(57)【要約】      （修正有）【課題】バイポーラ電池において、電池要素の形成後にも各単電池の電圧を測定しうる手段を提供する。【解決手段】複数の単電池が直列に接続された電池要素が、電池外装体内に封入されてなるバイポーラ電池において、前記単電池を構成する集電体に、前記単電池ごとの電圧を測定するための、フレキシブルフラットケーブルからなる電圧測定用リード３７ａ〜３７ｈが接続されていることを特徴とするバイポーラ電池であり、前記電圧測定用リードは電池要素の上部および／または下部を通過して電池外装体外に導出されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池が集電体を介して直列に接続された電池要素が、電池外装体内に封入されてなるバイポーラ電池において、
前記単電池を挟持する集電体に、前記単電池ごとの電圧を測定するための、フレキシブルフラットケーブルからなる電圧測定用リードが接続されていることを特徴とする、バイポーラ電池。
【請求項２】
前記電圧測定用リードは、前記電池要素の上部および／または下部を通過して、前記電池外装体の外部に導出される、請求項１に記載のバイポーラ電池。
【請求項３】
前記電圧測定用リードが、前記電池要素の上部および下部を通過している部位が、前記電池要素を支持するための、支持体として用いられてなる、請求項２に記載のバイポーラ電池。
【請求項４】
前記フレキシブルフラットケーブルの絶縁フィルムを構成する材料は、ポリエチレン、ポリセロ、ポリプロピレン、コーテッドポリエステル、ナイロン、コーテッドポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン、ポリイミドからなる群から選択される１種または２種以上の樹脂である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項５】
前記単電池中に含まれる電解質層は、ポリマー電解質からなるポリマー電解質層である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項６】
前記単電池中に含まれる正極は、正極活物質としてリチウム−遷移金属複合酸化物を含み、前記単電池中に含まれる負極は、負極活物質としてカーボンまたはリチウム−遷移金属複合酸化物を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項７】
前記電圧測定用リードに、前記単電池の電圧を制御する単電池コントローラを接続するための、電圧測定用リード接続用電極を有するソケットが接続されてなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載のバイポーラ電池。
【請求項８】
請求項１〜７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９】
請求項２〜７のいずれか１項に記載のバイポーラ電池が、前記電圧測定用リードが前記電池要素の上部および／または下部を通過している部位を介して積層されてなる、組電池。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のバイポーラ電池、または請求項８もしくは９のいずれか１項に記載の組電池を搭載する車両。
【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、バイポーラ電池の単電池の電圧を測定する手段の改良に関する。
【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を、電解質層を介して複数積層し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】
かような構成を有するバイポーラ電池においては、同一の単電池を積層して電池要素を形成した場合であっても、各単電池の電圧は必ずしも一定になるとは限らず、ばらつく場合がある。各単電池の電圧がばらつくと、使用時に電圧の大きい単電池の劣化が進行し、破損する虞があった。
【０００６】
ここで、バイポーラ電池において、一旦単電池が積層されて電池要素が形成された後には、全単電池の合計電圧は測定可能であるものの、各単電池の正極と負極との間の電圧を測定することは困難である。
【０００７】
この問題を解決すべく、特許文献２においては、各単電池をまず製造し、この単電池を積層することによってバイポーラ電池を製造している。これにより、各単電池の電圧および容量をチェックすることができ、不良な電池単位が存在する場合には電池の製造時に取り除くことができる。
【特許文献１】実開平４−５４１４８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】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献２に記載のバイポーラ電池は、製造時には各単電池の電圧をチェックすることができるが、一旦電池要素が形成された後には、各単電池の電圧を測定することはなお困難である。このため、電池要素の形成後にいずれかの単電池に不具合が生じた場合には、これを検知することができない。その結果、一部の単電池の劣化が進行し、電池全体の容量や寿命等の特性が低下してしまう虞がある。
【０００９】
そこで、本発明は、バイポーラ電池において、電池要素の形成後にも各単電池の電圧を測定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】
【００１０】
