(57)【要約】      （修正有）【課題】  バイポーラ電池の寿命特性および耐振動性を向上させうる手段を提供する。【解決手段】  正極用タブ２９または負極用タブ３１の少なくとも一方が、最外層集電体上に形成される電流密度分布を均一にする位置に接合されてなる、バイポーラ電池である。【選択図】図１（ｂ）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最外層集電体に接合される正極用タブまたは負極用タブの少なくとも一方が、前記最外層集電体上に形成される電流密度分布を均一にする位置に接合されてなる、バイポーラ電池。
【請求項２】
正極用タブまたは負極用タブの少なくとも一方が、最外層集電体の重心に接合されてなる、バイポーラ電池。
【請求項３】
最外層集電体に接合される正極用タブまたは負極用タブの少なくとも一方が、複数存在する、バイポーラ電池。
【請求項４】
正極用タブまたは負極用タブの少なくとも一方が、請求項１〜３の少なくとも２以上の要件を具備することを特徴とする、バイポーラ電池。
【請求項５】
前記複数存在するタブは、最外層集電体の重心を対称心として２回回転対称となるように接合されてなる、請求項３または４に記載のバイポーラ電池。
【請求項６】
前記最外層集電体の形状は矩形であり、前記複数存在するタブの少なくとも１つは、前記最外層集電体の対角線上に接合されてなる、請求項３〜５のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項７】
前記最外層集電体の形状は矩形であり、前記複数存在するタブの少なくとも１つは、前記最外層集電体の対向する辺の中点を結ぶ直線上に接合されてなる、請求項３〜６のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項８】
前記最外層集電体の形状は矩形であり、前記複数存在するタブの数は９つであり、前記９つのタブは２×２の矩形セルを形成するように前記最外層集電体に接合されてなる、請求項３〜７のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項９】
前記最外層集電体の形状は矩形であり、前記正極用タブは、正極用最外層集電体の１組の対向する辺上にそれぞれ接合され、前記負極用タブは、負極用最外層集電体の他の１組の対向する辺上に接合される、請求項３〜７のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項１０】
前記最外層集電体の形状は矩形であり、前記正極用タブは、正極用最外層集電体の１組の対向する頂点上に接合され、前記負極用タブは、負極用最外層集電体の他の１組の対向する頂点上に接合される、請求項３〜６のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項１１】
請求項３〜７のいずれか１項に記載のバイポーラ電池であって、前記最外層集電体の形状は矩形であり、前記正極用および負極用タブは、前記バイポーラ電池の投影図において重複しないように、それぞれ正極用最外層集電体および負極用最外層集電体の４辺上に接合される、バイポーラ電池。
【請求項１２】
ゲルポリマー電池である、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】
真性ポリマー電池である、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１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のバイポーラ電池が、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、複数個接続されてなる、組電池。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のパイポーラ電池、および／または請求項１４に記載の組電池を搭載した車両。
【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、バイポーラ電池に用いられるタブの改良に関する。
【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は、基本的な構成として、正極活物質等をバインダを用いてアルミニウム集電体の両面に塗布した正極と、カーボン微粒子等をバインダを用いて銅集電体の両面に塗布した負極とが、非流動性電解液を含有する多孔質膜セパレータを介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
かような構成を有す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。
【０００５】
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を、電解質層を介して複数積層してな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２を参照）。前記バイポーラ電池においては、集電体を介して縦方向に電流が流れる。また、単電池（セル）間の接続部は内部抵抗が無視されうるほど短い。このため、前記バイポーラ電池は、出力密度を向上させる手段として有用である。
【特許文献１】特開２００３−７３４５号公報
【特許文献２】特開平１１−２０４１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のバイポーラ電池においては、正極側および負極側の最外層集電体の各々にタブが接合され、前記タブより電流が取り出されていた。かようなバイポーラ電池を用いて高レートの充放電を行った場合、まず前記最外層集電体におけるタブ接合部の周辺から単電池（セル）の劣化が進行する。バイポーラ電池の特性は劣化部分により左右されることから、タブ接合部から離れた部分に劣化が生じなくとも、タブ接合部の周辺が劣化してしまえば、電池全体の寿命特性が低下するという問題があった。
【０００７】
従来のバイポーラ電池の寿命特性は数百サイクル程度である。一方、モータ駆動用二次電池等に利用するには、数千サイクルの寿命が要求される。このため、バイポーラ電池における寿命特性のさらなる改善が求められている。
【０００８】
また、上記のような従来のバイポーラ電池は振動に弱い。例えば、車両等に搭載された場合には、車両の走行等に伴う振動状態にさらされると、前記バイポーラ電池は揺れて歪む。その結果、活物質が剥離し、電池の容量が低下する等の問題があった。
【０００９】
よって、本発明の目的は、バイポーラ電池の寿命特性および耐振動性を向上させうる手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、最外層集電体に接合される正極用タブまたは負極用タブの少なくとも一方が、前記最外層集電体上に形成される電流密度分布を均一にする位置に接合されてなる、バイポーラ電池である。
【００１１】
また本発明は、正極用タブまたは負極用タブの少なくとも一方が、最外層集電体の重心に接合されてなる、バイポーラ電池である。
【００１２】
さらに本発明は、最外層集電体に接合される正極用タブまたは負極用タブの少なくとも一方が、複数存在する、バイポーラ電池である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、バイポーラ電池の寿命特性および耐振動性が向上しうる。このため、本発明のバイポーラ電池は、振動状態の下で長期間にわたって高出力密度を維持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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。
【００１５】
本発明の第１は、最外層集電体に接合される正極用タブまたは負極用タブの少なくとも一方が、前記最外層集電体上に形成される電流密度分布を均一にする位置に接合されてなる、バイポーラ電池である。
【００１６】
