解質層１９上への積層時に所定の位置へ積層することが困難であり、作り損じが発生する場合もあった。
【０１１９】
これに対し、本発明のバイポーラ電池を製造する際には、上記で説明したようなフレームを用いてフレーム−バイポーラ電極複合体を作製し、これを用いて積層体を作製することによって、バイポーラ電極の取り回しが容易になり、作り損じも抑制されうる。その結果、極めて迅速にバイポーラ電池を製造することが可能となり、作り損じにより生じていたコストも削減されうる。
【０１２０】
積層体を作製する際に積層されるフレーム−バイポーラ電極複合体および電解質層の数は、特に制限されず、製造されるバイポーラ電池の電圧が所望の値となるように適宜調整されうる。本発明のバイポーラ電池の全体電圧は、好ましくは１０〜５００Ｖ、より好ましくは４０〜４００Ｖである。
【０１２１】
続いて、前記積層体の積層方向に隣接するフレーム１どうしを、連結させて、電池要素２１を作製する。前記フレーム２１を連結させる具体的な形態は、特に制限されない。例えば、本発明の第１のバイポーラ電池の説明の欄において説明した形態が例示される。また、フレームどうしを連結させる工程は、上記で説明した積層体を作製する工程と並行して行われてもよく、積層体を作製する工程の後に、独立して行われてもよい。
【０１２２】
なお、電池要素２１の作製は、電池内部に水分等が混入するのを防止する観点から、アルゴン、窒素等の不活性雰囲気下で行うことが好ましい。
【０１２３】
以下、電池要素２１を作製する好ましい一形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１３は、本発明の第１実施形態のバイポーラ電池の製造方法の好ましい一形態を示す模式断面図である。図１３に示す形態により製造されるバイポーラ電池は、図４の形態を示す。
【０１２４】
まず、図１３に示すように、本発明の第１において用いられるフレームＣ１ｃを準備し、前記フレームＣ１ｃに、片面に負極層１７のみが形成された負極用最外層集電体２７を、前記負極層１７が上を向くように載置し、フレーム（フレームＣ）−バイポーラ電極（負極用最外層集電体）複合体を作製する。
【０１２５】
続いて、前記負極層１７上に、電解質層１９を積層する。さらに、本発明の第１において用いられるフレームＢ１ｂにバイポーラ電極が載置されてなるフレーム（フレームＢ）−バイポーラ電極複合体を、前記電解質層１９上に積層する。この際、バイポーラ電極は、負極層１７が上を向くようにフレームＢ１ｂに載置されており、前記フレーム−バイポーラ電極複合体を前記電解質層１９上に積層することにより、負極層１７、電解質層１９、および正極層１５が下からこの順に積層されてなる単電池が１層形成される。なお、本発明の第１のバイポーラ電池の説明の欄においても説明したように、図１３に示す形態において、フレームＢ１ｂは、下部に位置するフレーム１と連結するための連結部５として、爪を有しており、フレームＣ１ｃは、上部に位置するフレーム１と連結するための連結部５として、前記爪を掛止させるための溝を有している。したがって、前記フレーム−バイポーラ電極複合体を積層する際には、同時に、積層方向に隣接するフレーム１どうしが連結される。すなわち、図１３に示す形態においては、電解質層１９上にフレーム−バイポーラ電極複合体を積層する工程と、積層方向に隣接するフレーム１どうしを連結する工程とは、並行して行われる。しかし、この形態のみには制限されない。例えば、本発明の第１の説明の欄において、図８や図１０を参照して説明したように、各フレーム１が連結部５として積層方向の穴を有し、棒状の支持体により連結される形態や、各フレーム１が連結部５を有さず、外部支持体によりカシメ固定される形態においては、各フレーム１は、積層体を形成した後に、連結されうる。
【０１２６】
続いて、上記で説明した、電解質層１９とフレーム−バイポーラ電極複合体とを交互に積層する工程を繰り返すことにより、単電池２３がもう１層形成され、計２層となる。さらに単電池２３の数を増やしたい場合には、この工程を所望の回数繰り返せばよい。この際の具体的な形態は上記の説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【０１２７】