本発明は、複数の単電池が直列に接続された電池要素が、電池外装体内に封入されてなるバイポーラ電池において、前記単電池を挟持する集電体に、前記単電池ごとの電圧を測定するための、フレキシブルフラットケーブルからなる電圧測定用リードが接続されていることを特徴とする、バイポーラ電池である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、バイポーラ電池の電池要素を構成する単電池に、単電池ごとの電圧を測定するための電圧測定用リードが接続されている。その結果、電池要素の形成後にも各単電池の電圧を測定することができる。このため、本発明のバイポーラ電池は、一旦搭載された後に各単電池の電圧を測定することが容易ではない、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】
【００１２】
本発明の第１は、複数の単電池が直列に接続された電池要素が、電池外装体内に封入されてなるバイポーラ電池において、前記単電池を挟持する集電体に、前記単電池ごとの電圧を測定するための、フレキシブルフラットケーブルからなる電圧測定用リードが接続されていることを特徴とする、バイポーラ電池である。
【００１３】
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、単電池を挟持する集電体に、フレキシブルフラットケーブル（本明細書中、「ＦＦＣ」と略す）からなる電圧測定用リードが接続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。
【００１４】
ここで、ＦＦＣについて、図面を参照して簡単に説明する。
【００１５】
「フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）」とは、例えば図１および図２に示すようなケーブル１である。図１は、ＦＦＣの好ましい一形態を示す平面図である。図２は、ＦＦＣの好ましい一形態を示す模式斜視図である。
【００１６】
すなわち、ＦＦＣとは、図１および図２に示すように、平行に配線された導体２の両面が絶縁フィルム３により被覆されてなるケーブル１をいう。ＦＦＣ１は、その先端部分において絶縁フィルム３が剥離されて導体２を露出することで、容易に他の導体に接続することが可能である。場合によっては、図１および図２に示すように、前記絶縁フィルム３に薄肉部４が設けられ、ＦＦＣを導体１本または複数本ごとに切断することも可能である。なお、ＦＦＣの形態は、この図１および図２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、各構成成分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。
【００１７】
（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。
【００１８】
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、バイポーラ電池の形態が図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。
【００１９】
図４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が形成され、前記集電体１３の他方の面に負極層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なる電池要素２１を有する。言い換えれば、前記電池要素２１においては、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単電池２３が、積層されている。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、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（図３を参照）。さらに、前記電池要素２１は、図３に示すように、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３３中に封入されている。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３５が設けられてもよい。
【００２０】
従来のバイポーラ電池においては、一般に、正極用タブおよび負極用タブのみが電池外装体の外部に露出していた。このため、電池要素の形成後には単電池ごとの電圧を測定することができず、電池要素の形成後にいずれかの単電池に不具合が生じた場合には、これを検知することができない。その結果、一部の単電池の劣化が進行し、電池全体の容量や寿命等の特性が低下してしまう虞がある。
【００２１】
単電池ごとの電圧を測定するためには、各集電体にケーブルを接続し、これを電池外装体の外部に導出させるという手段も考えられる。しかしながら、一般に、ケーブルは太い。このため、単電池ごとの電圧測定の手段としてケーブルを用いると、集電体に接続されたケーブルによって電極間の距離が広がり、電池の歪みの原因ともなり、最終的には電池の容量や寿命等の性能が低下してしまう。
【００２２】
これに対し、本発明のバイポーラ電池１１においては、上述したように、ＦＦＣからなる電圧測定用リード３７が、各集電体１３に接続されている。かような電圧測定用リード３７を採用することにより、電池の形状に影響を及ぼすことなく、電池要素２１の形成後にも各単電池２３の電圧を測定することが可能となる。その結果、電池要素２１の形成後に生じた不良な単電池２３の存在を検知することができ、バイポーラ電池１１全体の容量や寿命等の電池特性を向上させうる。
【００２３】
以下、電圧測定用リードが集電体に接続される好ましい形態につき、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図５は、本発明の第１実施形態における電池要素を示す模式斜視図である。図６は、図５に示す矢印Ｘの方向から見た本発明の第１実施形態における電圧測定用リードの接続位置を示す側面図である。なお、図５および図６に示す電池要素２１においては、電池要素２１を構成する部材である集電体や電極、電解質層等は省略されている。これは、電池要素を示す以下の図面においても同様である。
【００２５】