図１は、本発明の第１のバイポーラ電池の最良の形態の１つ（本明細書中「第１形態」とも称する）を示す図である。図１（ａ）は、本発明の第１形態の平面投影図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿った本発明の第１形態の概略断面図である。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、バイポーラ電池１１は、一枚の集電体１３の片面に正極層１５を有し、前記集電体１３の他方の面に負極層１７を有するバイポーラ電極１９が、電解質層２１を介して複数積層されてなる積層体２３を有する。前記積層体２３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、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。
【００１８】
本発明の第１においては、最外層集電体に接合される正極用タブ２９または負極用タブ３１の少なくとも一方が、前記最外層集電体上に形成される電流密度分布を均一にする位置に接合されていれば、その具体的態様は特に制限されない。なお、「電流密度分布を均一にする」とは、単位面積を有する最外層集電体における最大電流密度と最小電流密度との差の、前記最大電流密度に対する割合を、従来のバイポーラ電池よりも低下させることを意味する。すなわち、図１（ｃ）に示すような電流の等しい部分を曲線で結んだ電流密度の等高線分布において、前記等高線の間隔を最外層集電体の全面にわたって広くなるようにすることを意味する。
【００１９】
ここで、本発明のバイポーラ電池の第１形態においては、図１（ｂ）に示すように、前記積層体２３が電池外装材３３に収容されたバイポーラ電池１１において、正極用タブ２９または負極用タブ３１の少なくとも一方が、最外層集電体２５，２７の重心２５’，２７’に接合されている。
【００２０】
すなわち、本発明の第２（第１形態）は、正極用タブまたは負極用タブの少なくとも一方が、最外層集電体の重心に接合されてなる、バイポーラ電池である。
【００２１】
本発明の第１形態によれば、図１（ｂ）に示すように、正極用タブ２９および／または負極用タブ３１を、最外層集電体２５，２７の重心２５’，２７’に接合させることによって、図１（ｃ）に示すように、最外層集電体上に形成される電流密度分布を均一にさせうる。その結果、最外層集電体２５，２７におけるタブ２９，３１の周辺部の部分的な劣化が抑制され、バイポーラ電池１１全体の寿命特性が向上しうる。また、最外層集電体２５，２７の重心２５’，２７’にタブ２９，３１を接合させることで、車両等に搭載された場合の耐振動性が向上し、活物質の剥離等による容量の低下が抑制されうる。
【００２２】
図２は、本発明の第１のバイポーラ電池の最良の形態の他の１つ（本明細書中「第２形態」とも称する）を示す図である。図２（ａ）は、本発明の第２形態の平面投影図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿った本発明の第２形態の概略断面図である。
【００２３】
図２（ｂ）に示すように、本発明のバイポーラ電池の第２形態においては、前記積層体２３が電池外装材３３に収容されたバイポーラ電池１１において、最外層集電体２５，２７に接合される正極用タブ２９または負極用タブ３１の少なくとも一方が、複数存在する。
【００２４】
すなわち、本発明の第３（第２形態）は、最外層集電体に接合される正極用タブまたは負極用タブの少なくとも一方が、複数存在する、バイポーラ電池である。
【００２５】
本発明の第２形態によれば、図２（ｂ）に示すように、最外層集電体２５，２７に複数の正極用タブ２９および／または負極用タブ３１を接合させることによって、図２（ｃ）に示すように、最外層集電体上に形成される電流密度分布を均一にさせうる。その結果、最外層集電体２５，２７におけるタブ２９，３１の周辺部の部分的な劣化が抑制され、バイポーラ電池１１全体の寿命特性が向上しうる。また、接合されるタブ２９，３１を複数とすることで、車両等に搭載された場合の耐振動性が向上し、活物質の剥離等による容量の低下が抑制されうる。
【００２６】
以下、本発明の第１形態または第２形態により得られる効果をより詳細に説明する。
【００２７】
従来、バイポーラ電池において電流を取り出すためには、前記文献２に記載のように各最外層集電体の角部を延ばしてそれぞれ正極用または負極用端子とするか、各最外層集電体の角部に導電性の金属製のタブを接合し、正極用タブまたは負極用タブとするのが一般的であった。
【００２８】
上記のような構造を有する従来のバイポーラ電池１１を用いて充放電を行った場合には、図３（ａ）に模式的に示すように、最外層集電体２５，２７に挟まれた中間層の単電池（セル）１９においては集電体を介して集電体面と垂直方向に電流が流れ、最外層集電体２５，２７においては集電体面と平行方向に電流が流れる。なお、図３（ａ）は、説明の都合上、各集電体のみを誇張するように記載されており、各電極および電解質層は省略されている。
【００２９】
一般に、電流は抵抗の小さい経路を優先的に流れる。従って、図４に示すように、抵抗が最も小さい経路（Ｒｍｉｎ）を流れる電流が最大（Ｉｍａｘ）となり、抵抗が最も大きい経路（Ｒｍａｘ）を流れる電流が最小（Ｉｍｉｎ）となる。かような電流の特性から、従来のバイポーラ電池においては、図３（ａ）に示すように、各最外層集電体の平面方向の抵抗により、タブ２９，３１の接合部周辺に抵抗が最も小さい経路（Ｒｍｉｎ）１０１が生じ、タブ２９，３１の接合部から遠い部分に抵抗が最も大きい経路（Ｒｍａｘ）１０２が生じる。その結果、図３（ｂ）に示すように、最外層集電体上に形成される電流密度分布は不均一であった。すなわち、最大電流密度と最小電流密度との差が大きかった。
【００３０】
流れる電流の大きい、タブ接合部の周辺部分においては、電池内の反応が比較的速く進行するため、温度上昇も比較的大きい。これに対し、流れる電流の小さい、タブ接合部から遠い部分においては、電池内の反応が比較的ゆっくり進行するため、温度上昇も比較的緩やかである。これにより、バイポーラ電池全体の電流密度分布および温度分布が不均一となる。すなわち、電流密度および温度の高い部分と低い部分との差が大きくなる。一般に、電流密度および温度の高い部分においては、電解質の枯渇、電極反応進行に伴う電極活物質等の劣化などが生じやすい。電池の寿命特性は電池内の劣化部分に左右されるため、たとえ電流密度および温度の低い部分の劣化が少ないとしても、電池全体の寿命特性は低下してしまう。
【００３１】
特に高レートの充放電を行った場合には、各最外層集電体２５，２７面の平行方向の内部抵抗により、タブ接合部の周辺部分と、タブ接合部から遠い部分との間で、不均一な電流密度分布およびこれによる不均一な温度分布が顕著に現れる。すなわち、図３（ｂ）に示すように、タブ２９，３１と最外層集電体２５，２７との接合部の周辺の特定部分に電流が集中するため、電流密度分布が極めて不均一となるのである。このようなバイポーラ電池を長期間にわたり使用すると、単電池（セル）の部分的な劣化が進行し、電池全体の寿命特性が低下する場合がある。なお、電流密度とは、電極の単位面積あたりの電流値をいう。この電流密度分布は、ホールセンサ等を用いた方法により測定されうる。
【００３２】
また、上記のような従来のバイポーラ電池は振動に弱い。例えば、車両等に搭載された場合、車両の走行等に伴う振動状態にさらされると、前記バイポーラ電池は歪む場合がある。その結果、活物質が剥離し、電池の容量が低下する等の問題が生じる。
【００３３】
これに対し、本発明の第１形態または第２形態によれば、正極用タブ２９および／または負極用タブ３１が、最外層集電体２５，２７の重心２５’，２７’に接合されることで（第１形態）、あるいは正極用および／または負極用最外層集電体２５，２７に複数のタブ２９，３１が接続されることで（第２形態）、従来のタブ構造を有するバイポーラ電池と比較して、最外層集電体２５，２７における電流密度分布がより均一となる。これは、本発明の第１または第２によれば、前記最外層集電体２５，２７において、集電体面と平行方向に流れる電流の経路の長さが従来と比較して短縮されるためである。
【００３４】
また、本発明の第１形態または第２形態によれば、従来のタブ構造を有するバイポーラ電池よりも耐振動性が向上しうる。この理由は明確ではないが、最外層集電体２５，２７の重心２５’，２７’がタブ２９，３１の接合により押えられることで、または最外層集電体２５，２７の複数の箇所がタブ２９，３１の接合により押えられることで、車両搭載時に、搭載されたバイポーラ電池の揺れに対する寄与率の高い振動モードが効率よく抑制されうるためであると考えられる。なお、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきである。したがって、本発明の効果が上記以外の理由で得られていたとしても、それによって本発明の技術的範囲は何ら制限されるべきではない。