さらに、最上層に位置するバイポーラ電極の負極層１７上に、電解質層１９を積層する。この工程も、上記で説明したのと同様に行われうる。
【０１２８】
その後、本発明の第１において用いられるフレームＡ１ａを準備し、前記フレームＡ１ａに、片面に正極層１５のみが形成された正極用最外層集電体２７を、前記正極層１５が下を向くように載置し、フレーム（フレームＡ）−バイポーラ電極（正極用最外層集電体）複合体を作製する。図１３に示す形態において、フレームＡ１ａは、正極用最外層集電体２５を配置するための溝を有しており、前記正極用最外層集電体２５は、前記溝に嵌合されることにより載置されている。前記正極用最外層集電体２５は、下部から押さえ込むことにより、前記フレームＡ１ａに設けられた溝に嵌合されうる。しかしこの形態のみに制限されず、単にフレームＡ１ａに正極用最外層集電体２５を載せたものが用いられてもよい。
【０１２９】
最後に、上記で作製されたフレーム（フレームＡ）−バイポーラ電極（正極用最外層集電体）複合体を、積層体の最上部に位置する電解質層１９上に、正極用最外層集電体２５に形成された正極層１５と前記電解質層１９とが向き合うように、積層させて、電池要素２１を完成させる。この際、上記で説明したのと同様に、フレームＡ１ａは、下部に位置するフレーム１と連結するための連結部５として、爪を有しており、フレームＢ１ｂは、上部に位置するフレーム１と連結するための連結部５として、前記爪を掛止させるための溝を有している。したがって、前記フレーム（フレームＡ）−バイポーラ電極（正極用最外層集電体）複合体を積層する際には、同時に、積層方向に隣接するフレーム１どうしが連結される。
【０１３０】
以上、電池要素２１を作製する好ましい一形態について説明したが、上記の形態のみに制限されるべきではない。
【０１３１】
例えば、セパレータへのゲル原料溶液の浸透およびホストポリマーの重合は、積層体の完成後に行われてもよい。すなわち、本発明のバイポーラ電池の製造方法において、未完成のセパレータのみを積層して電池要素２１を形成し、その後に、電池要素２１の内部にイオン伝導性高分子を含むゲル原料溶液を注入してセパレータに浸透させた後、イオン伝導性高分子を重合させて、電解質層１９を完成させてもよい。
【０１３２】
すなわち、本発明の第４は、集電体の片面に正極層が形成され、他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層を介して積層されてなる電池要素を有するバイポーラ電池の製造方法であって、前記バイポーラ電極を載置可能なフレームであって、前記電池要素の積層方向に隣接するフレームと連結可能なフレームに、前記バイポーラ電極を載置して、フレーム−バイポーラ電極複合体を作製する工程（１）と、前記フレーム−バイポーラ電極複合体と、セパレータとを交互に積層して、積層体を作製する工程（２）と、前記積層体の積層方向に隣接する前記フレームどうしを連結する工程（３）と、前記セパレータに、イオン伝導性高分子を含むゲル原料溶液を浸透させ、前記イオン伝導性高分子を重合させて、電池要素を作製する工程（４）とを有する、バイポーラ電池の製造方法である。
【０１３３】
本発明の第４の製造方法においては、電解質層１９に代えてセパレータを積層し、ゲル原料溶液の注入、およびイオン伝導性高分子（ホストポリマー）の重合を、積層体の作成後に行って、電池要素２１を作製すること以外は、本発明の第３の製造方法の説明の欄において説明した形態が同様に用いられうる。このため、ここでは説明を省略する。
【０１３４】
本発明の第３および第４の製造方法は、必要であれば、隣接する集電体１３間の短絡（液絡）を防止するための絶縁層を形成する工程をさらに有していてもよい。絶縁層を形成する工程の具体的な形態は特に制限されず、適宜決定されうる。例えば、上記で説明した電解質層１９とフレーム−バイポーラ電極複合体とを交互に積層する工程において、電解質層１９の積層前または積層後に、絶縁層を構成する樹脂等の絶縁体からなる枠体形状のシートを、集電体１３の周縁部に配置する形態が例示される。また、可能であれば、前記絶縁層の配置後に、電池要素２１を熱加圧することにより、前記絶縁層を熱融着させて、集電体１３と接着させてもよい。