本発明においては、単電池２３を挟持する集電体１３に、単電池２３ごとの電圧を測定するための、ＦＦＣからなる電圧測定用リード３７が接続され、さらに図３および図４に示すように、前記電圧測定用リード３７も前記電池外装体３３の外部に導出されている。
【００２６】
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５および図６に示すように、単電池２３を挟持する各集電体１３に、ＦＦＣからなる電圧測定用リード３７ａ〜３７ｈが、前記電池要素２１の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接続されている。電圧測定用リード３７がかような形態で接続されることにより、電圧測定用リード３７が互いに接触して短絡する危険性が低下しうる。
【００２７】
ここで、電圧測定用リード３７はＦＦＣからなるため、場合によっては、前記ＦＦＣの樹脂部に設けられた薄肉部に沿って前記樹脂部の先端を一部切断し、露出している導体を各集電体に接続することも可能である。すなわち、かような場合には、集電体に接続されなかった側のＦＦＣの先端部においては、樹脂部は切断されていないため、各導体は直線状に等間隔に位置したままである。その結果、ＦＦＣからなる電圧測定用リード３７に接続して単電池２３の電圧を測定するための電圧測定用ソケットの構造が単純になり、その製造も容易になるという利点がある。なお、製造上必要であれば、図３に示すように、ＦＦＣを、その樹脂部に設けられた薄肉部により１本または複数本ごとに切断した後に、集電体に接続してもよいことは勿論である。
【００２８】
ＦＦＣからなる電圧測定用リード３７が集電体１３に接続される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。以下の実施形態についても、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。
【００２９】
（第２実施形態）
図７は、第２実施形態のバイポーラ電池の外観を示す模式斜視図である。また図８は、図７に示すＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。図９は、本発明の第２実施形態における電池要素を示す模式斜視図である。図１０は、図９に示す矢印Ｘの方向から見た本発明の第２実施形態における電圧測定用リードの接続位置を示す側面図である。図１１は、図９に示す矢印Ｙの方向から見た本発明の第２実施形態における電圧測定用リードの接続位置を示す側面図である。
【００３０】
図７〜図１１に示すように、第２実施形態のバイポーラ電池の形態は、ＦＦＣからなる電圧測定用リード３７が各集電体１３に接続される形態が異なること以外は、上記した第１実施形態のバイポーラ電池と基本的に同じである。よって以下、第２実施形態において電圧測定用リード３７が集電体１３に接続される形態を中心に詳細に説明する。
【００３１】
図９〜図１１に示すように、第２実施形態においては、８枚の集電体１３を有する電池要素２１の、上から４枚の集電体１３に接続される電圧測定用リード３７ａ〜３７ｄは、前記電池要素２１の一方の側面に、その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接続されている。一方、前記電池要素２１の、下から４枚の集電体１３に接続される電圧測定用リード３７ｅ〜ｈは、前記電池要素２１の他方の側面に、その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接続されている。よって、第２実施形態においても、電圧測定用リード３７がかような形態で接続されることにより、電圧測定用リード３７が互いに接触して短絡する危険性が低下しうる。
【００３２】
また、第２実施形態のバイポーラ電池１１において、電池要素２１の上から４枚の集電体１３に接続された電圧測定用リード３７ａ〜３７ｄは、図７〜図９に示すように、前記電池要素２１の上部を通過して、電池要素２１の下から４枚の集電体１３に接続された電圧測定用リード３７ｅ〜３７ｈと同じ側面から電池外装体３３の外部に導出されている。このように、集電体１３に接続されたＦＦＣからなる電圧測定用リード３７は、電池要素２１の上部および／または下部を通過して、電池外装体３３の外部に導出されることが好ましい。言い換えれば、電圧測定用リード３７は、集電体１３に接続された側の側面とは逆の側面から、電池外装体３３の外部に導出されることが好ましい。なお、本発明のバイポーラ電池において、電池要素の上部および下部とは、電池要素の積層方向を上下方向とした場合の、上部および下部をいうものとする。この際、正極用最外層集電体および負極用最外層集電体のいずれが上部に存在していてもよい。
【００３３】
以下、電圧測定用リード３７が、電池要素２１の上部および／または下部を通過して、電池外装体３３の外部に導出されることにより得られる効果について、詳細に説明する。
【００３４】
バイポーラ電池は、例えば自動車等の車両に搭載される場合、激しい振動状態の条件下で長期間にわたり安定して電力を供給することが求められる。しかし、長期間振動状態にさらされることによって、電極の活物質の剥離等が生じ、電池の容量や寿命等の性能が低下してしまうという問題がある。
【００３５】
これに対し、本発明の第２実施形態のように、ＦＦＣからなる電圧測定用リード３７を、電池要素２１の上部および／または下部を通過させて電池外装体３３の外部に導出させることにより、振動の負荷に対する耐性を向上させることが可能となる。これは、電池要素２１の上部および／または下部を通過するＦＦＣの樹脂部が振動を吸収し、電池要素２１への振動の伝達が抑制されるためである。図８および図９に示すように、ＦＦＣは、一般に極めて薄く、可撓性であるため、取付けの自由度に優れる。本発明においては、かようなＦＦＣを電圧測定用リード３７として採用することで、第２実施形態のような配線を可能とした。
【００３６】
（第３実施形態）