【００３５】
以上より、本発明の第１形態または第２形態によれば、寿命特性および耐振動性が向上したバイポーラ電池が提供される。このため、本発明のバイポーラ電池は、振動状態の下で長期間にわたって高出力密度を維持することが求められる状況、例えば、車両等に搭載される状況下において特に有用である。
【００３６】
以下、本発明において、正極用タブ２９および／または負極用タブ３１が最外層集電体２５，２７に接合される好ましい一実施態様について説明する。なお、本明細書中、正極用タブ２９または負極用タブ３１を単に「タブ」とも称し、正極用最外層集電体２９または負極用最外層集電体３１を単に「最外層集電体」とも称する。また、本発明の技術的範囲は、以下の態様のみに限定されることはない。
【００３７】
まず、本発明のバイポーラ電池の第１形態の好ましい態様につき、図１（ｂ）を参照して説明する。
【００３８】
本発明の第１形態において、「タブが最外層集電体の重心に接合される」とは、最外層集電体２５，２７に接合されるタブ２９，３１の接合部３５が、前記最外層集電体２５，２７の重心２５’，２７’を含むように、前記最外層集電体２５，２７に接合されることを意味し、その他の態様は特に制限されない。なお、厳密に言えば、「最外層集電体の重心」は最外層集電体２５，２７の内部に存在し、タブ２９，３１の接合される表面にはない。しかし、本発明においては、「最外層集電体の重心」とは、タブ２９，３１の接合される前記最外層集電体２５，２７の表面上の点であって、厳密な意味での「最外層集電体の重心」からの距離が最短である点をいうものとする。例えば、最外層集電体２５，２７が均一な厚みを有し、矩形、正方形、円形等の形状を有する場合には、「最外層集電体の重心」は最外層集電体２５，２７表面の中心と一致する。
【００３９】
また、「接合部」とは、最外層集電体２５，２７に接合されたタブ２９，３１の、前記最外層集電体２５，２７に接している部位３５をいう。さらに、溶接等により接合される場合のように、図示しない第３の層が、タブ２９，３１と最外層集電体２５，２７との間に介在していてもよい。かかる場合の「接合部」は、前記第３の層の、前記最外層集電体２５，２７に接している部位をいう。前記第３の層の材質は特に制限されないが、例えば、金属接着用の貴金属ペースト
が例示される。
【００４０】
さらに、本発明のバイポーラ電池の第１形態においては、正極用タブ２９または負極用タブ３１の少なくとも一方が、最外層集電体２５，２７の重心２５’，２７’に接合されていればよいが、本発明のより一層の効果を得るためには、図１（ｂ）に示すように、正極用タブ２９および負極用タブ３１の双方が、最外層集電体２５，２７の重心２５’，２７’に接合されていることが好ましい。
【００４１】
最外層集電体２５，２７の材質等の態様は、正極用および負極用ともに、単電池（セル）の集電体１３として通常用いられる態様と同様の態様が用いられうる。また、タブ２９，３１の材質等の態様は、正極用および負極用ともに、バイポーラ電池において通常用いられる態様と同様の態様が用いられうる。これらの具体的態様の説明については、後述するため、ここでの説明は省略する。
【００４２】
次に、本発明のバイポーラ電池の第２形態の好ましい態様につき、図２（ｂ）を参照して説明する。
【００４３】
前記第２形態において、「最外層集電体に対して接合されるタブが複数存在する」とは、最外層集電体２５，２７の表面上に接合部３５の分離した２以上のタブ２９，３１が接合されることを意味し、その他の態様は特に制限されない。
【００４４】
また、本発明の第２形態では、上記第１形態の要件を必ずしも具備する必要はないが、図２に示すように、かかる要件をも具備していることが好ましい。すなわち、最外層集電体２５，２７に接合されるタブ２９，３１が複数存在する本発明の第２形態のバイポーラ電池において、前記複数存在するタブ２９，３１の１つ２９’，３１’は、前記最外層集電体２５，２７の重心２５’，２７’に接合されることが好ましい。これにより、バイポーラ電池１１の寿命特性および耐振動性がより一層向上しうる。
【００４５】
接合部の分離した２以上のタブが最外層集電体に接合される態様としては、例えば、図２（ａ）の他、図５〜図９に平面投影図として示す態様が例示される。ここで、添付の図面に示す平面投影図は、いずれも正極側から投影した場合の図であるため、これらの図に基づく説明では正極用最外層集電体２５および正極タブ２９のみを例に挙げる場合があるが、負極用最外層集電体２７および負極用タブ３１についても同様の説明があてはまることは勿論である。また、図５〜図９に示した態様は、単なる例示にすぎず、他の態様が採用されてもよい。
【００４６】
複数のタブが接合される際には、図２（ａ）、図５〜図９に示すように、複数のタブ２９が、最外層集電体２５の重心２５’を対称心として２回回転対称、すなわち点対称となるように接合されていることが好ましい。ここで、「２回回転対称となるように接合される」とは、最外層集電体２５に接合されたタブ２９の接合部３５の形状が、前記最外層集電体の重心２５’を対称心として２回回転対称となる形状であることを意味する。かかる態様によれば、電流密度分布の均一化がより促進される。また、車両搭載時に、搭載されたバイポーラ電池の揺れに対する寄与率の高い振動モードが効率よく抑制されうる結果、バイポーラ電池の耐振動性がより一層向上しうる。
【００４７】
以下、図２（ａ）、図５〜図９に示す態様について、より詳細に説明する。なお、いずれの態様においても、平面投影図における積層体２３の形状は矩形である。
【００４８】
まず、図２（ａ）、図５（ａ）および図６（ａ）に示す態様について説明する。
【００４９】
図２（ａ）に示す態様においては、存在するタブ２９の数は９つであり、前記９つのタブ２９は２×２の矩形セル（矩形ａｅｉｈ、矩形ｅｂｆｉ、矩形ｈｉｇｄ、および矩形ｉｆｃｇ）を形成するように前記最外層集電体２５に接合されている。さらに、９つのタブ２９の有する円形状の各接合部３５のうち、中央部の接合部３５’の中心は最外層集電体２５の重心２５’と一致している。
【００５０】
図５（ａ）および図６（ａ）に示す態様においては、矩形（図５（ａ））または菱形（図６（ａ））の頂点を中心とする円形状の接合部３５を有する４つのタブ２９が接合されている。図５（ａ）において、各タブ２９は、最外層集電体２５の対角線上に接合されている。また、図６（ａ）において、各タブ２９は、最外層集電体２５の対向する辺の中点を結ぶ直線上に接合されている。ここで、「対角線上に接合される」または「対向する辺の中点を結ぶ直線状に接合される」とは、最外層集電体２５に接合されたタブ２９の接合部３５が、前記最外層集電体２５の対角線または対向する辺の中点を結ぶ直線を含むように、前記最外層集電体２５に接合されることを意味し、その他の態様は特に制限されない。
【００５１】
次に、図７（ａ）〜図９（ａ）に示す態様について説明する。
【００５２】
図７（ａ）、図８（ａ）および図９（ａ）は、正極用タブの接合および負極用タブの接合の双方の組み合わせの態様を示す平面投影図である。図７（ａ）に示す態様においては、正極用タブ２９は、正極用最外層集電体２５の１組の対向する辺の周縁部に接合され、負極用タブ３１は、負極用最外層集電体２７の他の１組の対向する辺の周縁部に接合されている。また、図８（ａ）に示す態様においては、正極用タブ２９は、正極用最外層集電体２５の１組の対向する角部に接合され、負極用タブ３１は、負極用最外層集電体２７の他の１組の対向する角部に接合されている。さらに、図９（ａ）に示す態様においては、正極用タブ２９および負極用タブ３１は、それぞれ正極用最外層集電体２５および負極用最外層集電体２７の４辺の周縁部に接合されている。また、図７（ａ）〜図９（ａ）に示す態様においては、正極用タブ２９および負極用タブ３１がバイポーラ電池の平面投影図において重複しないように、最外層集電体２５，２９に接合されている。このように接合することで、正極タブ２９と負極タブ３１との間での短絡が防止され、バイポーラ電池の安全性が向上しうる。なお、図７〜図９に示す態様において、「周縁部」および「角部」とは、略直方体の形状を有するバイポーラ電池１１の積層体２３が平面投影図に投影されてなる矩形の周縁部および角部をいうものとする。したがって、図７（ａ）を例にとって説明すれば、「正極用タブ２９が正極用最外層集電体２５のある特定の辺ａｂの周縁部に接合される」場合には、前記タブ２９の接合部３５が、前記集電体２５の前記特定の辺ａｂの周縁部に接合されていればよく、前記接合部３５が前記辺ａｂを含んでいてもいなくてもよい。また、必ずしも前記タブ２９の接合部３５が辺ａｂの周縁部の端から端まで接合されていなくてもよい。例えば、前記集電体２５の辺ａｂの一部分の周縁部にタブ２９の接合部３５が接合されていれば、かかるタブ２９は辺ａｂの周縁部に接合されているものとする。