【０１３５】
本発明の製造方法は、上記の積層体にタブを接合させ、タブの接合した積層体を電池外装材で封止する工程をさらに有していてもよい。以下、かかる工程の好ましい形態について説明するが、下記の形態のみには制限されない。
【０１３６】
積層体の正極側および負極側の最外層集電体２５，２７上にそれぞれ、正極用タブ２９および負極用タブ３１を接合させる。
【０１３７】
正極用タブ２９および負極用タブ３１を最外層集電体２５，２７に接合させる方法は、特に制限されず従来公知の溶接接続等の接続方法が用いられうる。溶接接続としては、例えば、超音波溶接、スポット溶接等が用いられうる。なかでも、超音波溶接が好ましく用いられる。超音波溶接は、接合される部分に高周波振動を与えることによって金属の原子を拡散させ、再結晶させることによって機械的な接合を行う方法である。このため、同種、異種の金属の重ね溶接に対して非常に効果的である。また、接合時に高い温度に達することなく、接合面の最高温度は融点の３５〜５０％程度に抑えられるため、高温溶接時の母材の溶融やもろい鋳造組織の形成等の問題が生じない。
【０１３８】
さらに、電池要素２１全体を電池ケース等の電池外装体で封止することにより、バイポーラ電池の完成としてもよい。これにより、外部からの衝撃に対する耐性が向上し、環境劣化が防止される。封止の際には、正極用タブ、負極用タブの一部が電池外部に取り出される。
【実施例】
【０１３９】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。ただし、以下の実施例は本発明の最良の形態を例示するためのものであり、本発明の技術的範囲は下記の形態のみには限定されない。
【０１４０】
＜電池作成例＞
実施例１
以下の方法により、図４に示す構造１の電池要素を有するバイポーラ電池を作製した。
【０１４１】
＜バイポーラ電極の作製＞
まず、ステンテス（ＳＵＳ）製の集電体（厚さ：２００μｍ）を準備した。
【０１４２】
次いで、正極活物質としてＬｉＭｎ２Ｏ４（平均粒子径：２０μｍ）、導電助剤としてグラファイト、およびバインダとしてＰＶｄＦを、スラリー粘度調整溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に添加し、ホモジナイザーでよく撹拌混合して、正極用スラリーを調製した。前記正極用スラリーを脱泡機により脱泡し、コーターを用いて前記集電体上に塗布して、正極層を形成させた。正極活物質、導電助剤およびバインダの添加量の質量比（正極活物質：導電助剤：バインダ）は、９０：４：６であり、スラリー粘度調整溶媒は、前記正極活物質、導電助剤およびバインダの混合物に対して等質量使用した。
【０１４３】
次に、負極活物質として非結晶性炭素材料であるハードカーボン（平均粒子径：２０μｍ）、およびバインダとしてＰＶｄＦを用いて、前記正極層と同様の方法および装置により、前記集電体の正極層を形成させた面と反対の面上に、負極層を形成させ、バイポーラ電極を作製した。負極活物質およびバインダの添加量の質量比（負極活物質：バインダ）は、９０：１０であった。
【０１４４】
正極層および負極層はロールプレスにより軽くプレスし、それぞれ１００μｍの厚さとした。また、このバイポーラ電極を１３０ｍｍ×８０ｍｍの矩形に切断した後、正極層および負極層ともに、周縁部を１０ｍｍの幅で剥離し、集電体であるステンレス（ＳＵＳ）の表面を露出させた。なお、両最外層のバイポーラ電極の外側の面には電極を形成させず、集電体表面が露出した状態とした。
【０１４５】
＜ゲル高分子電解質層の作製＞
プロピレンカーボネート（ＰＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）との等容積混合液を用意し、これにリチウム塩としてＬｉＢＥＴＩ（ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２）を１．０Ｍの濃度となるように添加して電解液とした。これらに、ポリマー前駆体としてイオン伝導性高分子であるポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）とポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）との共重合体（平均分子量：７５００〜９０００）、および重合開始剤としてパーオキシエステルをさらに添加して、プレゲル溶液を調製した。なお、前記プレゲル溶液中の、ＰＣおよびＥＣの等容積混合液と、ＰＥＯおよびＰＰＯの共重合体との質量比（ＰＣ＋ＥＣ：ＰＥＯ＋ＰＰＯ）は、９０：１０であり、パーオキシエステルの添加量は、添加前のプレゲル溶液の全量に対して、１０００〜３０００ｐｐｍであった。