図１２は、第３実施形態のバイポーラ電池の外観を示す模式斜視図である。また図１３は、図１２に示すＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。図１４は、本発明の第３実施形態における電池要素を示す模式斜視図である。図１５は、図１４に示す矢印Ｘの方向から見た本発明の第３実施形態における電圧測定用リードの接続位置を示す側面図である。
【００３７】
図１２〜図１５に示すように、第３実施形態のバイポーラ電池の形態は、ＦＦＣからなる電圧測定用リード３７が各集電体１３に接続される形態が異なること以外は、上記した第１実施形態および第２実施形態のバイポーラ電池と基本的に同じである。よって以下、第３実施形態において電圧測定用リード３７が集電体１３に接続される形態を中心に詳細に説明する。
【００３８】
図１２〜図１５に示すように、第３実施形態においては、８枚の集電体１３を有する電池要素２１の各集電体１３に接続される電圧測定用リード３７ａ〜３７ｈは、前記電池要素２１の側面に、その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接続されている。よって、第３実施形態においても、電圧測定用リード３７がかような形態で接続されることにより、電圧測定用リード３７が互いに接触して短絡する危険性が低下しうる。
【００３９】
また、第３実施形態においては、上から２枚の集電体１３に接続される電圧測定用リード３７ａおよび３７ｂ、並びに、下から２枚の集電体１３に接続される電圧測定用リード３７ｇおよび３７ｈは、電池要素２１の下部を通過して、電池外装体３３の外部に導出されている。一方、中心部に位置する集電体１３に接続される電圧測定用リード３７ｃ〜３７ｆは、電池要素２１の上部を通過して、電池外装体３３の外部に導出されている。
【００４０】
電圧測定用リード３７がかような形態で接続されることにより、第３実施形態のバイポーラ電池は、その上下が、前記電圧測定用リード３７が電池要素２１の上部および下部を通過している部分により支えられることになる。言い換えれば、電圧測定用リード３７が電池要素２１の上部および下部を通過している部分が、前記電池要素２１を支持するための、支持体として用いられている。
【００４１】
上述したように、電圧測定用リード３７に用いられるＦＦＣの樹脂部によって、電池要素２１への振動の伝達が抑制されることから、第３実施形態によれば、極めて耐振動性に優れるバイポーラ電池が提供されうる。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
ポリマー電解質としては、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。
【００５６】
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。
【００５７】
また、高分子ゲル電解質とは、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、前記高分子ゲル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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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、１〜３０μｍ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。
【００６１】
電圧測定用リード３７は、図１および図２に示すようなフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）からなる。
【００６２】
ＦＦＣ１の、導体２を構成する材料は、特に制限されない。導体を構成する材料としては、例えば、銅、アルミニウム、およびニッケル等の導電性の材料が用いられる。なかでも銅が好ましく用いられる。これらは１種のみが単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。新たに開発された材料が用いられてもよい。
【００６３】
導体２の厚さは、通常は１〜２０μｍであり、好ましくは１〜１０μｍである。しかしこの値に制限されない。
【００６４】
ＦＦＣ１の、絶縁フィルム３を構成する材料についても、特に制限されない。ここで、本発明において、ＦＦＣ１からなる電圧測定用リードは、ラミネートフィルム等からなる電池外装体の外部に導出される。したがって、ＦＦＣ１の絶縁フィルム３を構成する材料は、ラミネートフィルムを密封する際の熱融着により同時に融着しうる材料であることが好ましい。この観点からは、例えば、ポリエチレン、ポリセロ、ポリプロピレン、コーテッドポリエステル、ナイロン、コーテッドポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン、ポリイミド等の樹脂が用いられうる。なかでもポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリエステルが、絶縁フィルム３を構成する材料として好ましく用いられうる。これらは１種のみが単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。新たに開発された材料が用いられてもよい。
【００６５】
絶縁フィルム３の厚さは、通常は５〜５０μｍであり、好ましくは５〜１０μｍである。しかしこの値に制限されない。
【００６６】
ＦＦＣ１全体の厚さについても、特に制限されない。通常は２０〜２００μｍであり、好ましくは２０〜５０μｍであり、より好ましくは２０〜３０μｍである。ＦＦＣ１が薄すぎると、入手または製造することが困難である。一方、ＦＦＣ１が厚すぎると、電圧測定用リードとしてＦＦＣ１を採用したことによるメリットが減少してしまう。なお、ＦＦＣ１は、自ら製造したものが用いられてもよく、市販のものが用いられてもよい。ＦＦＣ１を自ら製造する場合の製造方法は特に制限されず、従来公知の方法が適宜用いられうる。また、電圧測定用リード３７は、各集電体１３につき少なくとも１本ずつ接続されていればよく、１枚の集電体１３に２本以上接続されていても構わない。