【００５３】
また、図８を例にとって説明すれば、「正極用タブ２９が正極用最外層集電体２５のある特定の頂点ａの角部に接合される」場合には、前記タブ２９の接合部３５が、前記集電体２５の前記特定の頂点ａの周辺部に接合されていればよく、前記接合部３５が前記頂点ａを含んでいてもいなくてもよい。
【００５４】
ここで、本発明の第２形態における「接合部」の定義は、上記の本発明の第１形態において説明したものと同一である。また、本発明の第２形態においても、上記の第１形態と同様に、最外層集電体の材質等の態様は、正極用および負極用ともに、単電池（セル）において通常用いられる態様と同様の態様が用いられうる。さらに、タブの材質等の態様も、正極用および負極用ともに、バイポーラ電池において通常用いられる態様と同様の態様が用いられうる。これらの具体的態様の説明についても、後述するため、ここでの説明は省略する。
【００５５】
なお、本発明のバイポーラ電池の第２形態においては、最外層集電体に接合される正極用タブ２９または負極用タブ３１の少なくとも一方が、複数存在していればよいが、本発明のより一層の効果を得るためには、図２（ｂ）に示すように、正極用タブ２９および負極用タブ３１の双方が、各最外層集電体２５，２７に対してそれぞれ複数接合されていることが好ましい。
【００５６】
上記した本発明の第２形態の態様によれば、例えば図２（ｃ）等に示すように、従来と比較して電流密度分布が均一となる。その結果、最外層集電体２５，２７におけるタブ２９，３１の周辺部の部分的な劣化が抑制され、バイポーラ電池１１全体の寿命特性が向上しうる。また、車両等に搭載された場合の耐振動性が向上し、活物質の剥離等による容量の低下が抑制されうる。
【００５７】
なお、最外層集電体上に形成される電流密度分布を均一とする位置にタブが接合されるのであれば、本発明のバイポーラ電池の具体的構成は前記第１形態および第２形態に限定されない。その他の態様としては、例えば、図１０に示すような態様が挙げられる。ここで図１０は、本発明のバイポーラ電池のさらに他の好ましい一実施形態を示す概略断面図である。図１０に示す態様によれば、正極用最外層集電体２５の一辺を延長した正極用タブ２９は、略矩形状を有するバイポーラ電池の平面投影図における対向する一方の辺より取り出され、負極用最外層集電体２７の一辺を延長した負極用タブ３１は、他方の辺より取り出されている。
【００５８】
以下、本発明のバイポーラ電池の単電池（セル）に用いられる正極層、負極層、集電体、最外層集電体、電解質層、絶縁層およびタブの好ましい一態様について順に説明する。
【００５９】
まず、正極層について説明する。
【００６０】
正極層は、正極活物質を含有する。また、必要に応じて、導電助剤、バインダ、リチウム塩、電解質等のその他の成分をも含有しうる。
【００６１】
正極活物質としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物であるリチウム−遷移金属複合酸化物が好適に用いられうる。正極活物質として、具体的には、ＬｉＣｏＯ２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したもの等が挙げられる。これらリチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル耐久性に優れる材料であり、低コストである。したがって、これらの材料を電極に用いることにより、出力特性に優れた電池を形成しうる。この他の正極活物質としては、ＬｉＦｅＰＯ４などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＭｏＯ３などの遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨなどが挙げられる。
【００６２】
正極層における正極活物質の粒径は、特に限定されない。電極抵抗を低減する観点から、前記粒径は、好ましくは数μｍ〜３００μｍ、より好ましくは５〜１００μｍである。また、正極活物質の使用量は、正極層における正極材料の全量に対して、好ましくは８０〜９５質量％程度である。
【００６３】
導電助剤としては、特に制限されないが、アセチレンブラック、カーボンブラック、およびグラファイト等が挙げられる。導電助剤の使用量は、正極層における正極活物質の全量に対して、好ましくは３〜１５質量％程度である。
【００６４】
バインダとしては、特に制限されないが、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、ＳＢＲ、およびポリイミド等が挙げられる。バインダの使用量は、正極層における正極活物質の全量に対して、好ましくは１〜１０質量％程度である。
【００６５】
リチウム塩としては、特に制限されないが、正極活物質に対して安定であって、リチウムイオンが正極活物質と電極反応を行うために移動し得る非水系物質であればよい。例えば、ＢＥＴＩ（リチウムビス（パーフルオロエチレンスルホニルイミド）；Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎとも記載）、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＢＯＢ（リチウムビスオキサイドボレート）またはこれらの混合物等が挙げられる。
【００６６】
電解質層に高分子電解質が用いられる場合には、正極層も高分子電解質を含有することが望ましい。正極層における正極活物質間の空隙に高分子電解質を充填することによって、正極層におけるイオン伝導がスムーズになり、その結果、バイポーラ電池全体としての出力密度および安全性が向上しうる。
【００６７】
本発明において、前記高分子電解質としては、高分子電解質とリチウム塩などの支持塩のみで構成される全固体高分子電解質、および高分子に電解液を保持させた高分子ゲル電解質が挙げられる。
【００６８】
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。
【００６９】
また、高分子ゲル電解質とは、一般的に、イオン導伝性を有する全固体高分子電解質に、電解液を保持させたものをいう。なお、本願では、リチウムイオン導伝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、前記高分子ゲル電解質に含まれるものとする。以下、前記イオン導伝性を有する全固体高分子電解質および前記リチウムイオン導伝性を有しない高分子を総称して、「ホストポリマー」とも称する。
【００７０】
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、通常のバイポーラ電池で用いられるものであればよい。具体的には、特に制限されないが、例えば、ＬｉＢＯＢ（リチウムビスオキサイドボレート）、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（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）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１種または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）等が挙げられる。
【００７１】