【０１４６】
前記プレゲル溶液を、セパレータであるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製不織布（厚さ：１００μｍ、大きさ：１３０ｍｍ×８０ｍｍ）に浸漬させて、ゲル高分子電解質層を作製した。
【０１４７】
＜構造１の電池要素の作製＞
集電体を固定するためのフレームとして、図１に示すフレームＡ１ａを１個、フレームＢ１ｂを９個、およびフレームＣ１ｃを１個準備した。なお、フレームは、ステンレス（ＳＵＳ）製の骨格を、アクリル系樹脂を静電塗装により約10μｍの厚さに被覆することにより作製した。また、各フレームは、各単電池の厚さがそれぞれ５００μｍに維持されるように設計した。フレームの厚さ（図１３中の長さＬ１）は全て５００μｍであり、連結部である爪の長さ（図１３中の長さＬ２）は約３００μｍであった。
【０１４８】
まず、フレームＣ上に、片面に負極層のみが形成された負極用最外層集電体を、前記負極層が上を向くように載置し、次いで、前記負極層上に、上記で作製したゲル高分子電解質層を積層した。
【０１４９】
さらに、フレームＢ、バイポーラ電極、および電解質層をこの順に積層する操作を、電解質層が１０層積層されるまで繰り返した。この際、フレームの有する連結部である爪を、下層に位置するフレームの有する連結部である溝に掛止させることにより、隣接するフレームどうしを連結させた。
【０１５０】
最後に、最上部に積層された電解質層上に、片面に正極層のみが形成された正極用最外層集電体が予め取り付けられたフレームＡを、前記正極層が下を向くように積層し、構造１の電池要素を作製した。この際にも、フレームＡの有する連結部である爪を、フレームＢの有する連結部である溝に掛止させることにより、フレームＡとフレームＢとを連結させた。
【０１５１】
なお、各フレームには、図１１に示すような銅製の電圧検知部（厚さ：１０μｍ）を設け、この電圧検知部には、電圧検知用リードをさらに接続させた。また、各フレームＢおよびフレームＣの上面には、全周にわたって、図１１に示すようなフッ素ゴム製の緩衝材（厚さ：約５０μｍ）を配置した。さらに、フレームと集電体とが隣接している部位、およびフレームどうしが隣接している部位には溝を設け、前記溝に、パッキン（直径：約２０μｍ）を配置した。
【０１５２】
＜バイポーラ電池の完成＞
上記で作製した電池要素の、正極用最外層集電体にはアルミニウム製の正極用タブ（厚さ：２００μｍ、幅：１００ｍｍ）を、負極用最外層集電体には銅製の負極用タブ（厚さ：２００μｍ、幅：１００ｍｍ）を、それぞれ振動溶着により取り付けた。
【０１５３】
タブの取り付けられた電池要素をラミネートパック中に入れ、正極用タブおよび負極用タブ、並びに電圧検知用リードを外部に導出させて、前記ラミネートパックを熱融着により真空密封し、バイポーラ電池とした。
【０１５４】
得られたバイポーラ電池を約８０℃で２時間加熱することにより、ゲル高分子電解質層のイオン伝導性高分子を架橋させ、構造１の電池要素を有するバイポーラ電池を完成させた。
【０１５５】
実施例２
フレームＡ〜Ｃおよびこれを用いて作製される電池要素の構造を、図５に示す構造２とし、実施例１と同様の方法及び装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。なお、実施例２においては、緩衝材の材料はシリコンゴムであり、負極活物質としては非結晶性炭素材を用いた。
【０１５６】
実施例３
フレームＡ〜Ｃおよびこれを用いて作製される電池要素の構造を、図６に示す構造３とし、実施例１と同様の方法及び装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。なお、実施例３においては、緩衝材の材料はエチレンプロピレンゴムであり、負極活物質としては非結晶性炭素材を用いた。