【００６７】
本発明のバイポーラ電池においては、通常、絶縁層が各単電池（セル）の周囲に設けられる。この絶縁層は、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、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。
【００６８】
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、ウレタン樹脂、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、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂が好ましい。
【００６９】
また、バイポーラ電池においては、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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３３に収容される。前記電池外装体３３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。
【００７２】
かかる電池外装体３３に電池要素２１を収容するには、前記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、並びに各電圧測定用リード３７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体の外部に導出される。
【００７３】
さらに、本発明のバイポーラ電池においては、図１６に示すように、電圧測定用リード３７に、単電池コントローラを接続するためのソケット４０が接続されていてもよい。前記単電池コントローラは、バイポーラ電池の単電池の電圧を制御するためのものであり、前記ソケットは、集電体に接続された電圧測定用リードを単電池コントローラに接続するための、電圧測定用リード接続用電極を有している。言い換えれば、本発明のバイポーラ電池においては、電圧測定用リードに、単電池の電圧を制御する単電池コントローラを接続するための、電圧測定用リード接続用電極を有するソケット４０が接続されていてもよい。なお、単電池コントローラとしては、例えば、各単電池の電圧が規定の値を超えた場合に、前記単電池の正極と負極とを電気的に接続して、前記正極と前記負極との間に介在する電解質層をバイパスしうる、電流バイパス回路が例示される。
【００７４】
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。
【００７５】
ここで、本発明の組電池の好ましい一形態につき、図面を用いて詳細に説明する。
【００７６】
図１７は、図１２に示す矢印Ｘの方向から見た本発明の第３実施形態のバイポーラ電池を示す側面図である。図１８は、図１７に示す本発明の第３実施形態のバイポーラ電池を積層してなる組電池の積層状態を示す模式断面図である。
【００７７】
図１８に示すように、本形態の組電池においては、本発明の第３実施形態のバイポーラ電池が３個積層されている。この際、第３実施形態のバイポーラ電池においては、電圧測定用リードが、電池要素の上部および下部を通過している部位が、前記電池要素を支持するための、支持体として用いられている。すなわち、本形態の組電池において、積層される各バイポーラ電池は、電圧測定用リードが電池要素の上部および下部を通過している部位を介して積層されている。このため、上述したように、ＦＦＣからなる電圧測定用リードの樹脂部が振動を吸収し、電池要素への振動の伝達が抑制されうる。その結果、極めて耐振動性に優れる組電池が提供されうる。なお、図１８には、本発明の第３実施形態のバイポーラ電池が積層されてなる組電池の積層状態を示したが、本発明の組電池の形態はこれに制限されない。例えば、電圧測定用リードが、電池要素の上部または下部のいずれか一方のみを通過しており、その通過している部位が電池要素を支持するための支持体として用いられているバイポーラ電池（例えば、第２実施形態に示すもの）が複数積層されてもよい。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
以下、本発明のバイポーラ電池の製造方法の好ましい一形態について、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挙げて説明する。本発明の技術的範囲は下記の形態のみには制限されない。
【００８３】
まず、集電体の片面に正極層を作製し、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、電池要素とする。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、電池外装体等に収容することによって、バイポーラ電池を製造する。
【００８４】
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、前記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。
【００８５】
（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。
【００８６】
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、イオン伝送製ポリマー、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。
【００８７】