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有しない高分子（ホストポリマー）としては、特に制限されないが、例えば、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）等が挙げられる。なお、ＰＡＮおよびＰＭＭＡ等は、イオン導伝性をほとんど有しないがわずかに有する部類に入るため、上記イオン伝導性を有する高分子としても分類されうるが、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有しない高分子として例示した。
【００７２】
高分子ゲル電解質中のホストポリマーと電解液との比率（質量比）は、使用目的等に応じて適宜決定されうるが、通常、２：９８〜９０：１０の範囲である。正極層の外周部からの電解液の染み出しについては、絶縁層や絶縁処理部を設けることで効果的にシールされうる。
【００７３】
正極層における高分子電解質の配合量は、少なすぎると電極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、正極層における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。従って、これらの要因を考慮して、目的に合致した高分子電解質量が決定されうる。
【００７４】
正極層は、電池容量を向上させるには厚い方が望ましく、高レート充放電に特化させるには薄い方が望ましい。かような観点から、正極層の厚さは、２０〜２００μｍ、好ましくは３０〜１５０μｍとするのがよい。
【００７５】
次に、負極層について説明する。
【００７６】
負極層は、負極活物質を含有する。また、必要に応じて、導電助剤、バインダ、リチウム塩、電解質等のその他の成分をも含有しうる。
【００７７】
負極活物質以外の成分としては、基本的に上述の正極層と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００７８】
負極活物質としては、対リチウム電位が２．０Ｖ以下の範囲でリチウムをドープ・脱ドープすることが可能な材料であれば特に制限されない。例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、人造黒鉛や天然黒鉛、熱分解黒鉛類などの各種グラファイト、ピッチコークスやニードルコークスや石油コークス等のコークス類、ガラス状炭素類、フェノール樹脂やフラン樹脂等を適当な温度で焼成して炭化した有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック等の炭素質材料が用いられうる。
【００７９】
また、リチウムと合金を形成可能な金属、およびその合金も使用可能である。例えば、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化スズ等の比較的低電位でリチウムをドープ・脱ドープする酸化物やその窒化物、３Ｂ族典型元素の他、ＳｉやＳｎ等の元素、または例えばＭｘＳｉ、ＭｘＳｎ（ただし、式中、ＭはＳｉまたはＳｎを除く１つ以上の金属元素を表す。）で表されるＳｉやＳｎの合金等を使用することができる。これらの中でも、特にＳｉまたはＳｉ合金を使用することが好ましい。この他、チタン酸リチウムのような含リチウム金属酸化物も用いられうる。
負極活物質の使用量は、負極層における負極材料の全量に対して、好ましくは８０〜９６質量％程度である。
【００８０】
また、負極層に含まれる電解質は、被膜形成材を含有しうる。これにより、電池サイクルに伴う容量低下が抑制されうる。被膜形成材としては、特に限定されないが、例えば、特開２０００−１２３８８０号公報に記載の被膜形成材等の従来公知のものが挙げられる。
【００８１】
負極層の厚さは、正極層と同様に、２０〜２００μｍ、好ましくは３０〜１５０μｍとするのがよい。
【００８２】
集電体は、特に限定されず、従来のバイポーラ電池に用いられている集電体が用いられうる。集電体としては、例えば、アルミニウム箔、ステンレス（ＳＵＳ）箔、チタン箔、ニッケルおよびアルミニウムのクラッド材、銅およびアルミニウムのクラッド材、ＳＵＳおよびアルミニウムのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材等が好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムを被覆させた集電体、特開２０００−１００４７１号公報に記載の複合集電体等も本発明の集電体として用いられうる。
【００８３】
単電池（セル）に用いられる集電体の厚さは、通常と同様でよく、１〜１００μ程度である。また、集電体の長さおよび幅、集電体の形状等は、使用目的に応じて適宜決定されうる。
【００８４】
バイポーラ電極を積層して積層体を形成するために用いられる電解質層としては、一般に、液状電解質または高分子電解質が挙げられる。本発明においては、好ましくは高分子電解質が用いられる。高分子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、バイポーラ電池の安全性が向上しうる。
【００８５】
高分子電解質は、イオン導伝性を有する高分子から構成され、イオン導伝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が形成されうる。
【００８６】
高分子電解質としては、全固体高分子電解質、および高分子ゲル電解質が挙げられる。電解質層に用いられる全固体高分子電解質および高分子ゲル電解質は、基本的に正極層の項で記載したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００８７】
高分子電解質は、当該電解質層のほか、正極層、および負極層にも含まれうる。この際、同一の高分子電解質が含まれてもよく、それぞれ異なる高分子電解質が含まれてもよい。しかし、電解質層に高分子ゲル電解質を用いた場合、正極層および負極層にも高分子ゲル電解質を用いて、ゲルポリマー電池とすることが好ましい。また、電解質層に全固体高分子電解質を用いた場合、正極層および負極層にも全固体高分子電解質を用いて、真性ポリマー電池とすることが好ましい。
【００８８】
また、電解質層が高分子ゲル電解質からなる場合、前記電解質層は、高分子ゲル原料溶液を不織布などのセパレータに含浸させた後、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。
【００８９】
上記電解質層の厚さは、特に限定されないが、好ましくは５〜２００μｍ程度である。電解質層の厚さの下限値は、コンパクトなバイポーラ電池を得る上で、電解質層としての機能が確保できる範囲で極力薄くしうる値である。なお、ここでいう電解質層の厚さは、正極と負極との間に設けられる電解質層の厚さをいう。したがって、当該電解質層の形成方法によっては、厚さの同じまたは異なる複数のポリマー電解質膜を貼り合せるなどして形成されることもありうるが、こうした場合でも上記に規定する電解質層の厚さは、これら複数のポリマー電解質膜を貼り合せるなどして形成される電解質層の厚さである。
【００９０】
ところで、現在好ましく使用される重合性ポリマーは、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。従って、溶液系のバイポーラ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、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。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。ただし、負極の容量が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、一つの単電池（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。
【００９１】
本発明のバイポーラ電池は、上述した正極層、負極層、集電体、および電解質層を用いて、一枚の集電体の片面に正極層を設け、前記集電体の他方の面に負極層を設けてバイポーラ電極とし、これを電解質層を介して複数積層されてなる積層体を含む。また、正極用最外層集電体には正極層のみを有する電極が接続され、負極用最外層集電体には負極層のみを有する電極が接続されている。
【００９２】
最外層集電体として、具体的には、単電池（セル）において用いられる集電体と同じものが挙げられるため、ここではその説明を省略する。
【００９３】