【０１５７】
実施例４
フレームＡ〜Ｃおよびこれを用いて作製される電池要素の構造を、図７に示す構造４とし、実施例１と同様の方法及び装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。なお、実施例４においては、負極活物質として非結晶性炭素材を用いた。
【０１５８】
実施例５
フレームＡ〜Ｃおよびこれを用いて作製される電池要素の構造を、図８に示す構造５とし、実施例１と同様の方法及び装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。各フレームには上面の角の位置（４箇所）に積層方向の穴を開けておき、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体（ＡＢＳ）系樹脂製の棒状の支持体を前記穴に貫通させた後、ボルト−ナット構造により固定した。なお、実施例５においては、緩衝材を配置しなかった。また、フレームの材質にはセラミックスであるアルミナ焼結体を用いた。さらに、正極活物質としてはＬｉＮｉＯ２を用い、負極活物質としては非結晶性炭素材を用いた。
【０１５９】
実施例６
フレームＡ〜Ｃおよびこれを用いて作製される電池要素の構造を、図９に示す構造６とし、実施例１と同様の方法及び装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。各フレームにはフレーム中心の位置（４箇所）に積層方向に略垂直な穴を開けておき、アルミナ焼結体製の鋲形状の棒状の支持体を前記穴に貫通させることにより固定した。なお、実施例６においては、緩衝材を配置しなかった。また、フレームの材質にはＡＢＳ系樹脂を用いた。さらに、正極活物質としてはＬｉＮｉＯ２を用い、負極活物質としては非結晶性炭素材を用いた。
【０１６０】
実施例７
フレームＡ〜Ｃおよびこれを用いて作製される電池要素の構造を、図１０に示す構造７とし、実施例１と同様の方法及び装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。外部支持体としてはアルミニウム製のもの（幅：1ｃｍ）を用い、各フレームの各辺の中央の位置（４箇所）を固定した。なお、実施例７においては、緩衝材を配置しなかった。また、フレームの材質にはＡＢＳ系樹脂を用いた。さらに、正極活物質としてはＬｉＮｉＯ２を用い、負極活物質としては非結晶性炭素材を用いた。
【０１６１】
比較例１
電池要素を作製する際に、集電体を固定するためのフレームＡ〜Ｃを用いず、各層を絶縁するための絶縁層としてポリプロピレン樹脂製のテープ（厚さ：約３０μｍ）を配置したこと以外は、実施例１と同様の方法及び装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。
【０１６２】
＜製造容易性＞
各実施例および比較例において製造されたバイポーラ電池について、製造に要する時間を測定した。その結果、比較例のバイポーラ電池の製造には約１０時間程度を要したのに対し、全ての実施例のバイポーラ電池は、約２〜３時間程度で作成することができた。これにより、本発明によれば、電池要素の積層方向に連結された、集電体の周縁部を固定するためのフレームを、電池要素の周囲に配置することにより、バイポーラ電池の製造が簡便となり、より迅速な製造が可能になることが示される。
【０１６３】
＜振動の減衰試験（平均減衰量の測定）＞
以下の方法により平均減衰量を測定して、振動の減衰試験を行った。
【０１６４】
まず、各実施例および比較例で得られたバイポーラ電池の略中央部に加速度ピックアップを設定し、インパルスハンマーによってハンマリングしたときの加速度ピックアップの振動スペクトルを測定した。設定方法は、ＪＩＳ  Ｂ  ０９０８（振動及び衝撃ピックアップの校正方法・基本概念）に準拠した。測定スペクトルは、ＦＦＴ分析器により解析し、周波数と加速度の次元に変換した。この得られた周波数に関して平均化およびスムージングを行い、振動伝達率スペクトルを得た。この加速度スペクトルの１０〜３００Ｈｚまでの平均を振動平均値とした。
【０１６５】