正極活物質、導電助剤、バインダ、イオン伝導性ポリマー、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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
（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。
【００９１】
集電体上への正極用スラリーの塗布は、例えば、正極層の厚さが５〜１００μｍ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を用いて行われうる。
【００９２】
集電体上に塗布された正極用スラリーを乾燥させるためには、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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。この際には、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。
【００９５】
（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。
【００９６】
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、イオン伝導性ポリマー、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形態が用いられるため、ここでは説明を省略する。
【００９７】
（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形態が用いられるため、ここでは説明を省略する。
【００９８】
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。このように、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適宜選択されうる。
【００９９】
（５）電圧測定用リードの接続
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す。次いで、各バイポーラ電極の集電体の所望の位置に、ＦＦＣからなる電圧測定用リードを接続する。この際、製造上必要であれば、電圧測定用リードを接続するために、前記集電体の周縁部の一部または全部の部位において正極層および／または負極層を剥離し、集電体の一部を露出させてもよい。電圧測定用リードを接続する際の具体的な形態は特に制限されない。例えば、ある集電体に電圧測定用リードを接続する場合には、前記集電体の上面への接続と下面への接続との２通りの場合が考えられるが、いずれの面に接続してもよく、必要であれば、両面に接続してもよい。なお、本工程は、バイポーラ電極の製造後に行われることが、簡便であり好ましいが、可能であれば、以下に示す方法で電池要素を作製した後に、行われても構わない。
【０１００】
（６）電解質層を介した複数のバイポーラ電極の積層
バイポーラ電極を、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、電池要素を作製する。
【０１０１】
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。
【０１０２】
また、積層体において、正極用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、負極用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。
【０１０３】
積層体に含浸させるゲル原料溶液は、高分子ゲル電解質を構成するイオン伝導性ポリマー、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。イオン伝導性ポリマー、リチウム塩等の形態としては、上記で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。
【０１０４】
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、上記イオン伝導性ポリマーに対して０．０１〜１質量％程度である。
【０１０５】
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、含浸させる際には、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。
【０１０６】
その後、ゲル原料溶液を含浸させた積層体に含まれるイオン伝導性ポリマーを、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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
（７）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。
【０１１０】
（８）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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
（９）パッキング（電池の完成）
電圧測定用リードを、図１〜図４（第１実施形態）、図７〜図１１（第２実施形態）、または図１２〜図１５（第３実施形態）等に示す所望の形態に配置する。その後、電池要素全体をラミネートフィルム等の電池外装体で被覆し、熱融着等により密封して、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、正極用タブおよび負極用タブ、並びに電圧測定用リードの一部が電池外部に導出される。
【実施例】
【０１１４】
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。