なお、バイポーラ電池内の電流密度分布は、ホールセンサを用いることにより測定されうる。
【００９４】
次に、本発明のバイポーラ電池は、好ましくは、各単電池（セル）の周囲に設けられた絶縁層を有する。前記絶縁層は、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層体における単電池（セル）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。
【００９５】
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。
【００９６】
バイポーラ電池においては、電流を取り出す目的で、タブが最外層集電体に接合される。本発明においては、前記タブが、最外層集電体の重心に接合され（第１形態）、または正極もしくは負極の少なくとも一方において複数存在する（第２形態）点に特徴がある。よって以下、本発明において、最外層集電体に接合されるタブの好ましい態様を説明する。
【００９７】
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。なかでも、耐食性、作り易さ、経済性などの観点から、アルミニウム、銅が好ましく用いられうる。また、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。
【００９８】
最外層集電体２５に接合されるタブの厚さは、１〜１０００μｍ、好ましくは１０〜５００μｍ程度である。タブの厚さが薄すぎると機械的強度が劣る虞があり、厚すぎると折り曲げ強度が劣る虞がある。
【００９９】
タブの形状は、特に制限されず、任意の形状が採用されうる。タブの形状としては、例えば、図１（ａ）に示すように、従来用いられているような短冊状の形状が採用されてもよい。この際、タブの幅は、通常１〜２０ｍｍ、より好ましくは１〜１０ｍｍ程度である。また、最外層集電体２５にタブが接合される際の接合部３５の具体的形状は、特に制限されず任意の形状が採用されうる。例えば、図１（ａ）に示すような円形状の他、矩形状、正方形状、楕円形状等が例示される。
【０１００】
本発明の第１形態においては、最外層集電体２５に接合されるタブの数は特に制限されないが、好ましくは１〜４個である。また、最外層集電体に接合されるタブが複数存在する第２形態においても、接合されるタブの数は複数であれば特に制限されず、好ましくは２〜４個である。上記いずれの形態においても、接合されるタブの数が多すぎると、電池の作製が非常に複雑になり時間がかかる虞がある。
【０１０１】
最外層集電体２５に接合されたタブ２９は、図１（ｂ）に示すように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブ等の絶縁材３７により被覆されることが好ましい。これによれば、タブが周辺機器や配線等に接触して漏電することにより製品（例えば、自動車部品、特に電子機器等）に及ぼされる悪影響が防止されうる。前記絶縁材３７の材質は特に制限されず、例えば、テフロン、ポリプロピレン等の樹脂等が例示される。
【０１０２】
本発明のバイポーラ電池において、接合されたタブ２９，３１を介して電気を外部に取り出す態様は特に制限されず、任意の態様が採用されうる。例えば、図１（ａ）や図７〜図９に示すように、タブをそのまま延長し、直接外部に取り出してもよい。また、図２（ａ）や図５に示すように、最外層集電体２５，２７に接合されたタブ２９，３１の一部を集電タブ３９に接続し、前記集電タブ３９を外部に取り出してもよい。さらに、図６に示すように、接合された複数のタブ２９にそれぞれリード４１を接続し、これをまとめた集電リード４３を外部に取り出してもよい。この際、前記リード４１および集電リード４３もまた、上記で説明した絶縁材３７により被覆されていることが好ましい。
【０１０３】
リード４１および集電リード４３（本明細書中、総称して単に「リード」とも称する）が用いられる場合、用いられるリードは特に制限されず、従来用いられている公知のリードが用いられうる。リードの材質としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、およびこれらの合金等が例示される。正極リードおよび負極リードの材質は、同一であってもよく、異なっていてもよい。また、正極リードおよび負極リードは、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。
【０１０４】
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、電池本体である積層体２３は、好ましくは電池ケース等の電池外装材３７に収容される。前記電池外装材３７としては、特に制限されず従来公知の外装材が用いられうる。なかでも、軽量化の観点から、アルミニウム、ステンレス、ニッケルもしくは銅等の金属またはこれらの合金の両面をポリプロピレンフィルム等の絶縁体（好ましくは耐熱性の絶縁体）で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルム（例えば、ポリプロピレン−アルミニウム複合ラミネートフィルム；単にアルミラミネートフィルムともいう）等が用いられうる。かかる電池外装材に前記積層体を収容するには、前記外装材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、前記積層体を密封状態で収容することが好ましい。この際、タブは、前記熱融着により接合された部位に挟まれて前記外装材の外部に露出される構造とすればよい。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、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特に好ましく用いられうる。
【０１０５】
さらに、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、本発明は、本発明のバイポーラ電池が、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、複数個接続されてなる、組電池を提供する。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。
【０１０６】
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。以下、かかる態様につき、図面を用いて詳細に説明する。
【０１０７】
図１０にバイポーラ電池Ａ（４２Ｖ、５０ｍＡｈ）と一般リチウムイオン二次電池Ｂ（４．２Ｖ、１Ａｈ）１０直（４２Ｖ）とを並列に連結した組電池を示す。一般リチウムイオン二次電池Ｂとバイポーラ電池Ａは電圧が等しくなり、その部分で並列接続を形成している。この組電池５０は、出力の分担をバイポーラ電池Ａが有し、エネルギーの分担を一般リチウムイオン二次電池Ｂが有する構造である。これは、出力とエネルギーを両立することが困難な組電池において、非常に有効な手段である。この組電池５０でも、並列部分および図の横方向に隣り合う一般リチウムイオン二次電池Ｂ間を直列接続する部分のタブは銅のバスバー５６で接続し、図の縦方向に隣り合う一般電池Ｂ間を直列接続する部分はタブ２９，３１同士を振動溶着して接続した。一般リチウムイオン二次電池Ｂとバイポーラ電池Ａを並列接続している部分の端部を端子４４、４６に接続して、正負の端子を構成している。バイポーラ電池Ａの両側には、バイポーラ電池Ａの各層の電圧を検知する検知タブ４８を取り出し、それらの検知線（図示せず）を組電池５０の前部に取り出している。詳しくは、図１０に示す組電池５０を形成するには、一般リチウムイオン二次電池Ｂ１０枚を端から順番にバスバー５６および振動溶着して直列に接続する。さらに、バイポーラ電池Ａと直列接続された両端の一般リチウムイオン二次電池Ｂとをそれぞれバスバー５６で並列に接続して金属製の組電池ケース５５に収納する。このように、バイポーラ電池Ａを任意の個数直並列に接続することによって、所望の電流、電圧および容量に対応しうる組電池５０が提供される。前記組電池５０にも、正極端子４４、負極端子４６が金属製の組電池ケース５５の側面前部に形成されており、電池Ａ、Ｂを直並列に接続後、例えば、各バスバー５６と各正極端子４４、負極端子４６とが端子リード５９で接続されている。また、前記組電池５０には、電池電圧（バイポーラ電池Ａの各単電池層、さらにはバイポーラ電池Ａおよび一般リチウムイオン二次電池Ｂの端子間電圧）を監視するために検知タブ端子５４が金属製の組電池ケース５５の正極端子４４および負極端子４６が設けられている側面前部に設置されている。そして、各バイポーラ電池Ａ（さらには一般リチウムイオン二次電池Ｂ）の検知タブ４８が全て検知線（図示せず）を介して検知タブ端子５４に接続されている。また、組電池ケース５５の低部には、外部弾性体５２が取り付けられており、組電池５０を複数積層して複合組電池を形成するような場合に、組電池５０間の距離を保ち、防振性、耐衝撃性、絶縁性、放熱性などを向上させうる。