比較例１のスペクトルの振動平均値を比較基準とし、下記式（１）にしたがって平均低減量を算出した。
【０１６６】
【数１】
2005251465.tif 000003
【０１６７】
したがって、平均減衰量＝０％の場合には、比較例１と各実施例の振動平均値は同等であって、減衰が起きていないことを示し、平均減衰量＝３０％の場合には、比較例に対する実施例の振動平均値が３０％低減されたことを示す。上記の試験方法により得られた結果を下記の表１に示す。
【０１６８】
【表１】
2005251465.tif 000004
【０１６９】
表１より、本発明によれば、バイポーラ電池を、図４〜図１０に示すような構造１〜７とすることにより、すなわち、集電体１３の周縁部を固定するためのフレーム１が電池要素２１の積層方向に連結されてなるフレーム積層体３を、前記電池要素２１の周囲に配置することにより、従来のバイポーラ電池と比較して３０〜７０％程度振動が低減され、耐振動性が向上しうることが示される。
【０１７０】
したがって、本発明のバイポーラ電池は、常に振動を受けながら長期間にわたって安定して電力を供給することが求められる車両等に搭載される場合に、特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】本発明のバイポーラ電池の好ましい形態（第１実施形態）に用いられるフレームを示す模式斜視図である。図１（ａ）は、電池要素の上部に位置するフレーム（フレームＡ）を示す模式斜視図である。図１（ｃ）は、電池要素の下部に位置するフレーム（フレームＣ）を示す模式斜視図である。図１（ｂ）は、フレームＡとフレームＣとの間に位置するフレーム（フレームＢ）を示す模式斜視図である。
【図２】図１（ａ）に示すフレームＡを反対側から見た模式斜視図である。
【図３】第１実施形態のバイポーラ電池における、フレームが連結されてなるフレーム積層体が配置された電池要素の外観を示す模式斜視図である。
【図４】図３に示すＡ−Ａ線に沿った模式断面図（構造１）である。
【図５】本発明のバイポーラ電池の好ましい形態における電池要素を示す模式断面図（構造２）である。
【図６】本発明のバイポーラ電池の他の好ましい形態における電池要素を示す模式断面図（構造３）である。
【図７】本発明のバイポーラ電池のさらに他の好ましい形態における電池要素を示す模式断面図（構造４）である。
【図８】本発明のバイポーラ電池のさらに他の好ましい形態における電池要素を示す模式断面図（構造５）である。
【図９】本発明のバイポーラ電池のさらに他の好ましい形態における電池要素を示す模式断面図（構造６）である。
【図１０】本発明のバイポーラ電池のさらに他の好ましい形態における電池要素を示す模式断面図（構造７）である。
【図１１】本発明のバイポーラ電池のさらに他の好ましい形態における電池要素を示す模式断面図である。図１１に示す電池要素には、電圧検知部、緩衝材および通気口が設けられている。
【図１２】図１１に示す緩衝材を設けたバイポーラ電池（緩衝材構造）と、緩衝材を設けていないバイポーラ電池（緩衝材なし構造）についての、振動スペクトルを示す図面である。
【図１３】本発明の第１実施形態のバイポーラ電池の製造方法の好ましい一形態を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【０１７２】
１    フレーム、
１ａ    フレームＡ、
１ｂ    フレームＢ、
１ｃ    フレームＣ、
３    フレーム積層体、
５    連結部、
７    パッキン、
９    棒状の支持体、
１１    外部支持体、
１３    集電体、
１５    正極層、
１７    負極層、
１９    電解質層、
２１    電池要素、
２３    単電池、
２５    正極用最外層集電体、
２７    負極用最外層集電体、
２９    正極用タブ、
３１    負極用タブ、
３５    絶縁部、
３７    電圧検知部、
３９    緩衝材、
４１    通気口。
【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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