【０１１５】
＜電池作成例＞
実施例１
以下の方法により、本発明のバイポーラ電池を作製した。
【０１１６】
＜ＦＦＣの作製＞
導線としてのアルミニウム箔（厚さ：４０μｍ、幅：２ｍｍ）と、絶縁フィルムとしての変性ポリプロピレン（厚さ：５０μｍ、幅４５ｍｍ、融点：１００℃）とを準備した。
【０１１７】
前記の導線を、２枚の前記樹脂により挟み、１２０℃でホットプレスすることによって、厚さ１４０μｍのＦＦＣを作製した。この際、８極の前記導線を、５ｍｍのピッチで挟んだ。次いで、両端部の樹脂を剥離することによって、導線の両端部を３ｍｍずつ露出させ、ＦＦＣを作製した。
【０１１８】
＜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：２０μｍ）を準備した。
【０１１９】
次いで、正極活物質としてＬｉＭｎ２Ｏ４（平均粒子径：２０μｍ）、導電助剤としてアセチレンブラック、およびバインダとしてポリフッ化ビニリデン（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、８５：５：１０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。
【０１２０】
次に、負極活物質としてハードカーボン（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。
【０１２１】
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４５μｍと４６μｍの厚さとした。また、このバイポーラ電極を１２０ｍｍ×７０ｍｍの矩形に切断した後、正極層および負極層ともに、外周部を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。
【０１２２】
上記で作製したＦＦＣを導線１本ごとに切断して、導線を１本（１極）ずつ有する８本のＦＦＣとした。この８本のＦＦＣを、電圧測定用リードとして、上記で露出させたバイポーラ電極の集電体表面に超音波溶接により接続し、ＦＦＣが接続された８枚のバイポーラ電極を作製した。この際、ＦＦＣの接続は、完成したバイポーラ電池が図３〜図６に示す形態となるように行った。
【０１２３】
＜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ベンジルジメチルケタール（ＢＤＫ）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であった。
【０１２４】
前記プレゲル溶液を、セパレータであるポリプロピレン（以下、「ＰＰ」と略す）製不織布（厚さ：５０μｍ、大きさ：１１５ｍｍ×６５ｍｍ）に浸漬させ、石英ガラス板により挟持し、紫外線を１５分間照射することにより前記ポリマー前駆体を架橋させて、ゲル高分子電解質層を作製した。
【０１２５】
＜バイポーラ電池の製造＞
上記で作製したバイポーラ電極の正極上に、前記ゲル高分子電解質層を載置し、露出している集電体上には、絶縁層として、シート状熱融着性ホットメルト（幅：２０ｍｍ、厚さ：４０μｍ）を、電極層および電解質層の周囲を取り囲むように載置した。
【０１２６】
前記電解質層上に新たなバイポーラ電極をさらに載置し、単電池（正極層＋電解質層＋負極層）が７層となるように上記の操作を繰り返して、電池要素を形成した。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。
【０１２７】
その後、前記電池要素をホットプレスすることにより、絶縁層としての熱融着性ホットメルトと集電体とを融着させた。
【０１２８】
さらに、ホットプレス後の積層体をラミネートパック中に入れ、正極タブおよび負極タブ、並びに各ＦＦＣを外部に導出して熱融着により真空密封し、バイポーラ電池を完成させた。この際、各ＦＦＣの周囲の樹脂が熱融着によりラミネートパックと接着し、密封されていることを確認した。
【０１２９】
実施例２
上記で作製したＦＦＣを導線４本ごとに切断して、導線を４本（４極）ずつ有する２本のＦＦＣとし、この２本のＦＦＣを、電圧測定用リードとして、完成したバイポーラ電池が図７〜図１１に示す形態となるように、上記で露出させたバイポーラ電極の集電体表面に接続したこと以外は、実施例１と同様の方法および装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。
【０１３０】
実施例３
上記で作製したＦＦＣを導線２本ごとに切断して、導線を２本（２極）ずつ有する４本のＦＦＣとし、この４本のＦＦＣを、電圧測定用リードとして、完成したバイポーラ電池が図１２〜図１５に示す形態となるように、上記で露出させたバイポーラ電極の集電体表面に接続したこと以外は、実施例１と同様の方法および装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。
【０１３１】
比較例１
集電体表面に電圧測定用リードとしてのＦＦＣを接続しなかったこと以外は、実施例１と同様の方法および装置を用いて、バイポーラ電池を製造した。
【０１３２】
＜電池の評価＞
＜バイポーラ電池の充電試験＞
上記で製造したバイポーラ電池について、下記の条件により充電試験を行った。
【０１３３】
０．１Ｃの電流で２９．４Ｖまで充電した（ＣＣ）。その後は２９．４Ｖで充電した（ＣＶ）。充電時間は計１０時間とした。
【０１３４】
ここで、１Ｃとは、その電流値で１時間充電すると、ちょうどその電池が満充電（１００％充電）状態になる電流値をいう。例えば、２Ｃとは１Ｃの２倍の電流値であり、３０分で電池が満充電状態になる電流値である。
【０１３５】
上記の充電により満充電となった各電池について、ラミネートフィルムの封を開けることによってガス抜きを行い、再度ラミネートフィルムの封をした。その後、電圧計を用いて、単電池各層およびバイポーラ電池全体の電圧を測定した。結果を表１に示す。
【０１３６】
【表１】