【０１０８】
また本発明においては、さらに上記のバイポーラ電池を直並列接続して第１組電池ユニットを形成するとともに、この第１組電池ユニットの端子間電圧と電圧を同一にするバイポーラ電池以外の二次電池が直並列接続されてなる第２組電池ユニットを形成し、この第１組電池ユニットと第２組電池ユニットを並列接続することによって組電池としてもよい。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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態様は、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態様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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
以下、本発明のバイポーラ電池の製造方法の好ましい一実施態様について、電解質層に高分子ゲル電解質を用いてなるバイポーラ電池の製造方法を例にとって説明するが、本発明の技術的範囲は下記の態様のみには制限されない。
【０１１３】
まず、集電体の片面に正極層を作製し、集電体の正極層が作製された面と他方の面に負極層を作製することにより、バイポーラ電極を作製する。次に、前記バイポーラ電極を電解質層を介して複数積層し、積層体とする。この際、正極側の最外層集電体には正極層のみが形成され、負極側の最外層集電体に負極層のみが形成される。その後、各最外層集電体からタブを取り出し、電池外装材等に収容することによってバイポーラ電池を作製する。
【０１１４】
集電体の片面に正極層を作製する段階では、正極用組成物を調製した後に、集電体上に前記正極用組成物を塗布し、乾燥および重合させて、正極層を作製する。
【０１１５】
（１）正極用組成物の調製
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（正極用最外層集電体を含む）の一方の面に塗布される。
【０１１６】
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、高分子ゲル電解質の高分子原料（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。
【０１１７】
正極活物質、導電助剤、バインダ、高分子ゲル電解質の高分子原料（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態様が用いられうるため、ここでは説明を省略する。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
（２）正極層の作製
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。
【０１２１】
正極用スラリーを集電体上に塗布するには、例えば、得られる正極層の厚さが２０〜２００μｍ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。
【０１２２】
集電体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。
【０１２３】
作製した正極層は、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。
【０１２４】
次に、集電体の正極層が作製された面の反対の面に負極層を作製するには、例えば、上記で説明した正極層と同様にして、負極用組成物を調製した後、前記組成物を集電体上に塗布して、乾燥させればよい。
【０１２５】
（３）負極用組成物の調製
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（負極集電体を含む）の正極層が作製された面とは反対の面に塗布される。
【０１２６】
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、高分子ゲル電解質の高分子原料（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、「（１）正極用組成物の調製」において説明したものと同様の態様が用いられるため、ここでは説明を省略する。
【０１２７】
（４）負極層の作製
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、「（２）正極層の作製」において説明したものと同様の態様が用いられるため、ここでの説明は省略する。
【０１２８】
また、上記「（２）正極層の作製」において説明したプレス操作は、例えば、集電体の片面に正極層を形成し、他面に負極層を形成した後に、正極層および負極層をまとめて行ってもよい。また、集電体の片面に正極層を形成した後にプレス操作してもよいし、集電体の片面に負極層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態様は、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、正極層または負極層の場合でも、正極層および負極層をまとめて行う場合であっても、上記「（２）正極層の作製」の項で説明した範囲内において適宜選択されうる。
【０１２９】
（５）電解質層を介した複数のバイポーラ電極の積層
上記で作製されたバイポーラ電極を所望のサイズに切り出し、セパレータを介して複数積層させて、積層体を作製する。その後、これにゲル原料溶液を含浸させ、重合させて、バイポーラ電池を作製する。
【０１３０】
セパレータとしては、厚みが５〜２００μｍ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。バイポーラ電極の積層数は、バイポーラ電池に求める電池特性を考慮することにより、適宜決定されうる。
【０１３１】
また、積層体において、正極側の最外層集電体上には、正極層のみが形成された電極が接続される。また、負極側の最外層集電体上には、負極層のみが形成された電極が接続される。
【０１３２】
積層体に含浸させるゲル原料溶液は、高分子ゲル電解質の原料高分子（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の説明において説明したものと同様の態様が用いられるため、ここではその説明を省略する。
【０１３３】
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、熱重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル等が挙げられる。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。
【０１３４】
ゲル原料溶液の含浸は、例えば、バイポーラ電極をセパレータを介して複数積層し、積層体を作製した後に、作製された積層体をゲル溶液に浸漬することにより、または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、前記含浸には、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。
【０１３５】
その後、ゲル原料溶液を含浸させた積層体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（セル）の集電体の電極形成部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。
【０１３６】
なお、積層体の作製は、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。
【０１３７】
本発明において、電解質層は、好ましくはゲル溶液をセパレータに含浸させて重合（架橋）させることにより作製される。これは、セパレータを用いることにより、電解液の充填量を高めうるとともに、熱伝導性が確保されうるためである。しかし、本発明の電解質層は、かような構成に限定されない。
【０１３８】
（６）絶縁層の形成
絶縁層は、例えば、積層体の単電池（セル）の周囲部を、所定の幅でエポキシ樹脂等に浸漬させ、または前記周囲部に所定の幅でエポキシ樹脂を注入または含浸させ、その後、前記周囲部に存在するエポキシ樹脂を硬化させることにより形成されうる。この際、好ましくは、集電体は離型性マスキング材等により予めマスキング処理され、前記マスキング剤は、エポキシ樹脂を硬化させた後に剥がすことで簡便に除去されうる。
【０１３９】
（７）タブの接合
積層体の正極用および負極用最外層集電体上にそれぞれ、正極用タブ、負極用タブを接合させる。本発明のバイポーラ電池を製造する際には、正極用タブまたは負極用タブの少なくとも一方を、最外層集電体の重心に接合させ（第１形態）、または最外層集電体に複数接合させる（第２形態）。
【０１４０】
正極用タブおよび負極用タブを最外層集電体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。
【０１４１】
タブを最外層集電体に接合する際、前記タブと前記最外層集電体との間に第３の層が形成される場合、前記第３の層を形成するのに用いられる原料は特に制限されないが、例えば、クラッド材の作製時に用いられる貴金属ペースト等が例示される。
【０１４２】
（８）パッキング（電池の完成）
最後に、積層体全体を電池ケース等の電池外装材で封止し、バイポーラ電池を完成させる。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。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１（ａ）】図１（ａ）は、本発明のバイポーラ電池の最良の形態の１つ（第１形態）の平面投影図である。
【図１（ｂ）】図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿った本発明の第１形態の概略断面図である。
【図１（ｃ）】図１（ｃ）は、本発明の第１形態のバイポーラ電池における電流密度分布を示す平面投影図である。
【図２（ａ）】図２（ａ）は、本発明のバイポーラ電池の最良の形態の他の１つ（第２形態）の平面投影図である。
【図２（ｂ）】図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿った本発明の第２形態の概略断面図である。
【図２（ｃ）】図２（ｃ）は、本発明の第２形態のバイポーラ電池における電流密度分布を示す平面投影図である。
【図３（ａ）】図３（ａ）は、従来のバイポーラ電池における電流の流れを示す概略断面図である。
【図３（ｂ）】図３（ｂ）は、従来のバイポーラ電池における電流密度分布を示す平面投影図である。
【図４】図４は、電流の一般的な流れを示す模式図である。
【図５（ａ）】図５（ａ）は、本発明のバイポーラ電池の好ましい一実施形態を示す平面投影図である。
【図５（ｂ）】図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す形態のバイポーラ電池における電流密度分布を示す平面投影図である。
【図６（ａ）】図６（ａ）は、本発明のバイポーラ電池の他の好ましい実施形態を示す平面投影図である。
【図６（ｂ）】図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す形態のバイポーラ電池における電流密度分布を示す平面投影図である。
【図７（ａ）】図７（ａ）は、本発明のバイポーラ電池のさらに他の好ましい一実施形態を示す平面投影図である。
【図７（ｂ）】図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す形態を示す概略断面図である。
【図７（ｃ）】図７（ｃ）は、図７（ａ）に示す形態のバイポーラ電池における電流密度分布を示す平面投影図である。
【図８（ａ）】図８（ａ）は、本発明のバイポーラ電池のさらに他の好ましい一実施形態を示す平面投影図である。
【図８（ｂ）】図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す形態を示す概略断面図である。
【図８（ｃ）】図８（ｃ）は、図８（ａ）に示す形態のバイポーラ電池における電流密度分布を示す平面投影図である。
【図９（ａ）】図９（ａ）は、本発明のバイポーラ電池のさらに他の好ましい一実施形態を示す平面投影図である。
【図９（ｂ）】図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す形態を示す概略断面図である。
【図９（ｃ）】図９（ｃ）は、図９（ａ）に示す形態のバイポーラ電池における電流密度分布を示す平面投影図である。
【図１０】図１０は、本発明のバイポーラ電池のさらに他の好ましい一実施形態を示す概略断面図である。
【図１１】図１１は、本発明のバイポーラ電池Ａと一般リチウムイオン二次電池Ｂ１０直とを並列に連結した組電池の一例を示す図である。図１１（ａ）は、組電池の平面図であり、図１１（ｂ）は、組電池の正面図であり、図１１（ｃ）は、組電池の右側面図であって、これら図１１（ａ）〜（ｃ）では、いずれもバイポーラ電池Ａおよび一般リチウムイオン二次電池Ｂを直列と並列との混合に接続した様子がわかるように、外部ケースを透過して組電池内部を表している。
【符号の説明】
【０１４４】
１１    バイポーラ電池、
１３    集電体、
１５    正極層、
１７    負極層、
１９    単電池（セル）、
２１    電解質層、
２３    積層体、
２５    正極用最外層集電体、
２５’    正極用最外層集電体の重心、
２７    負極用最外層集電体、
２７’    負極用最外層集電体の重心、
２９，２９’    正極用タブ、
３１，３１’    負極用タブ、
３３    電池外装材、
３５    接合部、
３７    絶縁材、
３９    集電タブ、
４１    リード、
４３    集電リード、
４４    正極端子、
４６    負極端子、
４８    検知タブ、
５０    組電池、
５２    外部弾性体、
５５    組電池ケース、
５６    バスバー、
５９    端子リード、
１０１    抵抗が最も小さい経路（Ｒｍｉｎ）、
１０２    抵抗が最も大きい経路（Ｒｍａｘ）、
２００    電流密度分布。
【図１（ａ）】
2005174844.tif 000003
【図１（ｂ）】
2005174844.tif 000004
【図１（ｃ）】
2005174844.tif 000005
【図２（ａ）】
2005174844.tif 000006
【図２（ｂ）】
2005174844.tif 000007
【図２（ｃ）】
2005174844.tif 000008
【図３（ａ）】
2005174844.tif 000009
【図３（ｂ）】
2005174844.tif 000010
【図４】
2005174844.tif 000011
【図５（ａ）】
2005174844.tif 000012
【図５（ｂ）】
2005174844.tif 000013
【図６（ａ）】
2005174844.tif 000014
【図６（ｂ）】
2005174844.tif 000015
【図７（ａ）】
2005174844.tif 000016
【図７（ｂ）】
2005174844.tif 000017
【図７（ｃ）】
2005174844.tif 000018
【図８（ａ）】
2005174844.tif 000019
【図８（ｂ）】
2005174844.tif 000020
【図８（ｃ）】
2005174844.tif 000021
【図９（ａ）】
2005174844.tif 000022
【図９（ｂ）】
2005174844.tif 000023
【図９（ｃ）】
2005174844.tif 000024
【図１０】
2005174844.tif 000025
【図１１】
2005174844.tif 000026