2005235463.tif 000003
【０１３７】
表１からわかるように、実施例１〜３のバイポーラ電池は、バイポーラ電池全体の電圧に加えて、電池要素の形成後であっても、各集電体に接続されたＦＦＣを介して、各単電池の電圧を測定することが可能である。これに対し、比較例１のバイポーラ電池はかような手段を備えていないため、バイポーラ電池全体の電圧は測定できるものの、単電池各層の電圧は測定することができない。
【０１３８】
＜各単電池の電圧調整試験＞
表１からわかるように、実施例１〜３のバイポーラ電池においては、各単電池間に最大で１１〜１６ｍＶの電圧差が生じている。そこで、このばらつきを解消し、各単電池の電圧を一定にする電圧調整試験を行った。
【０１３９】
本試験においては、電圧を一定にするための装置として、単電池コントローラの代わりにガルバノスタットを擬似的に用いた。また、隣接する集電体に接続された電圧測定用リードとしてのＦＦＣを前記ガルバノスタットへ接続し、設定電圧を４．２Ｖに設定した。
【０１４０】
その結果、各単電池の電圧を４．２Ｖと一定にすることができた。このように、本発明のバイポーラ電池によれば、電池要素の形成後に各単電池の電圧にばらつきが生じた場合であっても、外部の単電池コントローラに接続することによって、そのばらつきを解消することができる。
【０１４１】
＜耐振動性試験＞
上記で製造したバイポーラ電池について、以下に示す方法により、耐振動性試験を行った。
【０１４２】
まず、１Ｃの定電流で２９．４Ｖの電圧まで充電した後、１Ｃの定電流で１７．５Ｖの電圧まで放電した。この際の放電容量を測定し、初期放電容量とした。その後、一旦ラミネートフィルムの封を開け、初回充電時に発生したガスを外部に逃がした。
【０１４３】
次いで、上記のバイポーラ電池を平坦なアルミニウム製の板により挟持して固定した。次いで、この挟持された電池に対して垂直方向に単調な振動（振幅：３ｍｍ、周波数：５０Ｈｚ）を２００時間加えた。
【０１４４】
その後、上記と同様の方法により放電容量を測定し、加振後放電容量とした。加振後放電容量の、初期放電容量に対する百分率を算出し、容量維持率とした。結果を表２に示す。
【０１４５】
【表２】
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【０１４６】
＜ＦＦＣの耐振動性への寄与＞
実施例２および３の結果から、本発明のバイポーラ電池において、集電体に電圧測定用リードとしてのＦＦＣを接続する際には、前記ＦＦＣを電池要素の上部および／または下部を通過させて、電池外装体の外部に導出すると、バイポーラ電池の耐振動性が向上しうることがわかる。
【０１４７】
また、実施例３の結果から、本発明のバイポーラ電池に振動が伝達する際の伝達部位にＦＦＣが位置していると、さらに耐振動性が向上しうることがわかる。これにより、本発明のバイポーラ電池を、電圧測定用リードが電池要素の上部および／または下部を通過している部位を介して積層することにより、耐振動性に優れる組電池が提供されうることが示唆される。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】ＦＦＣの好ましい一形態を示す平面図である。
【図２】ＦＦＣの好ましい一形態を示す模式斜視図である。
【図３】第１実施形態のバイポーラ電池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である。
【図５】本発明の第１実施形態における電池要素を示す模式斜視図である。
【図６】図５に示す矢印Ｘの方向から見た本発明の第１実施形態における電圧測定用リードの接続位置を示す側面図である。
【図７】第２実施形態のバイポーラ電池の外観を示す模式斜視図である。
【図８】図７に示すＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態における電池要素を示す模式斜視図である。
【図１０】図９に示す矢印Ｘの方向から見た本発明の第２実施形態における電圧測定用リードの接続位置を示す側面図である。
【図１１】図９に示す矢印Ｙの方向から見た本発明の第２実施形態における電圧測定用リードの接続位置を示す側面図である。
【図１２】第３実施形態のバイポーラ電池の外観を示す模式斜視図である。
【図１３】図１２に示すＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態における電池要素を示す模式斜視図である。
【図１５】図１４に示す矢印Ｘの方向から見た本発明の第３実施形態における電圧測定用リードの接続位置を示す側面図である。
【図１６】電圧測定用リード３７に、単電池コントローラを接続するためのソケット４０が接続された、本発明のバイポーラ電池を示す模式斜視図である。
【図１７】図１２に示す矢印Ｘの方向から見た本発明の第３実施形態のバイポーラ電池を示す側面図である。
【図１８】図１７に示す本発明の第３実施形態のバイポーラ電池を積層してなる組電池の積層状態を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【０１４９】
１    フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）
２    導体
３    絶縁フィルム
４    薄肉部
１１    バイポーラ電池、
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（セル）、
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、
３３    電池外装体、
３５    絶縁層、
３７，３７ａ〜３７ｈ    電圧測定用リード、
４０    ソケット。
【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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